射野準直器跟隨功能在胸上段食管癌容積旋轉調強計劃中的應用*

吳麗麗,陸佳揚,馬長春,張武哲

(汕頭大學醫學院附屬腫瘤醫院放療科，廣東汕頭 515031)

?

射野準直器跟隨功能在胸上段食管癌容積旋轉調強計劃中的應用*

吳麗麗,陸佳揚,馬長春,張武哲△

(汕頭大學醫學院附屬腫瘤醫院放療科，廣東汕頭 515031)

[摘要]目的探討射野準直器跟隨功能在胸上段食管癌容積旋轉調強計劃中的劑量學影響。方法選取11例胸上段食管癌放療患者，在瓦里安Eclipse治療計劃系統上分別設計兩種計劃：RapidArc和JT-RapidArc。比較靶區和危及器官的劑量體積參數、適形度指數(CI)、劑量均勻性指數(HI)、正常組織低劑量體積(B-P)及機器跳數(MU)。結果與RapidArc計劃比較，JT-RapidArc 計劃降低了PTV1(64)、PTV2(54)的平均劑量和高劑量(D2)受照體積，提高了PTV1(64)的低劑量區域(D98)和HI(P<0.05)，但PTV1(64)的CI二者差異無統計學意義(P>0.05)。JT-RapidArc 計劃肺的(V5、V10、V13、V20、V30、Dmean)、心臟的(V20、Dmean)、B-P的(V5、V10、V15、V20、V30)明顯低于RapidArc 計劃(P<0.05)，脊髓計劃區和脊髓的差異二者間差異無統計學意義(P>0.05)。JT-RapidArc 計劃的MU(349±29)比RapidArc 計劃的MU(345±16)略微增加1%(P>0.05)。結論兩種計劃均能滿足臨床治療需求，JT-RapidArc 計劃在提供了更優的部分靶區劑量分布情況下，能更好地有效保護肺、心臟和正常組織低劑量區域，MU僅略微增加。

[關鍵詞]食管腫瘤；準直器跟隨；容積旋轉調強；劑量學

由于食管胸上段解剖位置處于人體外輪廓曲線變化較大之處，且和脊髓的距離非常接近，放射治療已成為其主要治療手段之一[1]。固定野調強放療(IMRT)相對三維適形放療而言能改善靶區劑量，減少危及器官和正常組織的損傷，但治療時間較長，且機器跳數(MU)較多，增加了部分不確定因素的影響[2]。近年來新興的調強放療技術——容積旋轉調強(RapidArc)已應用于臨床。國內外已有多篇文獻報道顯示，在靶區和危及器官方面RapidArc技術具有相似或更高的劑量學優勢，同時縮短治療時間，提高了治療效率[3-7]。準直器跟隨功能(Jaw-tracking)是Truebeam直線加速器的另一新特點，在容積旋轉調強放療過程中射野準直器實時跟隨多葉光柵(MLC)的變化而運動，盡可能地把準直器開放到最小范圍，進一步降低MLC的漏射。目前國內尚少見JT-RapidArc技術應用在胸上段食管癌放射治療方面的報道，故本研究希望通過比較RapidArc和JT-RapidArc兩種技術的靶區和危及器官之間的劑量學差異，為胸上段食管癌放射治療的合理技術選擇提供理論依據。

1資料與方法

1.1一般資料選擇2014年6～12月在汕頭大學醫學院附屬腫瘤醫院接受放射治療的11例胸上段食管癌患者，所有病理經確診均為鱗癌，男8例，女3例，年齡43～68歲，中位年齡55歲，其中T3N0M02例，T4N0M03例，T3N1M04例，T4N1M02例。腫瘤病灶長度和體積見表1。

1.2放療定位患者頭頸肩網罩固定，雙臂下垂至身體兩側，取仰臥位。采用PHILIPS Briliance大孔徑CT進行定位增強掃描，層厚及層間距均為5 mm。掃描上界為下半頸上10 cm，下界至第2腰椎水平。CT圖像經DICOM 3.0傳輸到瓦里安Eclipse (Version 10.0)治療計劃系統。

1.3靶區定義及勾畫大體腫瘤區(GTV)包括食管腫瘤病灶和陽性淋巴結。臨床腫瘤區(CTV)包括高危臨床腫瘤區CTV1(64)和低危臨床腫瘤區CTV2(54)；CTV1(64)軸向在GTV外擴5～10 mm，縱向包括GTV外20 mm食管及食管旁組織，不包括區域淋巴結；CTV2(54)在CTV1(64)基礎上加上縱隔淋巴引流1區和2區及雙側鎖骨上區。計劃靶區(PTV)在各CTV基礎上均勻外擴5 mm生成PTV1(64)、PTV2(54)，并根據周圍鄰近組織適當調整。危及器官包括肺、脊髓、脊髓計劃區、心臟，脊髓計劃區在脊髓基礎上均勻外擴5 mm。

表1　腫瘤病灶分期和特征

1.4計劃設計在Eclipse (Version 10.0)治療計劃系統和Truebeam直線加速器上，針對每例患者分別設計RapidArc和JT-RapidArc兩種計劃。RapidArc和JT-RapidArc分別為不使用和使用射野準直器跟隨功能的雙弧放療計劃(順時間方向181°～179°和逆時間方向179°～181°)，采用6 MV X射線照射，劑量率600 MU/min。危及器官劑量限制：脊髓最大值小于40 Gy，脊髓計劃區最大值小于45 Gy，全肺受照20 Gy、30 Gy的體積百分比分別為V20≤30%、V30≤20%，心臟受照30 Gy、40 Gy的體積百分比分別為V30≤40%、V40≤30%。劑量歸一在100%處方劑量覆蓋95%以上的 PTV1(64)體積，PTV1(64) 64 Gy /32 f，PTV2(54) 54 Gy /32 f。劑量計算采用各向異性分析算法(AAA模型)，計算矩陣為0.25 cm。

1.5評價指標靶區適形度指數(conformity index，CI)：CI=(VT,ref/VT)×(VT,ref/Vref)，參考取值VT為靶體積，VT,ref為參考等劑量線所包繞的靶區體積，Vref為參考等劑量線所包繞的所有區域的體積；CI取值在0～1，越靠近1說明靶區適合度越好。劑量均勻性指數(heterogeneity index，HI)：HI=(D2-D98)/D50，D2、D98和D50分別是2%、98%、50%的靶區體積接受的劑量；D2代表靶區最大近似劑量，D98代表靶區最小近似劑量，D50代表靶區近似平均劑量。HI值越接近0，說明靶區劑量分布越均勻。危及器官受量：脊髓和脊髓計劃區的最高劑量Dmax；肺的V5、V10、V13、V20、V30和平均劑量Dmean；心臟的V20、V30、V40、V50和平均劑量Dmean。相關指標：機器跳數(monitor unit，MU)。

2結果

2.1靶區的劑量學參數兩種計劃中PTV1(64)的CI差異無統計學意義(P>0.05),其HI相對于RapidArc計劃來說JT-RapidArc計劃提高了33%(P<0.05)。JT-RapidArc計劃PTV1(64)和PTV2(54)的Dmean相對于RapidArc計劃均降低1%(P<0.05)；D2均降低2%(P<0.05)。見表2、圖1。

2.2危及器官和正常組織低劑量區的劑量體積參數兩種計劃的脊髓和脊髓計劃區的劑量分布相似。肺的V5、V10、V13、V20、V30、Dmean，JT-RapidArc計劃比RapidArc計劃分別低2%、3%、3%、4%、3%、3%(P<0.05)；心臟的V20、Dmean，JT-RapidArc計劃比RapidArc計劃均低6%(P<0.05)；B-P的V5、V10、V15、V20、V30，JT-RapidArc計劃比RapidArc計劃分別低2%、4%、5%、5%、4%(P<0.05)。見表3、圖1。

表2　兩種計劃的靶區劑量學參數比較±s)

a：P<0.05，與RapidArc比較。

圖1　1例患者計劃的靶區、危及器官和正常組織低劑量區的劑量體積直方圖

2.3治療相關指標JT-RapidArc 計劃的MU(349±29)比RapidArc 計劃的MU(345±16)略微增加1%(P>0.05)。

表3　兩種計劃危及器官和正常組織低劑量區的參數指標均數比較

續表3　兩種計劃危及器官和正常組織低劑量區的參數指標均數比較

a：P<0.05，與RapidArc比較。

3討論

RapidArc是近年來放療領域發展起來的一種新的治療技術，是一種在機架連續旋轉過程中通過動態多葉準直器連續運動不斷改變射野大小和形狀的錐形束IMRT實施方式，通過機架單弧或者多弧的旋轉，實現在不同射野方向上射束強度的調節。瓦里安加速器由于其MLC設計原理是執行計劃的過程中鉛門保持不變，提高了執行效率，降低加速器的治療時間，但缺點是針對形狀不規則的靶區時，其鉛門無法實時跟隨靶區，有可能會對靶區和危及器官的受照劑量造成損失[8]。射野準直器跟隨功能是Truebeam直線加速器的一個新武器，其功能是在RapidArc放療時，MLC適形靶區的同時準直器實時運動跟隨，可以達到減少MLC漏射，更好地保護危及器官和正常組織低劑量區域的目的[9]。

本研究結果顯示，兩種技術均能滿足臨床治療需求，JT-RapidArc計劃具有與RapidArc計劃相似甚至更優的靶區劑量分布，降低靶區的平均劑量和高劑量區域的同時提高了推量靶區的低劑量區域和均勻性。已有研究證實，IMRT技術在胸上段食管癌上對脊髓的保護優勢明顯，JT-RapidArc計劃與RapidArc計劃的脊髓、脊髓計劃區最大值都在耐受限值之內，且二者間無差異，亦能很好地保護脊髓[10]。

食管癌放射治療中的一個主要并發癥是放射性肺炎，其受照劑量體積參數與放射性肺炎的發生率和嚴重程度密切相關。國外研究中，發現V5是影響治療相關肺炎(treatment-related pneumonitis,TRP)發生的重要因素[11]，當肺限值劑量為V5<65%、V20<40%(放化療<35%)、MLD<20 Gy時，RP的概率為：≥2度為24%、≥3度為12%、相關死亡率1%，建議V5應控制在65%以內[12]。本研究中，JT-RapidArc計劃的肺V5較RapidArc計劃降低，二者都在可控限值范圍以內。亦有研究建議把V10、V13作為放射性肺炎的重要指標[13]，與RapidArc計劃對比，JT-RapidArc計劃優勢明顯。美國放射腫瘤學協會在一個研究中發現，V20不僅與放射性肺炎的發生率相關，而且與其嚴重程度明顯相關。結果顯示JT-RapidArc計劃中肺的V20較RapidArc計劃明顯降低，這與Li等[14]的研究結果相符，這對預防及降低放射性肺炎的發生率及嚴重程度意義重大。

在心臟的保護方面，高劑量區兩種計劃無明顯差異，但在低劑量區和平均劑量方面，JT-RapidArc計劃明顯降低，表現出其優勢。VMAT技術的一個潛在危險因素是增加了靶區外正常組織的低劑量區域，JT-RapidArc計劃的B-P較RapidArc計劃明顯減少，降低了治療風險，這對患者提高術后生存質量具有重要意義。總之，射野準直器跟隨功能可以達到減少MLC漏射，保護危及器官和正常組織低劑量區域的作用。

綜上所述，兩種計劃均能滿足臨床治療需求，JT-RapidArc 計劃在提供了更優的部分靶區劑量分布情況下，能更好地有效保護肺、心臟和正常組織低劑量區域，MU僅略微增加。

參考文獻

[1]谷銑之，殷蔚伯，余子豪.腫瘤放射治療學[M].4版.北京:中國協和醫科大學出版社,2008:546-574.

[2]孫堯,劉希軍,于甬華.食管癌精確放療的研究進展[J].中華腫瘤防治雜志,2012,19(9):712-716.

[3]孫曉東,劉粉霞,翟倩倩,等.食管癌VMAT和IMRT計劃的劑量對比分析[J].中國實用醫刊,2014,41(18):63-65.

[4]Pan M,Xiao ZW,Ying JX,et al.Applying the technique of volume-modulated arc radiotherapy to upper esophageal carcinoma[J].J Appl Clin Med Phys,2014,15(3):221-228.

[5]張若輝,樊曉妹,白文文,等.食管癌兩種旋轉調強放療技術劑量學對比研究[J].國際腫瘤學雜志,2014,41(10):785-788.

[6]Wu ZZ,Tian TZ,Jia YL,et al.Volumetric modulated arc therapy vs.c-IMRT for the treatment of upper thoracic esophageal cancer[J].PLoS One,2015,10(3):1-11.

[7]譚兵,黃鑼,吳府容,等.頸和胸上段食管癌三維適形與容積弧形調強放療對比分析[J].中華腫瘤防治雜志,2014,21(16):1262-1265.

[8]Cahlon O,Hunt M,Zelefsky MJ.Intensity-modulated radiation therapy:supportive data for prostate cancer[J].Semin Radiat Oncol,2008,18(1):48-57.

[9]陳廣濤,汪淇,劉亞強,等.TrueBeam加速器射野準直器跟隨功能在鼻咽癌固定野調強放療和容積旋轉調強放療中的應用[J].中國醫學物理學雜志,2014,31(3):4865-4870.

[10]張武哲，陳志堅，李德銳，等.胸上段食管癌調強放療與適形放療計劃的劑量學比較[J].癌癥,2009,28(11)：1127-1131.

[11]Wang S,Liao Z,Wei X,et al.Analysis of clinical and dosimetric factors associated with treatment-related pneumonitis(TRP) in patients with non-small-cell lung cancer(NSCLC) treated with concurrent chemotherapy and three-dimensional conformal radiotherapy (3D-CRT) [J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2006,66(5):1399-1407.

[12]Jiang ZQ,Yang K,Komaki R,et al.Long-Term Clinical Outcome of Intensity-Modulated Radiotherapy for Inoperable Non-samll-Cell Lung Cancer:The MD Anderson Experience[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2012,83(1):332-339.

[13]Wang SL,Liao Z,Vaporciyan AA,et al.Investigation of clinical and dosimetric factors associated with postoperative pulmonary complications in esophageal cancer patients treated with concurrent chemoradiotherapy followed by surgery[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2006,64(3):692-699.

[14]Li Y,Hao W,Jian G,et al.Volumetric-modulated arc therapy vs c-IMRT in esophageal cancer:A treatment planning comparison [J].World J Gastroenterol,2012,18(37):5266-5275.

Application of Jaw-tracking function in VMAT for upper thoracic esophageal cancer*

Wu Lili,Lu Jiayang,Ma Changchun,Zhang Wuzhe△

(Department of Radiation Oncology,Cancer Hospital of Shantou University Medical College, Shantou,Guangdong 515031,China)

[Abstract]ObjectiveTo explore the effect of the Jaw-tracking with RapidArc(JT-RapidArc) plans for upper thoracic esophageal cancer.MethodsTreatment planning was designed by using RapidArc and JT-RapidArc techniques for 11 consecutive patients.The dose-volume histogram parameters of PTV and the organs at risk,conformity index(CI),heterogeneity index(HI),low dose volume of normal tissue(B-P) and monitor units (MU) were compared between the different techniques.ResultsCompared with the RapidArc plan,JT-RapidArc had increased coverage of PTV1(64) D98and HI(P<0.05),lower Dmean,D2 of PTV1(64) and PTV2(54),but no statistically difference in CI(P>0.05).Plans with JT-RapidArc had lower Lung(V5,V10,V13,V20,V30,Dmean,P<0.05)，heart(V20,Dmean,P<0.05),and B-P(V5,V10,V15,V20,V30,P<0.05),but no significantly different in spinal cord and SC-PRV as compared with RapidArc plans(P>0.05).JT-RapidArc plans increaseed the MU by 1%(349±29 vs.345±16,P>0.05) as compared with RapidArc plans.ConclusionAll of the plans had met the requirements of clinical dosimetry.JT-RapidArc plans as compared with RapidArc plans,showing better part of target coverage,part of lung and heart and B-P sparing,which MU was slightly increased.

[Key words]esophageal neoplasms;Jaw-tracking;RapidArc;dosiology

doi:·論著·10.3969/j.issn.1671-8348.2016.11.004

* 基金項目：廣東省醫學科研基金立項課題資助項目(A2014455)。

作者簡介：吳麗麗(1982-)，高級工程師，碩士，主要從事放射腫瘤治療計劃劑量學研究與放射治療設備質量控制。△通訊作者，E-mail:14032426@qq.com。

[中圖分類號]R735.1

[文獻標識碼]A

[文章編號]1671-8348(2016)11-1453-03

(收稿日期：2015-10-23修回日期：2015-12-29)