鼻咽癌不同調強放射治療計劃的劑量學比較

盧曉光，王峻峰，黃河

(華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院腫瘤科，湖北 武漢 430030)

鼻咽癌(Nasopharyngeal Carcinoma, NPC)是指發生于鼻咽腔頂部和側壁的惡性腫瘤。我國鼻咽癌發病率為耳鼻咽喉惡性腫瘤之首，是高發惡性腫瘤之一，顯著高于其他大多數國家，尤以南部地區其發病率最高，每10萬人中就有15～50人罹患鼻咽癌[1～3]。

由于鼻咽癌解剖位置關系明確，而且大多對放射治療具有中度敏感性，調強放射治療(Intensity Modulated Radiation Therapy, IMRT)成為原發性鼻咽癌的首選治療方法。鼻咽癌靶區范圍通常較大，靶區周圍危及器官(Organ At Risk，OAR)較多且占位復雜，如何在保證靶區照射劑量的同時更好地保護正常組織和危及器官是制定鼻咽癌放療計劃的關鍵[4～7]。IMRT計劃普遍采用逆向設計方案，其核心就是利用數學算法優化設計治療計劃，治療計劃設計的優劣直接影響放療療效[8]。當前IMRT實現方式主要有固定野靜態調強(Step and Shoot, S&S)、固定野動態調強(Dynamic Multi-leaf Collimator，DMLC)和容積旋轉調強(Volumetric Modulated Arc Therapy, VMAT)，為比較上述3種模式IMRT計劃的劑量學差異，本研究在相同優化參數下，利用醫科達Monaco5.11治療計劃系統比較了3種鼻咽癌IMRT治療計劃靶區和危及器官的劑量。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2017年1月至2017年7月收入本院腫瘤科的鼻咽癌患者20例，所有患者均無放療禁忌證。患者均采用頭頸肩熱塑膜固定，雙臂自然平放于身體兩側，在自由平靜呼吸狀態下呈仰臥位進行CT模擬定位，掃描范圍從頭頂露空至鎖骨頭下緣2cm，掃描層厚為3 mm，通過專用網絡將患者定位圖像傳輸至Monaco治療計劃系統進行三維重建。

1.2 靶區和危及器官定義

由1名資深醫師應用Monaco治療計劃系統在重建的CT影像上勾畫腫瘤靶區(Gross Target Volume, GTV)、臨床靶區(Clinical Target Volume, CTV)和危及器官OARs。腫瘤靶區包括CT/MRI 所顯示的鼻咽原發腫瘤區GTV1和陽性淋巴結區GTV2；GTV及其周圍的亞臨床病灶區(GTV外擴0.5～1cm)，還包括完整鼻咽腔的全壁，正常的鼻咽粘膜下0.5cm的軟組織為CTV1；CTV1及其周圍0.5～1cm范圍易受侵犯的區域，還包括上頜竇、鼻腔的后1/3、蝶竇的下半部分、頸部淋巴引流區和鎖骨上預防區皆為CTV2；由GTV或CTV外放3 mm分別定義為計劃腫瘤靶區(Planning Gross Target Volume, PGTV)或計劃靶區(Planning Target Volume, PTV)。同時勾畫出腦干、脊髓、視神經、視交叉、晶狀體、顳葉、顳頜關節、腮腺、喉部和口腔黏膜等危及器官[9]。

1.3 放療計劃設計

由1名資深物理師設計治療計劃，使用6 MV能量X線，對固定射野調強模式(S&S和DMLC)均采用9野等角度均分設計，對VMAT模式則采用360°雙弧旋轉設計，劑量計算均采用X線蒙特卡洛算法。PGTV1、PGTV2、PTV1和PTV2的處方劑量要求分別為7000、6600、6000和5400cGy，計劃約束條件為95%靶區劑量≥處方劑量，靶區最大劑量Dmax≤107%處方劑量；限定腦干接受6000 cGy劑量體積V60<1%、接受5400cGy劑量體積V54<10%，晶體最大劑量Dmax<800cGy，視神經Dmax<5400cGy，脊髓Dmax<4500cGy，腮腺接受3000cGy劑量體積V30<50%，口腔黏膜接受3000cGy劑量體積V30<50%，顳頜關節Dmax<5000cGy。

1.4 評估指標

計劃設計完成后通過比較靶區適形指數(Conformal Index, CI)、靶區均勻性指數(Homogeneity Index, HI)、危及器官及正常組織受量對3種模式的IMRT計劃進行評價[10,11]。取CI=(VPTV95/VPTV)×(VPTV95/V95)，其中VPTV95指PTV 接受95%處方劑量的體積，VPTV指PTV的總體積，V95指95%處方劑量覆蓋的總體積。取HI=D2/D98，其中D2指2%靶區體積對應的高劑量，D98指98%靶區體積對應的低劑量。CI指數與HI指數越接近1，則靶區劑量分布越理想。比較腦干、脊髓和晶體的Dmax，比較視神經、腮腺、顳頜關節和口腔黏膜的V30和Dmean，比較喉部的V40和Dmean。另外還比較了BODY低劑量區體積和計劃機器跳數(Monitor Unit, MU)。

1.5 統計學分析

采用SPSS 19.0 對以上各項指標進行配對t檢驗。P<0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 靶區劑量

3種IMRT計劃靶區劑量比較結果如表1所示。兩種固定射野靜態調強照射模式間無顯著差異，而容積旋轉調強相較于前兩者在靶區劑量均勻性上表現出明顯劣勢。VMAT調強計劃雖然在靶區平均劑量上與S&S和DMLC計劃相差無幾，但往往得到更高的靶區最大劑量和更低的靶區最低劑量，HI指數明顯大于S&S和DMLC計劃。

2.2 危及器官劑量

3種IMRT計劃危及器官劑量比較結果如表2所示。S&S計劃與DMLC計劃危及器官的吸收劑量無顯著差異，VMAT計劃與固定射野角度計劃相比，腮腺、口腔和喉部所受劑量都有明顯增加。

2.3 正常組織劑量

表3所示為除靶區和危及器官以外，掃描范圍內所有正常組織受照射的劑量體積百分比。統計數據表明，DMLC計劃在減少正常組織受量方面優于S&S計劃，而VMAT計劃較固定射野角度調強計劃對降低正常組織受量更有優勢。

表1 IMRT計劃各種靶區劑量學參數比較 cGy,

注：HI和CI均無單位。

表2 IMRT計劃危及器官劑量學參數比較 cGy,

注：V30為器官受3000cGy劑量照射的體積占器官全部體積的百分比(%)，余類推。

表3 IMRT計劃正常組織劑量學參數比較 %

表4 IMRT計劃加速器工作效率比較

2.4 機器跳數與治療時間

由表4統計結果可知，執行DMLC計劃時加速器工作效率高于執行S&S計劃，而VMAT計劃能大幅縮短治療時間，減少多葉準直器葉片磨損，極大提高加速器工作效率。

3 討論

與傳統放射治療相比，IMRT能夠有效提高靶區吸收劑量，同時降低危及器官和正常組織受照射劑量，是當前提高鼻咽癌治療療效的理想手段[12]。伴隨多葉準直器在放射治療中的廣泛應用，IMRT技術得到不斷進步，IMRT的實現方式也逐漸豐富，了解不同調強手段之間的差異對增強放療療效、改善放療副反應和提高加速器工作效率都有積極意義[13]。

本研究統計數據顯示，與S&S計劃相比， DMLC計劃能在保證靶區劑量和危及器官限量的同時，在一定程度上降低了正常組織低劑量，雖然增加了機器跳數但縮短了治療時間，是更先進更優化的固定射野角度調強技術；容積旋轉調強與固定射野角度調強相比，雖然在靶區劑量均勻性上有所欠缺，并導致了諸如腮腺、口腔和喉部等危及器官劑量有所增加，但在滿足臨床劑量學要求的前提下，VMAT計劃未增加機器跳數，大大縮短了治療時間，極大程度提高了加速器工作效率，提高了射線利用率，減少了散射線、漏射線及感生射線對患者的影響，減少了正常組織所受低劑量，能夠降低放射治療誘發惡性腫瘤的發生幾率。

針對鼻咽癌調強放療劑量學的特點，國內外已有諸多學者進行了研究。張丹丹等[14]報道VMAT計劃的靶區劑量覆蓋率略差于S&S，除腦干外,VMAT計劃各OAR的平均劑量和最高劑量均高于S&S調強計劃，S&S和VMAT治療時間分別為803.7s和389.3s；劉同海等[15]報道VMAT計劃靶區適形指數更優，腦干和脊髓的最大劑量都明顯增加，其他OAR劑量未見明顯差異；Radhakrishnan等[16]報道VMAT計劃降低了脊髓的最大劑量。

筆者認為，所使用計劃系統算法、加速器物理參數和多葉準直器葉片物理參數都影響劑量計算的結果。本研究使用的Monaco治療計劃系統采用X線蒙特卡洛算法進行劑量計算，機器參數則采集自一臺醫科達Versa HD 醫用直線加速器。該加速器配備一套AgilityTM多葉準直器系統，該多葉準直器形成最大射野范圍為40cm x 40cm，在患者左右方向沿射野中心軸對稱配置80對葉片，單個葉片在射野等中心位置投影寬度為0.5cm，葉片半影典型值為0.6cm，在等中心投影運動速度為3.5cm/s。使用不同的治療計劃系統和不同的加速器參數進行計算，所得到的劑量分布則會產生一定程度差異。

本研究比較了3種不同模式的IMRT調強治療計劃的劑量學差異，結果表明VMAT調強治療能在保證靶區劑量和保護危及器官的前提下，極大提高加速器治療效率，比固定射野調強治療更具優勢。但由于VMAT調強治療會導致部分危及器官受量增加，在臨床應用時需綜合考慮患者實際情況及加速器實際條件，不能一味盲目采用。