基于模型的肺部腫瘤內(nèi)外兩種放療方案的肺受照物理劑量差異分析

楊 波

（西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院腫瘤科，四川瀘州 646000）

對(duì)于晚期肺癌腫瘤伴有縱膈淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的患者，如果針對(duì)肺部腫瘤靶區(qū)和淋巴結(jié)靶區(qū)同時(shí)實(shí)施外放射治療（如調(diào)強(qiáng)技術(shù)），在制作放療計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)常常因?yàn)榉问芰康南拗贫荒芡聘甙袇^(qū)的劑量。而組織間近距離插植放療時(shí)，插植針植入腫瘤內(nèi)部隨腫瘤的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，可以忽略靶區(qū)運(yùn)動(dòng)的影響，com?mission on radiation units and measurements (ICRU)第58號(hào)報(bào)告建議，處方劑量可以直接給予到臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV）上[1]；因此，有學(xué)者采用針對(duì)腫瘤靶區(qū)實(shí)施組織間近距離插植內(nèi)照射加縱膈淋巴結(jié)調(diào)強(qiáng)外照射的方案來緩解肺受量的限制[2-7]。為此，本研究專門設(shè)計(jì)了一個(gè)模型來分析采用插植放療的方案與原有方案在肺受照物理劑量的差異。

1 材料與方法

1.1 文獻(xiàn)方案分析

文獻(xiàn)報(bào)道組織間近距離插植放療針對(duì)肺部腫瘤靶區(qū)CTV 的放療方案中[7]，單次給予CTV 處方劑量為單次30 Gy，等效生物劑量為120 Gy。對(duì)縱膈淋巴結(jié)靶區(qū)采用調(diào)強(qiáng)放療，處方劑量70 Gy，共約35 次。以此為基礎(chǔ)，本研究的設(shè)計(jì)放療計(jì)劃處方劑量方案為：針對(duì)肺部腫瘤靶區(qū)設(shè)計(jì)處方劑量為120 Gy，針對(duì)縱膈淋巴結(jié)靶區(qū)為70 Gy。

1.2 設(shè)備和靶區(qū)設(shè)計(jì)

在放療專 用CT 機(jī)（lightspeed plus 4，general electric company，USA）上掃描仿真人形模體，采用層厚5 mm，120 kv，200 mA的掃描條件進(jìn)行掃描，然后傳輸?shù)饺S近距離治療計(jì)劃中Oncentra 4.1(Elek?ta，Sweden)進(jìn)行勾畫靶區(qū)和計(jì)劃設(shè)計(jì)。在右肺中部勾畫一組同心圓球體靶區(qū)模擬不同體積的肺部原發(fā)灶腫瘤靶區(qū)，半徑分別為：10、18、26、34和42 mm；體積分別為：4.17、24.30、73.40、164.00 和309.00 cm3（說明：體積為計(jì)劃系統(tǒng)中根據(jù)靶區(qū)勾畫的輪廓計(jì)算所得，與標(biāo)準(zhǔn)的球體體積計(jì)算稍有差別），如圖1。其中半徑逐漸增加8 mm[8-10]用于模擬CTV 和計(jì)劃靶區(qū)（planning target volume，PTV)大小的差別。然后在縱膈處模擬勾畫兩個(gè)體積分別為9.68 cc 和8.44 cc 球形靶區(qū)模擬縱膈淋巴結(jié)靶區(qū)。

圖1 靶區(qū)示意圖

1.3 放療計(jì)劃設(shè)計(jì)

1.3.1 針對(duì)肺部靶區(qū)的調(diào)強(qiáng)計(jì)劃分別針對(duì)每個(gè)球體靶區(qū)（模擬的肺部原發(fā)灶腫瘤靶區(qū)）設(shè)計(jì)外照射5 野逆向靜態(tài)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃。5野調(diào)強(qiáng)計(jì)劃的射野角度分別為：0°、72°、144°、216°和288°；計(jì)劃優(yōu)化目標(biāo)為：全肺組織受到20 Gy 劑量以上的體積占全肺體積的百分比（V20）最低時(shí)，95%的模擬靶區(qū)體積達(dá)到處方劑量120 Gy（D95 ≥120 Gy）[11-13]。針對(duì)不同的半徑大小，放療調(diào)強(qiáng)計(jì)劃名分別為：IMRT（10），IMRT（18），IMRT（26），IMRT（34）和IMRT（42）；其中IMRT（10）為針對(duì)靶區(qū)半徑為10 mm的調(diào)強(qiáng)計(jì)劃，其他同理。

1.3.2 針對(duì)肺部靶區(qū)的組織間近距離插植放療計(jì)劃

組織間近距離插植放療計(jì)劃的插植針為虛擬布針，布針方式為等間距平行布針[1]，垂直插入腫瘤球形靶區(qū)內(nèi)，布針數(shù)目為：半徑為10 mm球形靶區(qū)布針1 針，并經(jīng)過球形靶區(qū)中心；半徑為18 mm 和26 mm的球形靶區(qū)布針3 針；半徑為34 mm 和42 mm 的球形靶區(qū)布針5 針。優(yōu)化手段主要采用調(diào)整駐留點(diǎn)位置和駐留點(diǎn)時(shí)間，優(yōu)化目標(biāo)為當(dāng)V20最低時(shí)，D95 ≥120 Gy[10-11]。針對(duì)不同的半徑大小，組織間近距離插植計(jì)劃名分別為：IBRT（interstitial brachytherapy）（10）IBRT（18），IBRT（26），IBRT（34）和IBRT（42）；其中IBRT（10）為針對(duì)靶區(qū)半徑為10 mm 的組織間近距離插植計(jì)劃，其他同理。

1.3.3 針對(duì)縱膈淋巴結(jié)靶區(qū)的調(diào)強(qiáng)計(jì)劃

針對(duì)在縱膈處兩個(gè)體積分別為9.68 cc 和8.44 cc 球形的模擬縱膈淋巴結(jié)靶區(qū)，設(shè)計(jì)5 野逆向靜態(tài)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃；處方劑量為70 Gy；優(yōu)化目標(biāo)：肺V20最低時(shí)95 %的模擬靶區(qū)體積達(dá)到處方劑量70 Gy（D95 ≥70 Gy）。針對(duì)縱膈處靶區(qū)的調(diào)強(qiáng)計(jì)劃命名為：IMRT-ZG。

1.4 方案分組比較

根據(jù)制作好的三類放療計(jì)劃，進(jìn)行方案分組；分3組。1組：針對(duì)肺部腫瘤靶區(qū)相同體積時(shí)，組織間近距離插植計(jì)劃和調(diào)強(qiáng)計(jì)劃。2組：針對(duì)肺部腫瘤靶區(qū)相同體積時(shí)，插植組織間近距離插植計(jì)劃和調(diào)強(qiáng)計(jì)劃分別融合縱膈調(diào)強(qiáng)計(jì)劃IMRT-ZG 后合成方案。即：比 較IMRT(10)+IMRT-ZG 和IBRT(10) +IMRT-ZG；IMRT(18)+IMRT-ZG 和IBRT(18) +IMRT-ZG；IMRT(26)+IMRT-ZG 和IBRT(26) +IMRT-ZG；IMRT(34)+IMRT-ZG 和IBRT(34) +IMRT-ZG；IMRT(42)+IMRT-ZG 和IBRT(42) +IMRT-ZG。3 組：方案Ⅰ和方案Ⅱ；方案Ⅰ為針對(duì)肺部腫瘤靶區(qū)CTV實(shí)施插植組織間近距離插植計(jì)劃和針對(duì)縱膈靶區(qū)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃的融合計(jì)劃；方案Ⅱ?yàn)椋横槍?duì)肺部腫瘤靶區(qū)PTV（方案一中的CTV半徑增加8mm）實(shí)施調(diào)強(qiáng)計(jì)劃和針對(duì)縱膈靶區(qū)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃的融合計(jì)劃。具體為：比較IM RT(18)+IMRT-ZG 和IBRT(10)+IMRT-ZG；IMRT(26)+IMRT-ZG 和IBRT(18) +IMRT-ZG；IMRT(34)+IMRT-ZG 和IBRT(26) +IMRT-ZG；IMRT(42)+IMRT-ZG 和IBRT(34) +IMRT-ZG。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

在SPSS 19.0 統(tǒng)計(jì)軟件中，比較各組間的肺V20和V30；差異采用配對(duì)樣本T 檢驗(yàn)，以P ＜0.05 為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。作圖分析肺V20 差值與腫瘤體積大小的關(guān)系。

2 結(jié)果

2.1 相同體積靶區(qū)時(shí)，肺受量參數(shù)V20和V30比較

針對(duì)相同體積靶區(qū)時(shí)，肺部靶區(qū)半價(jià)r大小分別為：10、18、26、34 和42 mm；肺受量參數(shù)V20 和V30比較中，V30 的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＜0.05），見表1，表2。

表1 IBRT和IMRT針對(duì)相同肺部靶區(qū)大小時(shí)的肺V20和V30（%）

表2 針對(duì)相同肺部靶區(qū)大小的IBRT和IMRT分別融合IMGR-ZG時(shí)的肺V20和V30 (%)

2.2 兩種放療方案中肺受量參數(shù)V20和V30比較

針對(duì)不同體積靶區(qū)，方案Ⅰ和方案Ⅱ的肺V20和V30 比較中，V20 和V30 差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＜0.05），見表3。

表3 方案Ⅰ和方案Ⅱ的肺V20和V30 (%)

2.3 肺受量參數(shù)V20與腫瘤體積大小的關(guān)系

針對(duì)不同體積靶區(qū)，方案Ⅰ和方案Ⅱ的肺受量參數(shù)V20 差值大小（ΔV20）隨著靶體積的增大而減小，見圖2。

圖2 Δ V20與肺部腫瘤體積大小關(guān)系

3 討論

對(duì)于晚期肺癌腫瘤伴有縱膈淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的患者，如果針對(duì)肺部腫瘤靶區(qū)和淋巴結(jié)靶區(qū)同時(shí)實(shí)施外放射治療（如調(diào)強(qiáng)技術(shù)），在制作放療計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)常常因?yàn)榉问芰康南拗贫荒芡聘甙袇^(qū)的劑量。從模體分析的結(jié)果看，插植內(nèi)照射方式相比較調(diào)強(qiáng)外照射而言是可以降低肺受量的，因此，針對(duì)晚期肺癌伴淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移到放療患者，采用組織間近距離插植內(nèi)照射加縱膈淋巴結(jié)調(diào)強(qiáng)外照射的方案來緩解肺受量的限制是可行的。這一方案使得推高腫瘤治療劑量從而提高局控率有一定范圍的突破[14]。但是，隨著肺部腫瘤體積的增大，兩種方案的肺受量差別在縮小，即：組織間近距離插植內(nèi)照射加縱膈淋巴結(jié)調(diào)強(qiáng)外照射的方案在肺受量上的優(yōu)勢(shì)在減弱。因此，這一方案的適用范圍應(yīng)該可能在大體積肺腫瘤上有所限制；這與以放射性粒子植入治療手段，針對(duì)肺癌時(shí)的適應(yīng)癥：腫瘤直徑≤7cm的指南建議相吻合[15-16]。但是以銥源后裝機(jī)器為基礎(chǔ)時(shí)，具體這個(gè)限值存在哪個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)間范圍還需要進(jìn)一步研究。

內(nèi)外兩種照射方式的不同，其產(chǎn)生的劑量分布有各自的特點(diǎn)，這可能是造成肺受照劑量的差異原因之一。但是，在體模上針對(duì)同一體積給予相等處方劑量照射的研究結(jié)果表明，兩種照射方式在肺受量上的差別不明顯；當(dāng)針對(duì)不同體積大小時(shí)（插植針對(duì)CTV 靶區(qū)，調(diào)強(qiáng)針對(duì)PTV 靶區(qū)）肺受量差別明顯。這說明兩種方案產(chǎn)生的肺受量的差別主要源于照射靶區(qū)體積大小的不同。

同時(shí)，兩種方式的肺受量差別，從數(shù)據(jù)來看都有隨腫瘤體積增大而減小的趨勢(shì)。可能的原因在于，PTV 的外擴(kuò)是在CTV 基礎(chǔ)上增加一個(gè)定量的范圍（外擴(kuò)8 mm）；隨著CTV 大小的增加，PTV 體積與CTV體積的比率在下降。假設(shè)CTV的半徑為r的標(biāo)準(zhǔn)球體，PTV 在CTV 基礎(chǔ)上外擴(kuò)8 mm，設(shè)K 為PTV 體積與CTV體積的比率：K=PTV體積/CTV體積，那么K=(r+8)3/r3，隨著r 增大，K 值減小，接近于1。而CTV 或PTV 正好對(duì)應(yīng)的是計(jì)劃中高劑量覆蓋區(qū)域，靶區(qū)體積大小差異越小，高劑量覆蓋的范圍大小差異也越小，從而可能使得肺受量的差異減小。

需要指出的是，本研究中的肺V20 和V30 劑量學(xué)指標(biāo)為物理劑量學(xué)指標(biāo)，并沒有考慮分次照射等因素，雖然與臨床預(yù)測(cè)肺副反應(yīng)時(shí)所運(yùn)用的劑量學(xué)指標(biāo)為相同的名字，但意義有區(qū)別[17]。處方劑量選擇為120 Gy 原因是為了避免劑量指標(biāo)的選擇不合理（比如：當(dāng)選擇處方劑量20 Gy，所有計(jì)劃方案中肺V30 數(shù)值都為0）。總之，從模體的研究中，驗(yàn)證了采用組織間近距離插植內(nèi)照射加縱膈淋巴結(jié)調(diào)強(qiáng)外照射的方案來緩解肺受量這個(gè)方案的合理性，但也預(yù)示了該方案在大體積腫瘤的應(yīng)用上存在限制。但，是否可以將這一初步結(jié)論完全應(yīng)用于真實(shí)人體還需要進(jìn)一步的研究。

4 結(jié)論

對(duì)于晚期肺癌伴有縱膈淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的放療患者，采用組織間近距離插植內(nèi)照射加縱膈淋巴結(jié)調(diào)強(qiáng)外照射的方案可以降低肺的受量，從而在一定的程度上突破全外照射方案在肺受量上的限制而推高靶區(qū)劑量。但是，隨著靶區(qū)體積的增大，組織間近距離插植內(nèi)照射加縱膈淋巴結(jié)調(diào)強(qiáng)外照射的方案在降低肺的受量方面的優(yōu)勢(shì)在減小。