不同子野數(shù)對胸段食管癌靜態(tài)調(diào)強放療的劑量學影響

張瑞英，侯 鵬，徐曉捷，雷亞楠，韓振坤

食管癌是我國常見的消化道惡性腫瘤，放射治療作為重要的治療手段，在食管癌綜合治療中被廣泛應(yīng)用[1]。調(diào)強放射治療(intensity modulated radiotherapy,IMRT)是一種高精度放射治療技術(shù)，在保證高劑量區(qū)域與靶區(qū)形狀一致的同時，能有效減少周圍正常組織和器官的受照射劑量和體積，顯著提高腫瘤的局部控制率和降低正常組織損傷的概率[2-6]。靜態(tài)調(diào)強放射治療，通過逆向調(diào)強計劃系統(tǒng)，利用多葉光柵(Multi-leave Collimators,MLC)形成若干個子野，通過子野權(quán)重的優(yōu)化以達到預(yù)期的治療計劃。在靜態(tài)調(diào)強放療計劃設(shè)計中，參與優(yōu)化的參數(shù)很多，比如子野數(shù)、子野面積、子野跳數(shù)等，需要知道這些優(yōu)化參數(shù)對放療計劃運算結(jié)果的影響，以選擇合適的優(yōu)化參數(shù)[7-11]。本研究通過比較不同子野數(shù)對胸段食管癌靜態(tài)調(diào)強放射治療計劃的影響，為臨床應(yīng)用提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料隨機選擇2018年1月至2019年12月在河南科技大學第一附屬醫(yī)院放療科進行靜態(tài)調(diào)強放療的20例胸段食管癌病例進入本研究，患者年齡63～79歲，中位年齡68歲，靶區(qū)PTV(planning target volume,ptv)長度范圍為9.5～23 cm，平均長度為14.2 cm?；颊哐雠P于碳纖維板上，雙手抱頭，在CT上行5 mm層厚掃描，所得CT圖像傳輸至計劃設(shè)計系統(tǒng)。由同一醫(yī)生勾畫靶區(qū)和正常器官，危及器官包括雙肺、脊髓和心臟。

1.2 計劃設(shè)計計劃系統(tǒng)為Pinnacle39.10，治療加速器為synergy，多葉準直器為40對，最大射野面積為40 cm ×40 cm。使用5野共面照射，6 mV X射線，射野方向分別為(200、220、0、140、 160)。優(yōu)化參數(shù)包括：最大子野數(shù)預(yù)設(shè)為30個，最小子野面積為6 cm2，最小機器跳數(shù)為6 MU，直接機器參數(shù)優(yōu)化(DMPO)，優(yōu)化最大迭代為120次。靶區(qū)劑量：95%PTV的體積達到處方劑量60 Gy，單次2 Gy,共30次。危及器官(organ at risk，OAR)劑量限制：脊髓最大劑量Dmax<45 Gy，肺V5≤60%， V20≤30%，心臟V30<40%，V40<30%。通過運算得到滿足臨床要求的計劃，然后復(fù)制該計劃，將子野數(shù)改成10、20、40、50子野，其他優(yōu)化參數(shù)和目標函數(shù)保持不變，使得每例患者擁有5個計劃。

1.3 計劃評估評估靶區(qū)和危及器官是否滿足要求：評估靶區(qū)的參數(shù)包括最大劑量、最小劑量、平均劑量、適形指數(shù)(confomal index,CI)：CI=Vtref/VT×Vtref/Vref，其中Vtref表示參考等劑量線包含的靶區(qū)體積，VT表示靶區(qū)體積，Vref表示參考等劑量線所包含的體積，CI值越接近1，表示適形度越好。均勻指數(shù)HI(homogeneity index,HI)：HI=D5/D95，其中D5和D95分別表示5%和95%的PTV接受的最低劑量，HI值越接近1，表示靶區(qū)劑量越均勻。危及器官評估包括脊髓所受最大劑量Dmax，左右肺的V5和V20，心臟的V30和V40。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量評估5組不同子野數(shù)靜態(tài)調(diào)強計劃中PTV 的劑量分布、CI值及HI值見表1。PTV的最大劑量隨著子野數(shù)目的增多而減少，PTV的最小劑量在10、20、30子野數(shù)相比較時，隨著子野數(shù)目的增加而增加，差異有顯著統(tǒng)計學意義(P<0.05)。PTV 的平均劑量5組間基本接近，無顯著統(tǒng)計學差異(P>0.05)。PTV 的CI平均值分別為0.65、0.68、0.69、0.68、0.65。組間分析，30子野數(shù)的計劃比20子野數(shù)和10子野數(shù)計劃的HI值高，差異有統(tǒng)計學意義(均P<0.05)，30子野計劃與40、50子野計劃相比較差異無統(tǒng)計學意義(均P>0.05)。PTV的HI平均值分別為1.13、1.11、1.10、1.09、1.09，通過組間分析發(fā)現(xiàn)30子野數(shù)計劃的HI值與20、10子野數(shù)計劃相比較，差異有統(tǒng)計學意義(均P<0.05)，30子野計劃與40、50子野計劃相比較差異無統(tǒng)計學意義(均P>0.05)。

表1 不同子野數(shù)計劃的靶區(qū)劑量及適形指數(shù)、均勻指數(shù)

2.2 危及器官受照劑量和體積在危及器官受量方面，從表2可以看出，5組不同子野數(shù)計劃均能滿足臨床要求，其中左肺的V5隨著子野數(shù)的增加而增大，50子野與30子野相比較有顯著性差異(P<0.05)。從心臟的受量看，5種計劃在V30和V40上沒有明顯差異(均P>0.05)。脊髓的受量最大值隨著子野數(shù)的增加而減小，并且10、20、40和50子野數(shù)4組計劃的脊髓受量與30子野計劃相比較有顯著性差異(均P<0.05)。

表2 不同子野數(shù)計劃的危及器官受照體積及劑量

2.3 機器跳數(shù)MU在5組不同子野數(shù)靜態(tài)調(diào)強放療計劃中，隨著子野數(shù)的增加，機器跳數(shù)MU的平均值增加，分別為365、443、509、538、559，差異有統(tǒng)計學意義(P均<0.05)，見表3。

表3 不同子野數(shù)計劃機器跳數(shù)MU的比較

3 討論

胸段食管癌靜態(tài)調(diào)強放療，與三維適形放療相比更具有優(yōu)勢，在保證靶區(qū)劑量均勻度和適形度的同時，可以減小左右肺、心臟和脊髓的照射體積和劑量，從而減少放療并發(fā)癥[12]。在靜態(tài)調(diào)強放療中，子野數(shù)的選擇會直接影響計劃靶區(qū)的劑量分布以及危及器官的受照射體積和劑量，治療增益也會隨之發(fā)生變化[13-15]。 因此，如何選擇子野數(shù)使治療計劃更適合患者，具有重要意義。

本研究對20 例胸段食管癌患者設(shè)計了5野靜態(tài)調(diào)強計劃，比較10、20、30、40和50子野數(shù)的調(diào)強計劃的劑量學差異。結(jié)果顯示5組計劃均能滿足劑量要求，其中10子野計劃與30子野計劃相比靶區(qū)劑量分布較差，靶區(qū)內(nèi)外出現(xiàn)較多的劑量冷點和熱點，靶區(qū)劑量不均勻，高劑量區(qū)域較多；20子野計劃靶區(qū)劑量分布與30子野計劃相比較差，但優(yōu)于10子野計劃，這說明子野數(shù)較多靶區(qū)劑量分布較好；然而40子野、50子野計劃靶區(qū)劑量與30子野計劃相比并沒有顯著性差異，這說明30子野數(shù)已經(jīng)能夠滿足靶區(qū)的劑量要求。

在危及器官方面，肺的V5和V20隨著子野數(shù)的增加都有減小的趨勢，其中30子野和40子野計劃對肺的保護較好；心臟的V30和V40在5種不同子野數(shù)計劃中差異不大；脊髓隨著子野數(shù)的增加逐漸減??；子野跳數(shù)隨著子野數(shù)的增加而增加，子野跳數(shù)的增加，使得治療時間變長，從而增加了漏射和散射的概率，并對腫瘤治療生物學效應(yīng)及放射治療中正常組織器官的運動產(chǎn)生一定的影響。

綜上所述，在胸段食管癌靜態(tài)調(diào)強放療計劃中，5野共面照射的情況下，30子野數(shù)放療計劃在保持較好靶區(qū)劑量分布的同時，能很好地保護危及器官，同時能降低子野MU、縮短治療時間，這對于減少器官的運動和提高治療效率有積極意義。因此30子野數(shù)可以作為胸段食管癌靜態(tài)調(diào)強放療計劃中設(shè)計參數(shù)的參考值。在具體應(yīng)用時還應(yīng)綜合考慮靶區(qū)的長度和分布情況，當靶區(qū)較短時，應(yīng)該適當減少子野數(shù)；當靶區(qū)過長或者靶區(qū)不連續(xù)時，適當增加子野數(shù)。