胸中段食管癌3種調強放療劑量學比較

賈雪麗，閆文星，徐曉捷，亢崇照，趙芳宗，韓振坤，王曉宏

食管癌是我國常見的消化道惡性腫瘤之一，以手術為主的治療方案仍有較高局部復發率，其5 a生存率約為20%[1]。近年來全弧容積旋轉調強(volumetric modulated arc therapy,VMAT)技術發展迅速，該技術在放療中機架和多葉準直器(multi-leaf collimator,MLC)同時動態運動，可提高治療速度[2]，同時縮短治療時間，相對提高治療的生物效應。由于隨著治療時間的延長，患者體位變化產生的概率加大，降低治療精度[3]，而動態調強是機架角度固定，動態調整葉片的位置連續出束。全弧容積旋轉調強(volume modulated arc therapy,VMAT)是一個完整的弧，在實際治療時弧內每個機架角度都出束[4]。弧內間斷出束的容積旋轉調強(finite discontinuity-volume modulated arc therapy,D-VMAT)是為了保護重要的危及器官，在弧內間斷的出束，避開重要危及器官。本文比較中段食管癌DMLC、D-VMAT和VMAT這3種計劃的劑量分布特點，為中段食管癌臨床放療計劃選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 一般資料選擇2020年4月至2021年4月本院收治的采用醫科達Infinity直線加速器做治療的胸中段食管癌患者20例，其中男11例，女9例；年齡53～80歲，中位年齡71歲；腫瘤長度6～26.5 cm，中位長度15.75 cm，計劃靶區PTV的體積47.38～667.71 cm3，中位體積191.59 cm3。

1.2 定位及靶區和OAR勾畫患者均采用平靜呼吸狀態下仰臥位，均雙臂上舉雙手交叉置于頭頂，用熱縮體膜(深圳騰飛宇科技，規格560 mm×460 mm×2.4 mm)固定，配合碳纖維固定架和體位參考金標固定。采用西門子4排CT模擬機掃描定位，掃描層厚均為5 mm。定位掃描的圖像傳至Pinnacle 10.9計劃系統。由同一個主管醫生在CT圖像上勾畫靶區GTV、CTV、PTV和危及器官(organs at risk,OAR)。PTV的處方劑量為50.40～63 Gy，每周5次，每次1.8～2.1 Gy，共30次。物理師將畫好靶區的CT圖像傳至Monaco 5.11治療計劃系統(treatment planning system,TPS)，按照醫生的處方要求制作多個放射治療計劃。

1.3 計劃設計采用醫科達Monaco 5.11計劃系統，20例分別設計前1后4的5個野共面固定野的動態調強計劃記為DMLC，弧內間斷出束的容積旋轉調強(準直器角度0°，從180°旋轉至225°，330°旋轉至30°，135°旋轉至180°)的VMAT計劃記為D-VMAT，全弧容積旋轉調強的(從180°順時針旋轉360°)的VMAT計劃記為VMAT。PTV處方劑量50.40～63 Gy，分30次，要求95% PTV接受100%處方劑量，單側肺要求V5<60%、V20<30%，心臟V30<40%、V40<30%，脊髓Dmax<45 Gy，且均用一樣的優化條件。

1.4 計劃評估利用劑量體積直方圖(dose volume histogram,DVH)比較3種計劃PTV的D98、D95、D50、D5、D2、V95%、Dmax、Dmean及適形度指數CI(conformity index,CI)、均勻性指數HI(homogeneity index，HI)值[5-6]。左肺和右肺V5、V10、V20、Dmean，心臟V30、V40、Dmean和脊髓Dmax。

1.5 統計方法采用SPSS 23.0軟件對3種計劃分別行兩兩配對t檢驗，以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 DMLC、D-VMAT和VMAT計劃靶區劑量參數比較分別對DMLC計劃與D-VMAT計劃行配對t檢驗，DMLC計劃與VMAT計劃行配對t檢驗，D-VMAT計劃與VMAT計劃行配對t檢驗，得到相應的P值。PTV的D2和D5值D-VMAT計劃最優(P=0.022，P=0.045)，均勻性指數HI值DMLC計劃最優(P=0.008)。見表1。

表1 20例中段食管癌患者3種計劃間計劃靶區劑量參數比較

2.2 DMLC和D-VMAT計劃危及器官OAR劑量參數比較左肺V10、右肺V20、心臟V30值均是DMLC計劃值最優(P=0.001～0.035)。見表2。

表2 20例中段食管癌患者DMLC和D-VAMT計劃間危及器官OAR參數比較

2.3 DMLC和VMAT計劃危及器官OAR劑量參數比較右肺V5、V10、V20、Dmean值DMLC計劃均優于全弧VMAT計劃(P=0.001～0.008)，見表3。

表3 20例中段食管癌患者DMLC和VAMT計劃間危及器官OAR參數比較

2.4 D-VMAT和VMAT計劃危及器官OAR劑量參數比較左肺V10，右肺V5、V10， D-VMAT計劃優于VMAT計劃(P=0.000～0.032)。左肺的V20和心臟的V30劑量參數VMAT計劃優于D-VMAT計劃(P=0.001，P=0.001)。

2.5 機器跳數和治療時間的比較3個計劃的機器跳數比較，結果顯示，DMLC計劃優于D-VMAT計劃(P=0.002)、優于VMAT計劃(P=0.001)。經研究，本院Infinity直線加速器在實際執行時DMLC計劃的平均劑量率為3.54 Mu·s-1，VMAT計劃的平均劑量率為5.29 Mu·s-1。3個計劃的實際執行時間比較， D-VMAT計劃和VMAT優于 DMLC計劃(P=0.000～0.001)。

表4 20例中段食管癌患者DMLC和D-VAMT計劃間危及器官OAR參數比較

表5 20例中段食管癌患者DMLC、D-VAMT和VAMT計劃間機器跳數比較 Mu

表6 20例中段食管癌患者DMLC、D-VAMT和VAMT計劃間執行時間比較 s

3 討論

隨著放療設備的不斷創新、技術的不斷發展，放射治療越來越多地應用于食管癌的治療[7]。調強放射治療能夠明顯提高食管癌患者的生存率[8]。目前容積旋轉調強VMAT已廣泛應用于臨床，且有研究表明無論是單弧VMAT還是全弧VMAT計劃的劑量分布均能滿足劑量學分布要求，且能顯著縮短治療時間[9-11]。本研究的病例均選取胸中段食管癌患者，以便比較不同計劃的劑量分布特征。

食管癌的放射治療中，放射性肺炎是最主要的不良反應。調強放療能夠在有效地減少正常器官的照射劑量前提下，提高腫瘤區域的照射劑量，明顯提高食管癌照射區域劑量的適形度和均勻性[12]。容積旋轉調強VMAT技術，在機架旋轉的同時根據靶區大小、形狀等動態地調整葉片的運動，獲得精準的照射[13]。動態調強DMLC在靜態調強IMRT的基礎上，能在出束時動態地調整多葉光柵的位置，更好地適形靶區的形狀，照射速度較靜態IMRT快。

本研究中計劃靶區PTV的D5(P=0.045)和D2(P=0.022)劑量參數動態調強DMLC計劃優于容積調強D-VMAT和VMAT計劃。針對危及器官，左肺的V20(P=0.004，P=0.001)，右肺的V5(P=0.001)、V10(P=0.035，P=0.002)、V20(P=0.015，P=0.008)、Dmean(P=0.006)，機器跳數MU(P=0.002，P=0.001)，均勻性指數HI(P=0.008)參數，均是動態調強DMLC計劃優于D-VMAT和VMAT計劃。且左肺V10(P=0.032)，右肺V5(P=0.002)、V10(P=0.000)參數均是D-VMAT優于VMAT計劃。機器跳數DMLC計劃最少，全弧VMAT計劃跳數最高。

本研究Infinity加速器實際出束時，容積旋轉調強平均出束劑量較快，實際治療時間較短，提高治療精度，所以在治療效率上，D-VMAT和VMAT計劃均要優于動態調強DMLC計劃。D-VMAT和VMAT計劃的機器跳數較固定野DMLC計劃較高，但是在機架轉速一樣的情況下，D-VMAT和VMAT計劃的實際執行的平均劑量率為5.29 Mu·s-1，而DMLC計劃的實際執行的平均劑量率為3.54 Mu·s-1。DMLC平均治療時間較D-VMAT長33.06 s，較VMAT長29.64 s。這一結果與王清鑫等[14]的研究結果一致，旋轉容積調強能有效縮短治療時間。本研究中用的是醫科達的Monaco 5.11計劃系統，該計劃系統的算法為蒙特卡羅算法。且本研究選擇的是動態調強的固定野DMLC，動態調強是靜態調強IMRT的升級技術，在機架角度固定的情況下，動態地調整多葉光柵的位置和形狀，在一個固定射野內連續不間斷出束，較靜態調強治療速度提升較多。Monaco 5.11計劃系統能實現固定照射野的整合，無需人工操作即可實現機架角自動旋轉，也能提高實際執行時間。

本研究所選取的是胸中段食管癌患者，靶區位置在縱膈中部，左右兩邊是低劑量敏感的正常器官肺組織，固定野的計劃設計和弧內間斷出束的容積調強計劃設計的初衷就是避開肺組織，讓劑量盡可能少地通過肺組織。本研究結果顯示，弧內避開肺組織的間斷出束容積調強D-VMAT較全弧容積旋轉調強VMAT在左肺V10參數和右肺V10參數上有優勢，但和DMLC相比無明顯優勢。

綜上所述，在雙肺組織保護和機器跳數方面，DMLC較D-VMAT和VMAT具有明顯的優勢，在治療時間方面D-VMAT和VMAT較DMLC具有明顯優勢。對于靶區的劑量分布適形度指數，3種計劃間均沒有太大差異，且均能滿足靶區劑量分布要求。對于心臟的保護VMAT較D-VMAT有明顯的優勢。