鼻咽癌容積旋轉調強放療中不同布野方案的劑量學對比研究

佘瑾，黎李鑫，張達

1. 宜昌市中心人民醫院 設備科，湖北 宜昌 443003；2. 四川友誼醫院 放療科，四川 成都 610041；3. 四川省腫瘤醫院 放療中心，四川 成都 610058

引言

鼻咽癌是我國常見的頭頸部惡性腫瘤之一，放射治療是鼻咽癌首選的治療方法，但鼻咽癌的靶區較大，空間形狀復雜，周圍重要器官較多，因此對物理師的工作提出了巨大的挑戰[1]。調強放射治療（Intensity Modulated Radiotherapy，IMRT）在獲得更適形靶區劑量的同時，又能降低周圍危及器官（Organs at Risk，OAR）劑量。研究表明，容積旋轉調強（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）技術在減少治療時間的同時能獲得更好的劑量分布[2]；而非共面布野能提供更多的優化空間，不僅能改善計劃質量，還可以降低鄰近器官劑量[3]。蝴蝶形VMAT 布野最早由Fiandra 等[4]應用于早期霍奇金淋巴瘤放射治療中，他們分別使用2 個共面弧和1 個或2 個非共面弧實現部分非共面照射。目前該技術已應用于非霍奇金淋巴瘤[4]、縱隔淋巴瘤[5]、左側乳腺癌[6]、頭頸部腫瘤[7]等的放射治療中，但尚未見其應用于鼻咽癌治療的報道。基于此，本研究選取10 例鼻咽癌患者作為研究對象，采用Eclipse 計劃系統分別設計雙弧共面（Double-arc Coplanar，2F）計劃、4 弧共面（Quadruple-arc Coplanar，4F）計劃和非共面蝴蝶形布野（Butterfly-shaped Field，BF）計劃，通過評估3 個計劃中靶區、OAR 和機器參數的差異，并比較2F 與4F、2F 與BF 計劃的劑量學差異，旨在為鼻咽癌容積旋轉調強放療中布野方案的選擇奠定理論依據。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

選取2019 年12 月至2020 年2 月本院腫瘤科接收的原發、無遠處轉移鼻咽癌患者10 例作為研究對象，均為首程放療、非妊娠期或哺乳期患者。10 例患者中男性6例，女性4 例；患者年齡20～65 歲，中位年齡51.5 歲；根據AJCC/UICC 鼻咽癌分期標準第8 版[8]，其中T3 期3 例，T4 期7 例；N1 期4 例，N2 期6 例。本研究經本院倫理委員會審核批準，所有研究對象均對本研究知情并自愿簽署知情同意書。

1.2 模擬及體位固定

10 例患者均采用仰臥位，選用頭枕+熱塑型頭頸肩膜（固定范圍從頭頂到肩部及胸廓上半部）進行固定。使用飛利浦Brilliance Big Bore CT 模擬定位機（貝斯特飛利浦醫療保健有限公司公司，荷蘭），待患者呼吸平穩后開始靜脈造影增強掃描，掃描層厚3 mm，掃描范圍為從頭頂至鎖骨下3 cm。

1.3 靶區勾畫

由1 名經驗豐富的放射科醫生根據鼻咽癌靶區勾畫指南[9]，勾畫出腫瘤原發灶（Gross Tumor Volume，GTV）和左右高危淋巴結、高危亞臨床病灶（Clinical Target Volume，CTV1）、預防照射區（CTV2 和CTVln）。上述靶區分別向前、上下和兩側外擴5 mm，向后外擴0.3 mm，得到相應的計劃靶體積：PGTV、PCTV1（亞臨床病灶區）、PCTV2（預防照射區）和PCTVln（頸部淋巴結引流區）。計劃設計次數30 次，處方劑量分別為69、66、54 和54 Gy。

1.4 計劃設計

所有病例CT 圖像傳至Varian Eclipse 11.0 計劃系統（Varian Medical Systems 公司，美國），由經驗豐富的物理師根據醫生要求制定放療計劃。Varian NovalisTX 加速器（Varian Medical Systems 公司，美國）中間32 對多葉準直器（Multi-leaf Collimator，MLC）寬度為2.5 mm，兩邊28 對寬度為5 mm，Y 方向（頭腳方向）最大開野為22 cm。每例患者分別設計3 個計劃：2F、4F、BF。其中2F 計劃為2 個共面全弧（190°～170°），4F 計劃為4 個共面全弧（190°～170°），BF 計劃由2 個共面全弧（機架角度190°～170°和170°～190°）和2 個非共面弧（機架角度30°～330°和330°～30°，床轉角90°）構成。所有共面弧均采用半鉛門技術，即根據靶區大小和形狀調整鉛門寬度（X 軸方向），同時在計劃設計時鉛門寬度保持固定，不隨MLC 寬度的改變而發生變化。本研究將X 軸方向一側鉛門移動到PCTVln 中間，靶區另一側鉛門完全打開。3 個計劃均采用相同的射野參數、目標函數及優化條件，以評估不同布野方式對計劃的影響。

1.5 計劃評估

將靶區劑量歸一到≥95%的體積，利用劑量-體積直方圖評估靶區指標和OAR 參數，其中，靶區評價指標包括：最大劑量（Dmax）、平均劑量（Dmean）、適形指數（Conformity Index，CI）、均勻性指數（Homogeneity Index，HI）。CI 的范圍為0～1，其中CI=1，表示靶區劑量完全覆蓋靶區，適形性最佳；CI=0，表示沒有適形性，適形性最差[10]。HI 理想值為0，其隨計劃劑量分布不均勻而逐漸增大[11]。OAR評估參數包括：腦干Dmax、脊髓Dmax、左右晶體Dmax、左右腮腺Dmean、喉Dmean、口咽Dmean、左右視神經Dmax、視交叉Dmax、下頜骨V30。機器參數為機器跳數（Monitor Units，MUs）。

1.6 統計學方法

采用SPSS 20.0 統計學軟件進行數據分析，計量資料采用（±s）表示。由于在實際計劃設計和治療中，一般采用2F 布野方式，因此，以2F 計劃為參照，分別比較2F與4F、2F 與BF 之間靶區、OAR 和機器參數的差異。組間數據比較采用Wilcoxon 符號秩和檢驗，以P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 靶區劑量學參數比較

由表1 可知，靶區劑量參數中除BF 計劃的PGTV Dmax顯著低于2F 計劃外（P＜0.05），其他參數比較差異均無統計學意義（P＞0.05）。由表2 可知，4F 計劃與2F 計劃除PGTV CI 差異無統計學意義，其余參數均顯著高于2F 計劃（P＜0.05），而BF 計劃與2F 計劃各參數CI 比較差異均無統計學意義（P＞0.05）。4F 計劃與2F 計劃除PCTV1 HI 差異無統計學意義外，其他參數均顯著低于2F 計劃（P＜0.05），BF 計劃僅PCTV2 和PCTVln HI 顯著低于2F 計劃（P＜0.05）。

表1 靶區劑量學參數比較（cGy，±s）

表1 靶區劑量學參數比較（cGy，±s）

注：PGTV：腫瘤原發灶靶區；PCTV1：亞臨床病灶區；PCTV2：預防照射區；PCTVin：頸部淋巴結引流區。與2F比較，aP＜0.05。

靶區 參數2F計劃4F計劃BF計劃PGTVDmax 7467.35±41.71 7431.63±79.80 7440.54±40.46a Dmean 7157.62±127.57 7116.84±30.32 7109.72±24.27 PCTV1Dmax 7449.72±62.66 7455.70±64.85 7446.95±39.14 Dmean 6938.31±44.82 6829.97±46.80 6822.88±47.69 PCTV2Dmax 7473.72±42.69 7437.70±93.13 7446.95±39.14 Dmean 6472.68±53.40 6462.34±44.74 6460.02±47.21 PCTVlnDmax 7470.89±113.08 7479.74±119.5 7486.18±103.81 Dmean 6113.35±122.5 6097.47±99.02 6110.28±103.62

表2 靶區CI和HI比較（±s）

表2 靶區CI和HI比較（±s）

注：PGTV：計劃腫瘤靶區；PCTV1：亞臨床病灶區；PCTV2：預防照射區；PCTVin：頸部淋巴結引流區；CI：適形指數；HI：均勻性指數。與2F比較，aP＜0.05。

靶區 指標2F4FBF PGTVCI0.746±0.091 0.780±0.0550.719±0.069 HI0.060±0.004 0.052±0.007a 0.059±0.004 PCTV1CI0.345±0.062 0.362±0.061a 0.351±0.059 HI0.195±0.010 0.190±0.0150.193±0.010 PCTV2CI0.276±0.050 0.282±0.048a 0.276±0.049 HI0.329±0.011 0.318±0.011a 0.321±0.004a PCTVlnCI0.501±0.043 0.517±0.050a 0.506±0.044 HI0.328±0.009 0.316±0.009a 0.319±0.006a

2.2 OAR劑量學參數比較

2F 計劃、4F 計劃和BF 計劃的OAR 劑量學改變詳見表3，4F 計劃對脊髓、左右腮腺和喉的Dmax或Dmean均顯著低于2F 計劃（P＜0.05）。BF 計劃僅喉的Dmean顯著低于2F 計劃（P＜0.05），且BF 計劃的視交叉、左右晶體Dmax均顯著高于2F 計劃（P＜0.05）。4F 計劃和BF 計劃的其余參數與2F 計劃比較差異均無統計學意義（P＞0.05）。

表3 OAR參數比較（±s）

表3 OAR參數比較（±s）

注：與2F比較，aP＜0.05。

部位 參數2F計劃4F計劃BF計劃腦干Dmax/cGy5792.03±315.685754.46±310.465777.88±351.50脊髓Dmax/cGy3805.84±240.033644.46±182.06a3767.69±141.04右晶體Dmax/cGy636.10±117.76611.94±98.68727.28±110.28a左晶體Dmax/cGy601.09±82.11602.25±100.68719.92±155.51a右腮腺Dmean/cGy3233.79±176.543119.86±131.70a3253.49±157.46左腮腺Dmean/cGy3295.92±216.143174.09±198.02a3288.18±198.98喉Dmean/cGy3332.43±223.033138.87±165.80a2973.70±149.96a口咽Dmean/cGy3375.87±143.273315.16±82.943399.34±80.13右視神經Dmax/cGy3381.39±1755.893363.52±1744.283408.62±1750.85左視神經Dmax/cGy2801.81±1082.012768.42±1032.942908.04±1063.29視交叉Dmax/cGy1662.97±1131.551706.14±1188.741794.53±1211.75a下頜骨V30/%49.52±13.3247.38±12.5052.02±12.01

2.3 MUs比較

4F 計 劃 的MUs 為（881.40±60.20）， 顯 著 高 于2F 的（771.90±39.60）（P=0.002）；BF 計 劃 的MUs為（755.40±44.79），與2F 計劃比較差異無統計學意義（P=0.232）。

3 討論

本文研究了常規2F計劃與4F和BF計劃的劑量學差異，其中蝴蝶形布野是一種非共面的布野方式，由2 個共面全弧和1 個或2 個非共面弧構成，其是一項非常成熟的放射治療技術，目的在于增加中間靶區照射劑量的同時避開靶區兩側的OAR，其療效取決于能否避開OAR（在靶區與周圍OAR 之間形成峰巒狀的劑量分布，從而提高靶區適形度，有效提高靶區受照劑量），可使靶區得到充足的照射劑量的同時保護OAR。

本研究結果表明，對于靶區，BF 計劃僅對PGTV 的最大值控制有明顯優勢，其余參數無明顯差異。整體上看，4F 計劃除PGTV 外，其余靶區適形性均優于2F 計劃，而BF 計劃與2F 計劃無明顯差異。對于靶區均勻性，4F 計劃除PCTV1 外，其余靶區均優于2F 計劃；BF 計劃除PCTV2 和PCTVln 外，其余靶區均勻性均好于2F 計劃。在OAR 保護方面，4F 計劃對脊髓、腮腺和喉保護更好，而BF 計劃對靶區高劑量控制更好，部分靶區均勻性好于2F 計劃，但對OAR 的保護僅體現為喉，而視交叉、左右晶體最大劑量甚至高于2F計劃，與李鋼等[12]研究結果一致，即非共面計劃在晶體的保護上不一定優于共面計劃。Jeong等[2]和Ning 等[13]研究非共面計劃在鼻竇和鼻旁竇腫瘤放療中的應用時也發現，非共面VMAT 計劃在靶區劑量和重要OAR 保護上優勢并不明顯。分析原因為，一方面，BF計劃均采用相同的機架角度和床轉角；另一方面在設計BF計劃時未固定鉛門，即2 個非共面弧僅作用于位于鉛門中間的部分靶區。因此，在未來的計劃設計時需進一步改進。本研究發現，4F 計劃在靶區適形性和均勻性上均優于2F計劃，對部分器官保護也更好，與楊金磊等[14]研究結果一致。此外，4F 計劃在獲得更好劑量分布的同時還能降低正常組織受量，但機器跳數明顯增加，會增加治療時間。這是由于增加弧的數量可以在同一個入射角度上增加一個通量分布，即提高了劑量調制能力[15]。

非共面計劃在滿足靶區劑量要求的同時，也能實現OAR 的保護限量，在劑量梯度較大的靶區和器官之間還能形成很大的劑量跌落，但非共面VMAT 的實現與加速器性能有關，李鋼等[12]認為，當MLC 葉片寬度小于5 mm 時，VMAT 能夠使靶區劑量快速跌落，實現更復雜的計劃。但BF 計劃有一個弊端，即床轉角需要治療師進入機房進行手動操作，這樣會增加患者治療時間，降低工作效率。因此，對于臨床實際情況，應以共面計劃為主，為了進一步提高VMAT 的調制能力，可以采用增加治療弧的方法。

鉛門對VMAT 計劃的質量影響較大，射野增大，射線能量增高，MLC 的漏射和透射也隨之增加，OAR 受量也相應提高，因此，需要鉛門和MLC 匹配良好才能得到最理想的結果[16]。本研究根據鼻咽癌靶區的空間分布特性，在VMAT 計劃設計時采用半鉛門技術，即將X 方向的鉛門一側固定在淋巴引流區中間位置，而鉛門的另一側完全打開，將靶區的50%完全暴露于鉛門范圍內，設置兩個X 方向對稱的全弧實現靶區的照射。這種半鉛門技術本質上屬于固定鉛門技術，一般用于無鉛門自動跟隨技術的加速器上[11]。對于口咽癌、鼻咽癌等靶區形狀類似的腫瘤，使用這種技術，可以降低MLC 的適形難度，提高射線輸出效率，在保證靶區劑量的同時更好地保護淋巴引流區中間和后頸部的正常組織[17]。陳亞正等[18]通過對口咽癌的研究發現，半鉛門技術可以明顯改善靶區HI 和CI，降低腦干、脊髓的Dmax，同時降低口腔、喉的Dmean，且在劑量分布方面有明顯優勢。

4 結論

本研究分別對比了鼻咽癌4 弧共面計劃與2 弧共面計劃、蝴蝶形布野非共面計劃與2 弧共面計劃的劑量學差異。3 種計劃均能滿足靶區劑量要求，但BF 計劃對OAR的保護并不優于共面計劃；4F 計劃在獲得更好劑量分布的同時能降低正常組織受量，但會增加機器跳數。今后的研究可以不斷完善病例的收集與分類，對部分OAR 的特殊要求設計不同的蝴蝶形射野計劃，針對常規患者建議采用2 弧VMAT，對OAR 保護嚴格的計劃可以采用4 弧VMAT。