鉛門跟隨技術在食管癌調強放療中的應用研究

黃玉玲 袁星星 張 云

放射治療是食管癌主要的局部治療手段[1],調強放療(IMRT)是當今放射治療的主流技術。相比三維適型放療,IMRT能在保證靶區得到充足的照射劑量同時降低周圍正常組織受照劑量[2-3]。目前,直線加速器在實施IMRT時有兩種鉛門處理模式,一種是鉛門跟隨,另一種是固定鉛門。文獻報道了鉛門跟隨在臨床放療中具有劑量學優勢[3-7]。然而,鉛門跟隨模式在食管癌的靶區和正常組織的劑量學的研究較少,特別是動態IMRT。因此,本研究詳細比較了食管癌靜態和動態IMRT鉛門跟隨和固定鉛門兩種模式靶區和正常組織的劑量差異,并通過伽馬分析評估計劃劑量分布值與測量值差異。

1 資料與方法

1.1 病例選擇

隨機選取25例已在我院進行了放射治療的食管癌患者,患者年齡47～88歲,中位年齡71歲。所有的患者均采用頸胸膜配合與塑形墊的方式進行體位固定。利用西門子大孔徑CT模擬定位機進行CT掃描,掃描層厚為0.5 cm。完成掃描后將CT圖像導入放療計劃系統,由放療醫師進行靶區勾畫。

1.2 靶區勾畫

大體腫瘤區(GTV)由原發性腫瘤(GTVp)和區域惡性淋巴結(GTVn)組成。GTVp和GTVn包括整個食道周圍,通過治療計劃系統(TPS)合并形成GTV。臨床靶區(CTV)包括GTV和隱匿性病灶邊緣。根據界定的腫瘤范圍,沿食道軸向上和向下界定CTV,有3 cm邊緣。左右方向通過計劃CT掃描界定腫瘤周圍1 cm邊緣,向后方向通過計劃CT掃描界定腫瘤周圍0.5～1 cm邊緣。通過CTV在頭腳方向外擴1 cm,在左右和前后方向外擴0.5 cm生成計劃靶區(PTV)。25例患者計劃靶區的體積為(232.72±62.54)cm3(范圍:142.34～338.70 cm3)。臨床放療醫師在CT圖像上勾畫肺、心臟、脊髓、肝臟等正常組織。

1.3 計劃設計和驗證

首先為每例患者設計鉛門跟隨的靜態調強放療計劃(s-IMRT-JT)和動態調強計劃(d-IMRT-JT)。所有計劃采用瓦里安TureBeam直線加速器6 MeV的X射線能量,射野角度分別為320°,0°,40°,150°,210°。計劃系統為瓦里安Eclipse(版本13.5),采用各向異性算法進行劑量計算,劑量計算網格分辨率為 2.5 mm×2.5 mm×2.5 mm。處方劑量為50 Gy/25次,計劃的目標為至少95%的PTV達到處方劑量,并且PTV接受110%處方劑量照射體積不超過0.03 cm3,計劃過程盡可能降低正常組織受照劑量。完成s-IMRT-JT和d-IMRT-JT計劃后,在保證每個射野相同的通量下按固定鉛門模式重新計算兩種調強計劃的劑量,即s-IMRT-FJ和d-IMRT-FJ。所有計劃處方統一歸一到95%的PTV劑量為50 Gy。

使用瓦里安加速器自帶的電子射野成像系統(EPID)進行測量所有計劃的二維劑量分布,通過伽馬分析比較計劃和測量的合成二維劑量差異,分別基于3 mm/3%,2 mm/3%和2 mm/2%三個標準進行比較,閾值均設置為10%。

1.4 計劃評估

1.5 統計學方法

用PASW統計軟件對各種計劃劑量行配對t檢驗,P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

圖1和圖2顯示了一個患者的三維劑量分布圖和DVH圖。由圖可見,PTV在鉛門跟隨和固定鉛門計劃中沒有差異。表1列出了所有患者4種計劃PTV和正常組織劑量學參數。對于s-IMRT和d-IMRT計劃,固定鉛門和鉛門跟隨模式僅在PTV的D2%、D50%、Dmean和HI方面表現出統計學差異(P<0.05),但差異相當小,不超過0.1 Gy或0.01%。相比固定鉛門模式相比,鉛門跟隨技術降低了肺和心臟的V5 Gy、V10 Gy、V20 Gy、V30 Gy、V40 Gy和平均劑量。其中s-IMRT計劃中,肺和心臟分別降低了0.84%、0.57%、0.28%、0.00%、0.74%、0.72%和0.19%、0.32%、0.68%、0.57%、0.37%、0.35%;在d-IMRT計劃中,肺和心臟降低了3.22%、1.48%、1.18%、2.12%、0.74%、1.78%和0.67%、0.90%、2.65%、2.23%、1.43%和1.22%。

表1 4種計劃靶區和正常組織劑量比較結果

(a)為s-IMRT-FJ,(b)為s-IMRT-JT,(c)為d-IMRT-FJ,和 (d)為d-IMRT-JT。

(a)為s-IMRT-FJ 和s-IMRT-JT,(b)為d-IMRT-FJ 和d-IMRT-JT。

固定鉛門計劃的跳數(MU)中位數在s-IMRT中為496 MU(352～613 MU),在d-IMRT中為607 MU(459～812 MU);而在鉛門跟隨計劃中,s-IMRT為502 MU(354～624 MU),d-IMRT為619 MU(468～838 MU)。等中心層面的二維劑量分布伽馬通過率見表2。在3 mm/3%、2 mm/3%和2 mm/2%的標準下,無論是s-IMRT還是d-IMRT計劃,鉛門跟隨計劃驗證的伽馬通過率更高。

表2 4種計劃二維劑量驗證伽馬通過率

3 討論

在放療設計過程中,提高靶區的處方劑量覆蓋和減少正常組織的輻射劑量,是臨床提高腫瘤控制率和降低放療毒性的關鍵。對于食管癌放療而言,在確保靶區有足夠的劑量照射前提下,減少肺部和心臟的照射劑量是放療計劃設計的重點。影響靶區和正常組織的照射劑量的因素很多,如放療技術[2,8-9]、射束的均準塊模式[10]等。與CRT相比,IMRT可以提高靶區適形度,減少食管癌放療的放射損傷[2]。Zhang等的研究結果證實采用無均整塊模式射束的計劃能降低肺部的低劑量照射體積,并縮短了平均治療時間[10]。除上述兩個因素外,鉛門是否跟隨也是影響正常組織照射劑量的一個因素[4-7,11-16]。

本研究系統地分析了食管癌鉛門跟隨模式在靜態和動態IMRT計劃靶區和正常組織的劑量學特性。相比固定鉛門模式,鉛門跟隨模式不會改善靶區劑量覆蓋和均勻性,這與其他文章的結果一致[5,11-12]。但是對于正常組織,鉛門跟隨技術能有效降低肺和心臟的照射劑量,并且在動態調強下降幅度更大,如肺和心臟的平均劑量可降低1.78%和1.22%,這與之前研究一致[4,7,11-16]。Yao等[4]研究表明,在鼻咽癌IMRT計劃中,鉛門跟隨模式正常組織劑量均小于固定鉛門模式。Schmidhalter[11]和Kim[12]的研究表明遠離靶區的器官照射劑量在鉛門跟隨模式下降幅度比鄰近靶區的器官更大。然而,Joy等[13]研究結果未提及哪些患者能從鉛門跟隨中獲益最大。放射性肺炎和心臟毒性是食管癌放射后最常見的并發癥,甚至可能會導致患者死亡。因此,鉛門跟隨技術可以減少肺部和心臟毒性的風險,特別是對于動態調強。

鉛門跟隨模式能降低正常組織照射劑量的主要原因是射線在鉛門中,其透射率比多葉準直器更低。對于瓦里安Truebeam直線加速器,6 MV的射線在多葉準直器透射率約為1.2%,而鉛門透射率低于0.5%[17]。因此,鉛門跟隨模式的計劃對正常組織的影響要大于靶區,特別是在低劑量和中劑量區域,這對于低劑量敏感的正常組織比較重要的,如肺部的情況。由于靜態IMRT子野的數量比動態IMRT少,并且子野面積更大,這導致動態IMRT受鉛門跟隨影響會更大。也就是說,鉛門跟隨模式在動態IMRT計劃減少正常組織照射劑量方面更有效。

雖然鉛門跟隨模式跳數更多,但對于IMRT,治療時間主要取決于機架的旋轉速度、多葉準直器的移動速度和劑量率。因此,在本研究中,當采用600 MU/min治療時,其出束時間增加不超過2秒,因此其對治療時間影響可以忽略。在本研究中,我們發現在3 mm/3%、2 mm/3%和2 mm/2%的標準下,鉛門跟隨模式計劃驗證的伽馬通過率高于鉛門固定模式,這與以往的研究結果不同[4,11]。Yao等[4]得出鼻咽癌的靜態IMRT,在2%/2 mm的標準下,鉛門跟隨計劃的伽馬通過率高于鉛門固定模式計劃(97.15±0.98 vs 91.90±1.40),而在3 mm/3%的標準下,兩種模式之間沒有明顯差異(99.89±0.06 vs 99.56±0.19)。計劃驗證伽馬通過率會受到很多因素的影響,如多葉準直器葉片間隙、MLC泄漏和傳輸因子、輸出因子、鉛門移動速度和位置精度等。鉛門跟隨模式可以使鉛門的尺寸最小化,減少MLC的泄漏和傳輸,因此降低了這部分的影響,因此計劃驗證伽馬通過率會增加。

綜上所述,鉛門跟隨模式在食管癌靜態和動態IMRT中能降低肺部和心臟照射劑量,并且其計劃具有更高的伽馬通過率?？偠灾?在靜態和動態IMRT中都建議使用鉛門跟隨技術。