中間劑量計(jì)算模式對(duì)食管癌容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃的影響

劉衛(wèi)東，張燕慧，孫力軍，葉書成，魏鵬（通信作者）

濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 （山東 濟(jì)寧 272029）

食管癌是臨床最常見的惡性腫瘤[1]，放射治療為治療食管癌的常用方法[2-3]。容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療（volumetric modulated arc therapy，VMAT）是一種現(xiàn)代放射治療技術(shù)。VMAT 在加速器出束時(shí)通過機(jī)架、多葉準(zhǔn)直器使劑量率獲得較高的自由度，且出束時(shí)間短，目前被廣泛應(yīng)用于食管癌的治療[4-6]。然而 VMAT 計(jì)劃在優(yōu)化過程中，最終劑量計(jì)算結(jié)果與優(yōu)化過程中的最優(yōu)劑量不同，因此瓦里安Eclipse 15.6 治療計(jì)劃系統(tǒng)新增加了中間劑量計(jì)算（intermediate dose calculation，IDC）模式，以解決此問題[7]。目前，國內(nèi)關(guān)于IDC 模式對(duì)放射治療計(jì)劃影響的研究報(bào)道較少。本研究旨在探討IDC 模式對(duì)食管癌VMAT 計(jì)劃的影響，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2021 年12 月至2022 年8 月于我院接受放射治療的18 例食管癌患者的臨床資料。患者病理類型均為鱗癌；男16 例，女2 例；年齡53 ～83 歲，平均（68.0±9.0）歲。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審批通過（倫理審批號(hào)：2023-03-C016）。納入標(biāo)準(zhǔn)：食管癌首次放療患者；有完整的臨床病歷資料。排除標(biāo)準(zhǔn)：有其他部位轉(zhuǎn)移病灶；有放療禁忌證。

1.2 儀器與方法

儀器：CT 模擬機(jī)（飛利浦醫(yī)療公司，型號(hào)：Brilliance Big Bore）、醫(yī)用電子直線加速器（瓦里安醫(yī)療系統(tǒng)公司，型號(hào)：Clinac iX）、Eclipse 15.6 治療計(jì)劃系統(tǒng)（瓦里安醫(yī)療系統(tǒng)公司，型號(hào)：Eclipse 15.6）。

方法：采用定位熱塑膜進(jìn)行體位固定，患者雙手交叉自然抱頭，在平靜呼吸狀態(tài)下，使用CT模擬機(jī)進(jìn)行CT 定位掃描。掃描范圍為上界至顱底，下界至下肺靜脈下緣，包含整個(gè)雙肺。掃描條件電壓值為120 kV，電流時(shí)間積為220 mAs，層厚為5 mm。掃描后將CT 定位圖像傳送至Eclipse 15.6 治療計(jì)劃系統(tǒng)。

1.3 靶區(qū)與危及器官勾畫

由腫瘤科主管醫(yī)師參考國際輻射單位與測(cè)量委員會(huì)62 號(hào)報(bào)告[8]，在Eclipse 15.6 治療計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行大體腫瘤靶區(qū)（gross tumor volume，GTV）、臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV）、計(jì)劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）和危及器官（organs at risk，OARs）勾畫。OARs 包括雙肺、心臟、脊髓等。CTV 為GTV 頭腳方向外擴(kuò)30 mm、左右前后方向外擴(kuò)5 mm。PTV 為CTV 頭腳方向外擴(kuò)10 mm、左右前后方向外擴(kuò)5 mm。

1.4 治療計(jì)劃設(shè)計(jì)

應(yīng)用Eclipse 15.6 治療計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，包括PTV 處方劑量為50.4 Gy/28 次，要求50.4 Gy劑量包繞95% 的PTV 體積。光子線為 6 MV，計(jì)算網(wǎng)格為2.5 mm，光子劑量計(jì)算算法（acuros external beam algorithm，AXB）。Clinac iX 型醫(yī)用電子直線加速器具有60 對(duì)多葉準(zhǔn)直器（中間40 對(duì)葉片在等中心寬度為5 mm，兩邊各10 對(duì)葉片在等中心寬度為10 mm）；采用VMAT 模式，機(jī)架旋轉(zhuǎn)角度為181°～179°、179°～181°；對(duì)應(yīng)小機(jī)頭角度為15°、345°，治療計(jì)劃優(yōu)化前采用Avoidance Sectors 屏蔽出束模塊，規(guī)避雙弧水平左右兩側(cè)各80°[9]。計(jì)劃分為未應(yīng)用IDC 模式計(jì)劃和應(yīng)用IDC模式計(jì)劃，其中未應(yīng)用IDC 模式計(jì)劃組選擇直接進(jìn)行計(jì)劃劑量計(jì)算，應(yīng)用IDC 模式計(jì)劃組選擇IDC模式進(jìn)行中間劑量計(jì)算，然后再計(jì)算最終劑量，2 種計(jì)劃的其他優(yōu)化參數(shù)保持一致。

1.5 治療計(jì)劃評(píng)價(jià)參數(shù)

包括D98、D2、Dmean、適形度指數(shù)（conformity index，CI） 和均勻性指數(shù)（heterogeneity index,HI）。其中Dx為包圍PTV 體積的x%的最小劑量；Dmean為PTV 的平均劑量；CI=VRI/TV，式中VRI為95%的處方劑量線所包圍的靶區(qū)體積，TV 為PTV體積，CI 值越接近1，表明靶區(qū)適形度越好[10]；HI=（D2-D98）/D50， HI 值越接近1，表明靶區(qū)均勻性越好[11]。評(píng)價(jià)雙肺的V5、V10、V20、V30、Dmean，心臟的V30、V40、Dmean及脊髓Dmax。其中Vm為mGy 劑量照射OARs 的相對(duì)體積，Dmean為平均劑量，Dmax為最大劑量[12]。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。計(jì)量資料以±s 表示，符合正態(tài)分布的采用t檢驗(yàn)；不符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以中位數(shù)（四分位數(shù)間距）表示，采用Wilcoxon 符號(hào)秩檢驗(yàn)。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較

圖1 示同一患者2 種計(jì)劃的劑量分布圖。 2 種計(jì)劃靶區(qū)D98、D2、Dmean、CI、HI 比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表1。

表1 18 例食管癌患者2 種計(jì)劃的靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

表1 18 例食管癌患者2 種計(jì)劃的靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

注：Dx 為包圍PTV 體積的x%最小劑量；Dmean 為平均劑量；CI 為適形度指數(shù)，HI 為均勻性指數(shù)，IDC 為中間劑量計(jì)算

未應(yīng)用IDC模式計(jì)劃組（18 例）應(yīng)用IDC模式計(jì)劃組（18 例）tP D98 （Gy）49.04±0.3449.33±0.32-6.523 ＜0.05 D2（Gy）56.17±0.7054.77±0.7018.866 ＜0.05 Dmean （Gy）53.43±0.5452.81±0.4312.379 ＜0.05 CI 1.32±0.10 1.30±0.09 4.723 ＜0.05 HI 0.13±0.02 0.10±0.0214.662 ＜0.05參數(shù)

圖1 治療計(jì)劃橫斷面劑量分布圖

2.2 OARs 劑量學(xué)比較

未應(yīng)用IDC 模式計(jì)劃的雙肺V5、V10、V20、V30、Dmean等參數(shù)與應(yīng)用IDC 模式計(jì)劃比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；未應(yīng)用IDC 模式計(jì)劃的心臟V30、V40、Dmean均高于應(yīng)用IDC 模式計(jì)劃，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。未應(yīng)用IDC 模式計(jì)劃的脊髓Dmax與應(yīng)用IDC 模式計(jì)劃比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見表2。

表2 18 例食管癌患者兩種計(jì)劃的OARs 劑量參數(shù)比較 （±s）

注：Vx 為OARs 內(nèi)＞x Gy 部分的相對(duì)體積；Dmean 為平均劑量；Dmax 為最大劑量；OARs 為危及器官，IDC 為中間劑量計(jì)算

t/Z P雙肺參數(shù)未應(yīng)用IDC模式計(jì)劃組（18 例）應(yīng)用IDC模式計(jì)劃組（18 例）V5（%） 44.03±11.94 43.84±11.69 0.892 0.385 V10（%）31.47±8.9531.61±9.05 -1.057 0.305 V20（%）15.06±5.6315.24±5.78 -0.874 0.394 V30（%） 3.70（6.00） 3.80（6.00） -0.920 0.357 Dmean（Gy） 8.70±2.43 8.73±2.45 -1.124 0.277心臟V30（%） 8.80（22.63） 8.15（21.58）-2.833 ＜0.05 V40（%） 3.55（10.20） 3.30（9.68） -3.149 ＜0.05 Dmean（Gy） 12.06（19.97） 11.81（19.70）-3.006 ＜0.05脊髓Dmax（Gy） 33.58±3.3233.84±3.16 -1.586 0.131

3 討論

食管癌是我國高發(fā)的消化道惡性腫瘤，發(fā)病率和病死率分別居惡性腫瘤第6 位和第5 位。放射治療是食管癌綜合診療的重要手段，在保護(hù)食管形狀和功能方面發(fā)揮重要作用。食管癌靶區(qū)形狀多變，周圍OARs 較多，提高了放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)難度。VMAT 計(jì)劃可以獲得高度適形的劑量分布，最大限度保護(hù)正常組織。研究證實(shí)，VMAT 計(jì)劃可在提高靶區(qū)劑量的同時(shí)降低OARs 劑量[13]。Tanaka 等[14]研究了功能保護(hù)VMAT 計(jì)劃在食管癌中的應(yīng)用，與常規(guī)VMAT 計(jì)劃相比，功能保護(hù)VMAT 計(jì)劃降低了左心室劑量，而靶區(qū)和OARs 比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

在許多治療計(jì)劃系統(tǒng)中，通常使用快速劑量計(jì)算算法在優(yōu)化過程中提供重復(fù)劑量計(jì)算，以確保快速完成優(yōu)化。為達(dá)到劑量計(jì)算目的而采用簡化的劑量計(jì)算算法，在非均勻組織或靶區(qū)可能會(huì)導(dǎo)致最終劑量計(jì)算出現(xiàn)誤差。在計(jì)劃優(yōu)化過程中使用IDC 模式計(jì)算非常有效，尤其在與最終劑量計(jì)算產(chǎn)生劑量體積分布偏差的情況下。

本研究使用Eclipse 15.6 治療計(jì)劃系統(tǒng)，探討了IDC 模式對(duì)18 例食管癌患者VMAT 計(jì)劃的影響，結(jié)果顯示，2 種PTV 的D98、D2、Dmean、CI 和HI等參數(shù)比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），說明應(yīng)用IDC 模式計(jì)劃較未應(yīng)用IDC 模式計(jì)劃提高了D98劑量，降低了D2劑量，同時(shí)具有更好的計(jì)劃適形度和均勻性；同時(shí)，應(yīng)用IDC 模式計(jì)劃的心臟V30、V40、Dmean參數(shù)明顯優(yōu)于未應(yīng)用IDC 模式計(jì)劃，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），降低了心臟相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生率。

Akbas 等[15]研究了IDC 模式在非均勻區(qū)域固定野調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃的影響，應(yīng)用IDC 模式固定野調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃與不應(yīng)用IDC 模式固定野調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃的CI 和HI 分別為1.142、0.090 和1.055、0.067,說明IDC 模式的應(yīng)用提高了頭頸部腫瘤的計(jì)劃質(zhì)量。ErgIn 等[16]對(duì)10 例腹部食管癌和10 例胸部食管癌患者VMAT 計(jì)劃在使用AAA 算法下IDC 模式對(duì)放射治療計(jì)劃的影響，結(jié)果顯示，應(yīng)用IDC 模式計(jì)劃在CI 和HI 等參數(shù)顯著降低的同時(shí)，靶區(qū)的D2、Dmean和機(jī)器跳數(shù)等參數(shù)明顯改善，且IDC 模式應(yīng)用也顯著降低了心臟V30、脊髓Dmax參數(shù)。Park 等[17]對(duì)30 例不同部位的腫瘤患者進(jìn)行IDC 模式的劑量學(xué)研究，結(jié)果顯示，應(yīng)用IDC 模式可以獲得更好的靶區(qū)適形度。

綜上所述，應(yīng)用IDC 模式可提高食管癌VMAT計(jì)劃質(zhì)量，同時(shí)降低心臟等正常組織的照射劑量。因此，推薦臨床選擇應(yīng)用IDC 模式對(duì)食管癌VMAT計(jì)劃進(jìn)行劑量計(jì)算。