胸中段食管癌旋转容积调强与固定野动态调强放疗的剂量学研究

刘晓静 张西志 李 军 花 威 陈永东 张先稳

胸中段食管是食管癌发病率最高的区域，手术及放疗的疗效相近，其中有相当多的一部分患者，因伴有严重的基础疾病、病灶过长、与周围组织如大血管分界不清、纵膈内淋巴结转移等原因只能选择放疗[1],而这部分患者病灶较长较大且形状极不规则，要想达到理想的剂量分布，使用IMRT治疗在临床上越来越多。由于食管癌靶区形状不规则并与重要的器官如脊髓、心脏、肺等紧密相邻，肿瘤靶区要达到理想的放疗剂量比较困难，同时由于固定野调强治疗时间较长，时间延长会导致相对生物效应降低、治疗过程中患者体位变化、治疗精度下降等一系列问题，而近来推出的旋转容积调强(瓦里安为RapidArc)的放射治疗新技术具有高效、快捷的特点，既可以缩短治疗时间，同时也解决了角度优化的问题[2]。我院于2010年引进具有国际先进水平的配有RapidArc功能的瓦里安Clinac ix加速器。本文对20例胸中段食管癌病例，采用RapidArc与固定野动态调强(dynamic intensity modulated radiation therapy，dIMRT)2种方式设计治疗计划，比较两者的剂量学差异。

1 资料与方法

1.1 病例选择

随机选取20例实施dlMRT治疗计划完毕的胸中段食管癌患者。男性14例，女性6例，平均年龄61.5岁(52～69岁)。病理类型均为鳞癌。临床分期(UICC 2002)Ⅱ、Ⅲ期；TNM分期：T3N0M03例，T4N0M06例，T3N1M05例，T4N1M06例。

1.2 治疗计划

采用瓦里安Eclipse8.6治疗计划系统、Clinac ix加速器6 MV X射线，对所选病例制定RapidArc和dIMRT放疗计划。GTV为影像上可见肿瘤病灶；CTV为GTV沿二维外放8 mm并包括区域淋巴结引流区，上界为胸廓入口、下界为肿瘤下4 cm；PTV为CTV沿三维外放5 mm；对GTV给定处方剂量为6 000 cGy/28次，PTV为5 040 cGy/28次。dIMRT计划设计采用共面360度5野均分方式，逆向动态优化设计，最大剂量率为300 MU/min；RapidArc计划采用6MVX线，设计单弧逆时针358°(起始角度179°，终止角度181°，准直器角度为45°，治疗床角度为0°)旋转治疗，最大剂量率为600 MU/min。为便于比较，在计划完成后对2种计划均进行归一化处理，归一方式为等中心处剂量归一。

1.3 评估方法

危及器官(organs at risk，OARs)：脊髓1%体积接受照射的最大剂量D01；肺的V5、V10、V15、V20、V30及平均剂量Dmean，心脏V30、V40、V50和平均剂量Dmean。

其他相关指标：总机器跳数(MU)和治疗时间。

1.4 统计学处理

应用SPSS15.0进行分析。2种计划剂量学差异采用配对t检验，以P≤0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 靶区剂量比较

2种计划方案均能很好满足临床剂量学要求，见表1。与dIMRT相比，RapidArc的GTV适形度CI更接近于1，差异有统计学意义(P=0.032)，其余各剂量学指标差异无统计学意义(P>0.05)。

2.2 OARs剂量学比较

由表2可见，RapidArc计划的双肺V10、V15、V20、Dmean，明显低于dIMRT计划，差异有统计学意义(P<0.05)；双肺V5、V302种计划相比差异无统计学意义(P>0.05)。与dIMRT相比，RapidArc计划中脊髓D01略有升高(P<0.05)，心脏V40、Dmean也偏高(P<0.05)，这是因为双肺与脊髓、心脏的解剖位置决定其在剂量优化时是矛盾的两方，降低肺的受量必然会提高脊髓、心脏的受量，但仍小于各自的剂量限值，满足临床要求。

2.3 机器跳数(MU)及治疗时间

2种计划的平均MU有明显差异，RapidArc为441.88(396～513)MU，dIMRT为674.62(531～798)MU，RapidArc平均减少了34.5%。治疗时间也有较大差异，RapidArc单弧治疗时间为75 s(69～81 s)，dIMRT平均治疗时间为247 s(223～287 s)，RapidArc计划与dIMRT计划比较，治疗时间平均缩短了172 s，是dIMRT治疗时间的1/3。本研究结果进一步表明了,RapidArc最显著的优点是，机器跳数MU减少、总治疗时间缩短，减轻了治疗中不确定性因素的影响及患者不适感。

3 讨论

目前有关于RapidArc在临床上治疗的文献多为乳腺癌、前列腺癌、肺癌病例[3～5]，有关于在食管癌上运用的文献尚未出现，食管癌常规放疗时总的肺体积和剂量常常超过正常肺组织的耐受剂量，为了解决这个问题，目前临床上已使用调强放射治疗来降低肺的照射体积和剂量，根据Chandra等[6]的研究证实，在食管癌放疗中，使用IMRT与3D-CRT相比，可显著降低肺部总V10、V20、V30的有效体积，平均肺剂量，肺积分剂量。但IMRT的问题是治疗时间长，机器跳数多，接受低剂量照射的正常组织体积大[7,8]。Yu等[9]于1995年提出了另一种旋转调强方式(intensity modulated arctherapy，IMAT，瓦里安的旋转容积跳强商品名为RapidArc)，IMAT是在加速器机架连续旋转的过程中通过动态多叶光栅(MLC)连续运动形成一系列子野，并配合通过改变剂量率形成可变束流来完成的调强放疗方式，国外关于头颈部以及盆腔肿瘤做了旋转调强与固定野调强的剂量学对比，研究证明IMAT优于IMRT或相当[10]。而位于食管胸中段的肿瘤，放疗中照射野可累及的肺组织体积最大，当食管病灶较大较长时，常因肺组织耐受量的限制而不能保证靶区的足够剂量。在本研究中，通过对胸中段食管癌RapidArc与dIMRT的剂量学比较，我们可以发现，两种治疗技术所设计的治疗计划靶区剂量分布均能满足临床治疗需要。RapidArc治疗计划的双肺V10、V15、V20、Dmean明显下降，均有统计学意义。美国放射肿瘤学协会[11]在一个前瞻性研究中发现，V20不仅与放射性肺炎的发生率相关，而且与其严重程度明显相关。本实验结果显示RapidArc计划比IMRT计划降低双肺V20更明显，对预防及降低放射性肺炎的发生率及严重程度具有更大的优势。

表1 2种计划靶区剂量学指标(±s，﹪)

表1 2种计划靶区剂量学指标(±s，﹪)

指标RapidArcdIMRTtPGTV Dmax(cGy) 6418．44±2．55 6405．84±29．31 1．2340．257 Dmean(cGy) 6157．42±57．07 6198．74±85．62 -1．7530．123 Dmin(cGy) 5779．35±185．48 5815．41±216．38 -1．8260．111 V95% 99．97±0．08 99．94±0．13 0．6110．561 HI 1．059±0．012 1．048±0．025 1．3060．233 CI 0．921±0．179 0．859±0．241 -0．8690．032PTV Dmax(cGy) 6146．39±74．44 6195．89±89．86 -1．6570．142 Dmean(cGy) 5458．17±55．68 5418．91±43．27 0．9740．332 Dmin(cGy) 4272．12±214．31 4485．77±164．24 -2．3630．070 V95% 98．67±0．07 99．14±0．08 0．6270．543 HI 1．157±0．092 1．141±0．065 0．5740．584 CI 0．585±0．09 0．557±0．11 1．6540．142

表2 危及器官剂量学指标(±s，﹪)

表2 危及器官剂量学指标(±s，﹪)

指标RapidArcdIMRTtP肺 V5(%)68．64±8．7867．50±9．660．9400．379 V10(%)40．32±7．8443．32±7．19-2．4040．047 V15(%)21．92±7．0630．38±5．29-5．7490．000 V20(%)14．74±4．6518．47±5．17-11．530．000 V30(%)3．42±2．094．39±2．31-1．6490．143 Dmean(cGy)1014．73±176．851115．25±179．563．9290．006心脏 V30(%)22．26±6．4320．48±7．98-1．1960．071 V40(%)15．41±5．3513．15±6．250．9490．038 Dmean(cGy)2467．45±435．672246．38±483．29-2．4410．034脊髓 D013771．91±212．523615．25±234．832．0600．033

RapidArc的MU减少34.5%，治疗时间为dIMRT的1/3，因此提高了设备使用率；同时每次治疗时间的缩短可以增加肿瘤的相对生物效应。由于在较长时间治疗过程中患者体位会产生变化，将导致治疗位置精度降低；因此缩短治疗时间对图像引导下的调强放疗也具有显著意义。但是由于在常规固定射野调强计划中所使用优化模板并不能很好地应用到旋转调强中，并且由于可调节因素(治疗弧度数、准直器角度、多叶光栅、剂量率、机架旋转速度)较多，这都使得RapidArc计划设计所需的时间明显长于dIMRT计划设计。以我们所进行的该项研究为例，食管癌固定射野调强计划优化时间一般都能控制在0.5～1 h，而RapidArc计划则需2～2.5 h。同时由于RapidArc应用于临床的时间较短并且技术较为复杂，对于放疗实施、质控设备和质控人员的要求更加严格，其质量保证与质量控制也相对困难。所以在临床上使用时需要放疗医师、物理师、技师共同努力，才能简单、快捷、准确地完成整个治疗计划的实施和验证。

[1]谷铣之主编.肿瘤放射治疗学〔M〕.第4版.中国协和医科大学出版社，2008: 552～553.

[2]Otto K.Volumetric modulated arc therapy：IMRT in a single gantry arc〔J〕.Int J Med Phys，2008，35(1)：310.

[3]Carmen C，Olivotto IA，Beckham WA，et al.Volumetric mo-dulated compared to conventional intensity—modulated radiotherapy for Loco regional radiotherapy of left—sided breast cancer and internal mammary nodes〔J〕.Int J Radia OncoI Biol Phys，2010，76(1)：287.

[4]Shaffer R,Morris WJ，Moiseenko V,et a1.Volumetric modulated arc therapy and conventional intensity-modulated radiotherapy for simultaneous maximal intraprostatic boost：a planning comparison study〔J〕.Int J Clin Oncol,2009，21(5)：401.

[5]弓 健,余 荣,吴 昊,等.中心型肺癌快速旋转调强与固定射野动态调强放疗的剂量学比较〔J〕.中华放射医学与防护杂志，2010，30(4)：448.

[6]Chandra A,Guerrero T,Liu H,et al.IMRT reduces lung irradiation in distal esophageal cancer over 3D-CRT〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2003,57(Suppl 2):S384.

[7]Wang JZ，Li XA，D’Souza WD，et al.Impact of prolonged fraction delivery times on tumor control probability：a note of caution for IMRT〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2003，57(2)：543.

[8]Hall E.Intensity-modulated radiation therapy，protons and the risk of second cancers〔J〕.Int J Radiat Onool Biol Phys，2006，65(1)：1.

[9]Yu CX.Intensity-modulated arc therapy with dynamic muhileaf collimation：an alternative to tomotherapy〔J〕.Phys Med Biol,1995 40(9)：1435.

[10]Verbakel WFAR,Senan S，Lagerwaard F，et al.rapidArc V-S.IMRT planning：a comparative study with dosimetric validation for head and neck，glioma and pancreas cancer〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2008，72(1)：592.

[11]Aham MV,Purdy JA,Emami B,et a1.Clinical dose volume his-togram analysis for pneumonitis after 3D treatment for non small cell lung cancer(NSCLC)〔J〕.Int J Radiat,1999,45(2)：323.