胸上段食管癌简化调强技术与螺旋断层放疗剂量学的比较研究

蔡博宁 冯林春 徐寿平 戴相昆 解传滨 葛瑞刚 马 林

胸上段食管沿人体纵轴位置变化较大，计划靶区周围解剖结构复杂，一般采用5个野、7个野甚至更多照射野的调强放疗(intensity-modulated radiotherapy，IMRT)能够使靶区剂量分布均匀，并减少脊髓受照射剂量，但由于技术相对复杂、子野多、照射时间长，也有照射剂量偏差增加，以及患者体积剂量增加等缺点。简化调强放疗技术(simplified intensity-modulated radiotherapy，sIMRT)的靶区剂量分布与5个野、7个野IMRT相似，但计划设计和剂量验证简单，治疗时间短，更有临床应用优势[1～3]。螺旋断层放疗(helical tomotherapy，HT)是另一种热门技术，已在一些肿瘤治疗中较IMRT显示了剂量学优势[4,5]，但目前尚未有研究显示sIMRT与HT之间的剂量学差异。本研究对8例胸上段食管癌进行两种调强放疗计划剂量学对比，分析两种调强技术特点及各自优势，以及HT在胸上段食管癌放疗中遇到的问题。

1 资料与方法

1.1 病例资料和模拟定位

选取经病理学检查证实的8例胸上段食管癌患者，取仰卧位，用头颈肩热塑模固定，经CT模拟定位和静脉增强扫描。扫描范围上界为颌下，至少包括双侧下颈，下界为胸12椎体。CT图像经DICOM传输至Pinnacle 8.0m治疗计划系统进行靶区及危及器官勾画。

1.2 靶区勾画

根据CT扫描图像并参照胃镜及食管钡餐造影检查结果勾画肿瘤靶区(GTV-T)，标准为食管壁≥0.5 cm，食管壁局限性或全周性增厚和(或)伴有局部管腔不规则狭窄。以隆突下和主肺动脉窗淋巴结肿大短径≥1.0 cm、气管食管沟淋巴结肿大短径≥0.5 cm为标准勾画GTV-N。CTV-T为GTV-T纵轴方向外扩2 cm，前后左右外扩0.5 cm，CTV-N 为GTV-N均匀外扩0.5 cm，并避开气管、肺、椎体等解剖结构。CTV-T与 CTV-N合并为CTV。CTV1为预防性照射区，CTV基础上加上纵隔淋巴引流1、2、3、4区及双锁骨上区，有隆突下淋巴结转移的则再加上纵隔淋巴引流7区。CTV1均匀外扩0.5 cm为PTV1，CTV均匀外扩0.5～1.0 cm为PTV2。

1.3 治疗计划设计

应用Pinnacle 8.0m治疗计划系统进行sIMRT计划设计，采用医科达Precise加速器，射野角度实施3600范围内均匀分布，单射野的子野数目平均≤5个，子野面积≥10 cm2、子野照射机器跳数≥10 MU。另外将已勾画好靶区及危及器官的CT图像数据连同轮廓信息以DICOMRT格式发送到Hi.Art Tomotherapy工作站进行HT计划设计，HT计划设定的Jaw宽度、螺距和束流强度调制因子分别为2.5 cm、0.3和3。

1.4 靶区处方剂量

食管癌靶区处方剂量：PTV1总量50 Gy/30次，要求95% PTV1≥50 Gy；PTV2总量66 Gy/30次，要求95% PTV2≥66 Gy。危及器官剂量限制：双肺V5≤60%，V10≤40%，V15≤30%，V20≤25%，V30≤18%，若不能全部满足，则首先满足V20；脊髓Dmax<45 Gy。

1.5 剂量学比较

肿瘤靶体积观察指标：对PTV的剂量参数、体积参数以及剂量分布的适形度和均匀性进行比较，分别观察PTV1和PTV2各自指标在sIMRT和HT计划中的差别。①PTV的剂量参数(cGy)D100、D95、D5：分别代表100%、95%、5%的相应靶体积所得到的绝对剂量。②PTV的体积参数(%)V100、V95：分别代表接受≥100%、≥95%处方剂量的相应靶体积的百分数。③剂量分布的适形度和均匀性分别用适形度指数(conformity index，CI)和均匀性指数(homogeneity index，HI)表示。CI=VT,ref/VT×VT,ref/Vref，其中VT,ref为接受处方剂量的PTV体积，VT为PTV体积，Vref为接受处方剂量的所有区域体积，CI越接近1，剂量分布的适形度越好。HI=D5/D95，HI越大说明超过处方剂量越大，剂量分布越不均匀。危及器官参数指标：评价脊髓Dmax；双肺V5、V10、V15、V20、V30和MLD。

1.6 统计学方法

两组计划各参数用SPSS 13.0软件行配对资料t检验，显著性检验水平设为0.05。

2 结果

2.1 PTV参数指标

PTV1：2种计划的D100比较无统计学差异(P>0.05)，但HT计划的D95、D5低于sIMRT计划，差异有统计学意义(P<0.05)；2种计划的V95比较无统计学差异(P>0.05)，HT计划的V100低于sIMRT计划，差异有统计学意义(P<0.05)；2种计划的CI和HI比较均无统计学差异(P>0.05)，见表1。PTV2：HT计划的D100、D95、D5、V105、V100、V95均低于sIMRT计划，差异有统计学意义(P<0.05)；HT计划的CI和HI均优于sIMRT计划，差异有统计学意义(P<0.05)，见表2。等剂量曲线：两种计划的等剂量曲线分布图见图1。

表1 PTV1剂量参数比较

表2 PTV2剂量参数比较

图1 同一病例的sIMRT(左)与HT计划(右)的剂量分布图

2.2 危及器官参数指标

脊髓Dmax：HT计划的脊髓Dmax低于sIMRT计划，差异有统计学意义(t=4.71，P=0.00)。肺组织参数指标：所有计划的全肺V15、V20、V30和MLD均能达到目标要求，1个HT计划的V5、V10未达到目标要求(分别为64.3%、44.6%，对应的sIMRT计划V5、V10为(56.3%、39.2%)，另外HT有1个计划V10未达到目标要求(41.6%，对应sIMRT计划为35.8%)；sIMRT计划有1个计划V10未达到目标要求(41.3%，对应HT计划为34.8%)。两种计划的全肺V5、V10、MLD比较均无统计学差异(P>0.05)，HT计划的全肺V15、V20、V30均低于sIMRT计划，差异有统计学意义(P<0.05)，见表3。

表3 危及器官的剂量参数比较±s)

3 讨论

放射治疗是胸上段食管癌的主要治疗手段，调强放疗在靶区适形性以及保护周围正常器官等方面的剂量学优势明显，王军等[2]的研究已显示简化调强放疗技术是胸上段食管癌调强放疗的优选方案之一。螺旋断层放疗也已在多种肿瘤治疗中体现了剂量均匀性、剂量梯度变化及正常器官保护等优势，Chen等[6]的研究显示HT计划相对调强放疗和三维适形放疗计划，对中下段食管癌可以得到更好的靶区适形度和剂量均匀性。本组结果显示2种计划的处方剂量曲线均能良好地覆盖肿瘤靶区。比较PTV1各项剂量参数，HT计划的D95、D5、V100均低于sIMRT计划，提示HT计划可降低PTV1内的高剂量区，使剂量梯度更加陡直；HT计划的PTV1 CI、HI均优于sIMRT计划，但P值均大于0.05，显示两者PTV1剂量分布的适形度和均匀性相似。相对而言，HT计划在PTV2的各项剂量参数均优于sIMRT，显示HT计划较HT计划在PTV2上有更好的剂量均匀性及更陡峭的剂量梯度。横向比较PTV1和PTV2的CI、HI，PTV2的两项参数均优于PTV1，我们考虑可能由于PTV1较PTV2与勾画的脊髓、全肺等危及器官近，在计划计算时受危及器官限制影响较PTV2大，并且“T”型的PTV1的形状较PTV2不规则，影响了计划的适形性和剂量分布均匀性。陈进琥等[7]结果也显示旋转调强放疗(intensity-modulated arc therapy)与IMRT对PTV的剂量分布无差异，其定义的PTV与本研究的PTV1相似，我们认为HT计划改善胸上段食管癌PTV1剂量分布的作用较sIMRT有限，两种计划在“T”型野照射中的剂量分布相似。

放射性肺炎是食管癌放疗中较为常见的并发症，多家研究提示正常肺组织剂量体积参数与放射性肺炎的发生相关。Wang等[8]和王澜等[9]均认为双肺的剂量体积参数是预测放射性肺炎发生的主要因素，尤以V5价值最大，王澜等[9]考虑当V5>55%时≥2级的急性放射性肺炎的发生率可能会明显增高。Song等[10]认为应用HT治疗非小细胞肺癌时，双肺V5是最重要的预测放射性肺炎发生的因素，应尽量控制在60%之内。QUANTEC(quantitative analysis of normal tissue effects in the clinic)[11]提出全肺V20以及MLD是胸部肿瘤放疗发生放射性肺炎的主要预测因素，当V20>30%或MLD等于2 000 cGy时，放射性肺炎的发生率约为20%。Schallenkamp等[12]则认为V10和V13是最好的预测因素，其价值甚至超过了V20。我们研究中HT计划和sIMRT计划基本满足各项双肺剂量参数限制，双肺V15、V20、V30和MLD均较低。HT计划的双肺V20均<15%(6.2%～12.7%)，MLD均<1 100 cGy(497～1083 cGy)，仅有1例患者由于隆突下淋巴结转移，PTV较大使双肺V5>60%外，其余均<60%。HT由于是360°旋转照射，进行肺剂量体积运算时，易降低双肺高剂量体积，但对双肺低剂量体积的可调整度较小，即便HT计划的脊髓Dmax明显低于45 Gy，也很难明显降低双肺V5、V10；sIMRT则可以通过改变照射野权重，在尽量提高脊髓剂量及适形度的基础上降低双肺剂量。Chen等[7]的研究也显示HT计划和IMRT计划的双肺V10都高于三维适形放疗计划，HT计划的优势在于明显降低双肺V20。本研究结果显示，全组HT计划双肺V15、V20、V30均低于sIMRT计划，双肺V5、V10、MLD与sIMRT计划无明显差异。我们考虑胸上段食管癌放疗时，sIMRT和HT计划的双肺各体积参数一般可控制在相对低的范围内，两者的双肺低剂量体积相似，但HT计划明显降低双肺高剂量区体积，相对降低了放射性肺炎的危险；如果HT计划双肺V5>60%，则首选改用sIMRT治疗。

总之，简化调强放疗技术和螺旋断层放疗均能达到良好的剂量分布，满足脊髓和双肺的各项剂量限制要求，均可以优选用于胸上段食管癌放疗。简化调强放疗技术的技术相对简单，实用性及通用性更强；螺旋断层放疗胜在剂量分布更加均匀，并明显降低了靶区和双肺的高剂量区，在胸上段食管癌放疗中有更高的临床应用价值，但其临床意义有待进一步研究。

[1] 耿 辉，戴建荣，李晔雄，等.一种简单凋强放疗技术应用的初步研究〔J〕.中华放射肿瘤学杂志，2006，15(5)：411.

[2] 王 军，祝淑钗，韩 春，等.胸上段食管癌三维适形和调强放疗剂量学对比研究〔J〕.中华放射肿瘤学杂志，2008，17(4)：275.

[3] 任 骅，张 可，王绿化，等.简化调强技术应用于局部晚期非小细胞肺癌的剂量学比较〔J〕.中华放射肿瘤学杂志，2009，18(5)：357.

[4] Van Vulpen M，Field C，Raaijmakers CP，et al.Comparing step-and-shoot IMRT with dynamic helical tomotherapy IMRT plans for head-and-neck cancer〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2005，62(5)：1535.

[5] 巩汉顺，解传滨，徐寿平，等.鼻腔NK/T细胞淋巴瘤螺旋断层治疗与常规加速器调强放疗的剂量学研究〔J〕.实用癌症杂志，2011，26(6)：377.

[6] Chen YJ，Liu A，Han C，et al.Helical tomotherapy for radiotherapy in esophageal cancer:a preferred plan with better conformal target coverage and more homogeneous dose distribution〔J〕.Med Dosim，2007,32(3):166.

[7] 陈进琥，尹 勇，刘同海，等.颈段食管癌固定野调强与旋转调强放疗计划比较研究〔J〕.中华放射肿瘤学杂志，2010，19(5)：429.

[8] Wang SL，Liao Z，Vaporciyan AA，et al.Investigation of c-linical and dosimetric factors associated with postoperative pulmonary complications in esophageal cancer patients treated with concurrent chemoradiotherapy followed by surgery〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2006，64(3):692.

[9] 王 澜，李晓宁，吕冬婕，等.肺低剂量区体积预测急性放射性肺炎价值探讨〔J〕.中华放射肿瘤学杂志，2010，19(4)：296.

[10] Song CH，Pyo H，Moon SH，Treatment-Related pneumonitis and acute esophagitis in non-small-cell lung cancer patients treated with chemotherapy and helical tomotherapy〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2010，78(3):651.

[11] Marks LB，Yorke ED，Jackson A，et al.Use of normal tissue complication probability models in the clinic〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2010，76(3)：S10.

[12] Schallenkamp JM,Miller RC，Brinkmann DH，et al.Incidence of radiation pneumonitis after thoracic irradiation:Dose-volume correlates〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2007，67(2)：410.