局部复发鼻咽癌患者再程放疗技术的剂量学参数比较

张 矛,苏清秀,杨金磊,金海国,董 莹,吴 丹,王福香

(吉林省肿瘤医院放疗三科,吉林长春 130012)

局部复发鼻咽癌患者再程放疗技术的剂量学参数比较

张 矛,苏清秀,杨金磊,金海国,董 莹,吴 丹,王福香

(吉林省肿瘤医院放疗三科,吉林长春 130012)

目的:比较容积旋转调强(VMAT)、固定野调强(IMRT)和三维适形(3D-CRT)放疗技术在局部复发鼻咽癌患者治疗中的剂量学参数,分析3种治疗计划的剂量学特性。方法:选择12例局部复发的鼻咽癌患者,采用Pinnacle 9.2和Preciseplan 2.03治疗计划系统,每例患者均设计VMAT﹑IMRT和3D-CRT,比较3组计划的剂量分布及危及器官受量等。结果:VMAT及IMRT组适形度指数(CI)相似,但均优于3D-CRT组,组间比较差异有统计学意义(P＜0.05)。3组计划的靶区不均匀指数(HI)相近,组间比较差异无统计学意义(P＞0.05)。3D-CRT组机器跳数(MU)及出束时间优于其他2组,VMAT组优于IMRT组,组间比较差异均有统计学意义(P＜0.05)。危及器官受量,3组计划脑干及晶体受量比较差异无统计学意义(P＞0.05);VMAT组和IMRT组脊髓、视神经、视交叉和大脑颞叶的受量明显优于3D-CRT组,组间比较差异有统计学意义(P＜0.05),但VMAT组与IMRT组比较差异无统计学意义(P＞0.05)。结论:3种放疗技术的治疗计划剂量分布有差异,VMAT与IMRT计划均能较好覆盖靶区,并减少周围正常组织受量,满足临床需求。VMAT计划的靶区适形度、MU和出束时间优于IMRT计划。3D-CRT仅在MU和治疗时间上有优势。

鼻咽肿瘤;肿瘤复发;剂量学参数;容积旋转调强;固定野调强;三维适形放疗

鼻咽癌是我国高发的恶性肿瘤,放疗是首选的治疗手段,随着各种先进的放疗技术应用于临床,鼻咽癌的疗效有了明显提高[1-2],但是首程放疗后大约20%～40%局部复发[3]。复发后放疗仍为主要的治疗方法,因再程放疗局部复发区病变的敏感性降低,危及器官受照剂量又受到一定限制,如何选择精确的放疗技术,使病变区得到高剂量的照射,又能保护周围正常组织和器官,减少放疗并发症,提高患者生活质量,是临床医生和物理师亟待解决的问题。有关三维适形放疗(3-dimensional conformal radiation therapy,3D-CRT)和固定野调强(intensity modulated radiotherapy,IMRT)在鼻咽癌放疗中的国内外报道较多,疗效令人满意,但是对于局部复发的鼻咽癌的研究则较少,应用的放疗技术也主要是IMRT。由于容积旋转调强(volumetric modulated arc radiotherapy,VMAT)技术是目前新的高尖端的放疗技术,临床应用的时间短,所以在局部复发的鼻咽癌方面的研究少有报道。本文作者探讨VMAT、IMRT和3D-CRT 3种放疗技术在局部复发鼻咽癌放疗中的应用,以期寻找合理的放疗技术,达到既提高疗效又减少正常组织损伤的目的。

1 资料与方法

1.1 一般资料选择2010年1月—2013年1月本科收治的12例局部复发的鼻咽癌患者,年龄40～67岁,功能状态评分(performance status, PS)评分1分,排除严重并发症(威胁生命的心脑血管疾病)。其中男性8例,女性4例,均在鼻咽镜下行鼻咽肿物活检,经病理学证实鼻咽癌放疗后复发,并经鼻咽部核磁共振成像证实3例单纯鼻咽局部复发,3例并发颅底骨破坏,6例局部复发并侵及周围咽旁间隙。复发时间为2.0～4.5年,全部患者初次放疗剂量DT 66～67 Gy/33～35 F。全组患者根据2002年UICC分期标准再度分期,Ⅱa和Ⅱb期7例,Ⅲ期3例,Ⅳa和Ⅳb期2例。

1.2 放疗定位、靶区和危及器官的勾画全部患者采取CT模拟定位,热塑面罩固定。CT扫描范围为头顶至锁骨上缘,扫描层厚为0.3 cm。由临床医生参考ICRU第50、62号报告原则勾画靶区和危及器官,肿瘤靶区(GTV)为临床或影像学检查发现的病变范围。临床靶区(CTV):GTV及其周围0.5～1.0 cm区域,未行淋巴引流区预防照射。计划靶区(PTV):在CTV各个方向外扩0.5 cm,并对超过体表部分及超出解剖结构部分进行适当修改,危及器官包括脑干、脊髓、视神经、视交叉、大脑颞叶和晶体等。

1.3 放疗计划设计使用Elekta公司的Synergy加速器,采用Pinnacle 9.2治疗计划系统分别优化设计VMAT和IMRT计划,Preciseplan 2.03治疗计划系统优化设计3D-CRT计划,均采用6MV-X线照射。处方剂量均为DT 2 Gy/F,DT 56～60 Gy/28～30 F。物理师对12例患者的同一套CT图像的相同靶区分别设计VMAT、IMRT 和3D-CRT 3套治疗计划,共面设野。3D-CRT进行正向优化,VMAT及IMRT计划进行逆向优化。VMAT计划采用的是单弧360°旋转调强技术,照射野的最大剂量率设定为每分钟600机器跳数(MU)。固定野IMRT计划采用的是7野调强,照射野的剂量率设定为每分钟600 MU。3D-CRT照射野为4～6个。要求处方剂量的95%等剂量曲线包含PTV。

1.4 物理技术参数和治疗计划评估3组治疗计划的物理技术参数:计划评估包括靶区和危及器官的剂量体积直方图(DVH图)、靶区不均匀指数(HI)、适形指数(CI)、MU和出束时间等。危机器官包括脑干、脊髓、视神经、视交叉、眼球和晶体等,评估其受照射剂量,在Elekta Synergy加速器上计划验证。靶区CI＝(VT,ref/VT)×(VT, ref/Vref),式中VT为靶区的体积,VT,ref为参考等剂量面所包绕的靶区体积,Vref为参考等剂量面所包绕的所有区域的体积。当计划靶区的CI＝1时靶区适形度最高。靶区HI＝D5%/D95%,式中D5%为5%靶区体积所受到的剂量,D95%为95%靶区体积所受到的剂量。当HI值越接近于1时说明靶区剂量分布越均匀,HI值越大靶区剂量分布越不均匀。

1.5 统计学分析采用SPSS 16.0统计软件进行统计学处理。3组计划靶区剂量分布和危及器官受量均以±s表示,组间比较采用t检验。

2 结果

2.1 物理学参数3组治疗计划PTV的最大剂量(Dmax)、平均剂量(Dmean)、CI、HI值、MU和出束时间见表1。各组剂量分布见图1(插页六)。VMAT组CI略高于IMRT组(P＞0.05),但2组明显高于3D-CRT组,组间比较差异有统计学意义(P＜0.05)。3组计划HI值相近,组间比较差异无统计学意义(P＞0.05)。3D-CRT组MU低于VMAT组和IMRT组(P＜0.05),且VMAT组MU低于IMRT组(P＜0.05)。3D-CRT组出束时间优于其他2组,差异有统计学意义(P＜0.05); VMAT组出束时间优于IMRT组,组间比较差异有统计学意义(P＜0.05)。

2.2 危及器官受量脑干及晶体受量3组数据相似,差异无统计学意义(P＞0.05)。脊髓、视神经、视交叉和大脑颞叶的受量:VMAT组及IMRT组明显优于3D-CRT组,组间比较差异有统计学意义(P＜0.05),但VMAT及IMRT组数据接近,差异无统计学意义(P＞0.05)。见表2。

表1 3组计划靶区剂量分布Tab.1 Distribution of targeted dose in three groups(n＝12,±s)

表1 3组计划靶区剂量分布Tab.1 Distribution of targeted dose in three groups(n＝12,±s)

∗P＜0.05 vs 3D-CRT group;△P＜0.05 vs VMAT group.

Group PTV Dmax(D/cGy)Dmean(D/cGy)CI HI MU Beam time (t/min) VMAT 6 936.0±102.1 6 282.9±62.4 0.78±0.06∗1.16±0.11 432.5±40.3∗2.25±0.21∗IMRT 6 927.4±98.0 6 289.6±69.7 0.72±0.09∗1.21±0.10 623.2±90.9∗△6.54±0.52∗△3D-CRT 6 790.0±90.6 6 195.0±82.8 0.37±0.22 1.17±0.30 310.0±28.7 0.94±0.09

表2 3组计划危及器官受量Tab.2 Doses of organs at risk in three groups(n＝12,±s,D/cGy)

表2 3组计划危及器官受量Tab.2 Doses of organs at risk in three groups(n＝12,±s,D/cGy)

∗P＜0.05 vs 3D-CRT group.

Group Brainstem Spinal cord Optic nerve DmaxOptic chiasm DmaxDmaxLeft Right DmaxVMAT 1049.0±103.8 617.2±192.0∗491.6±171.0∗222.5±84.0∗680.8±110.9∗IMRT 1124.5±176.4 657.4±230.1∗400.1±155.2∗242.7±90.6∗689.1±121.4∗3D-CRT 993.0±327.2 1 496.8±465.3 991.6±212.9 729.2±208.4 1 090.0±310.3 Group Lens DmaxTemporal lobe of brain DmaxLeft Right Left Right VMAT 200.9±42.4 194.0±41.0 1 418.7±291.0∗462.0±99.4∗IMRT 219.4±39.3 222.5±49.9 1 572.8±284.9∗684.5±112.3∗3D-CRT 237.7±48.6 242.7±76.3 2 417.0±550.2 749.2±219.7

3 讨论

鼻咽癌放疗后复发和转移是主要的失败原因,其中鼻咽局部和颅底是常见的复发部位[4-5]。该部位复发之后的治疗除了一小部分局限在鼻咽腔内的分期较早的患者可以采用手术或腔内治疗以外,绝大多数患者因为病变范围广及侵犯周围器官,高剂量外照射依然是最常用的治疗方法,而且疗效令人满意,5年局部无复发生存率85.8%,5年总生存率44.9%[6]。然而再程放疗时,由于鼻咽解剖位置的复杂性,既往应用的普通常规放疗技术的局限性难以符合剂量学要求,所以副损伤大,疗效差。而且首程放疗后鼻咽部纤维化形成等因素使得病变区放疗敏感性差,相对较高剂量的二次照射使得周围正常组织损伤重,如放射性脑坏死、鼻咽溃疡、张口困难和后组颅神经损伤等,患者的生活质量明显下降。近年来现代精确放疗技术的出现并应用于临床,不但在照射剂量分布上可以满足临床需求,而且减少了放射损伤。目前临床上常用的外照射技术有3D-CRT、IMRT和VMAT等。3D-CRT与普通的常规放疗比较,靶区剂量分布更合理,减少了周围正常组织受照剂量,但是与调强放疗相比无论是剂量分布还是保护正常组织方面存在一定劣势;IMRT较3D-CRT在靶区适形度、剂量学方面更具有优势,可以提高治疗增益比,是目前鼻咽癌放疗应用最广泛的技术[7-9],但是该技术治疗时间长,降低了其生物学效应,影响疗效;VMAT技术是近年来运用于临床的先进的放疗技术,与以往定角度放射治疗技术不同,其可以实现加速器边旋转边照射,并且在任何角度对肿瘤进行单弧或多弧照射,可以在靶区内形成剂量梯度变化以获得更好的适形度。VMAT技术是在调强放疗基础上,集高精尖加速器与逆向优化设计软件于一身,在图像引导技术基础上真正做到了高精度、高剂量、高疗效、低损伤和短时间照射。

以往有关3D-CRT和IMRT在鼻咽癌放疗中应用的报道较多,由于VMAT技术是目前较新的放疗技术,临床应用的时间短,所以在局部复发鼻咽癌方面的研究少有报道。邱素芳等[10]报道: 140例局部复发鼻咽癌应用3D-CRT放疗,中位剂量为62 Gy,5年局部控制率为30.76%,5年生存率为31%;不良反应发生率:颅神经损伤15.0%,张口困难14.3%。Hua等[11]报道了151例局部复发鼻咽癌患者再程调强放疗的疗效,临床分期Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ期的患者,5年局控率和总生存率分别为80.0%、85.0%、80.0%、78.7%和71.4%、62.9%、35.5%、30.2%。周珺珺等[12]对108例首程放疗区域局部复发的鼻咽癌患者给予再程IMRT放疗,患者5年总生存率为59%,无进展生存率56%,局部无复发生存率52.9%。以上研究表明:局部复发鼻咽癌采用调强放疗改善了局部肿瘤控制和延长了患者的生存期。Hunt等[13]研究显示:IMRT与常规放疗和3D-CRT比较,下颌骨和颞叶受到60 Gy以上剂量的照射体积下降10%～15%。刘同海等[14]研究结果显示:鼻咽癌VMAT计划在MU及治疗时间上较IMRT同步加量计划具有优势,无更多的正常组织放射损伤。国外一些小样本的研究[15-16]显示:肺癌、前列腺癌和宫颈癌等患者运用VMAT技术治疗具有优势,增加了靶区与危及器官的剂量梯度,明显地减少靶区高剂量点,同时减少治疗跳数并较IMRT技术大大缩短了治疗时间,提高生物学剂量,进而提高疗效。本文作者[17]在对颅内肿瘤患者进行放疗时,比较了VMAT与IMRT 2种放疗技术的物理学特性,发现VMAT技术明显缩短治疗时间,减少了MU。

以上研究主要是单一技术的应用研究,本研究选择12例局部复发的鼻咽癌患者,分别制作3D-CRT、单弧VMAT与7野IMRT 3种放疗计划,对靶区剂量覆盖情况、CI、HI、危及器官受量、MU和出束时间等重要的物理学参数进行了详细比较,结果显示:3组计划的剂量分布和危及器官受量在可接受范围内,但是3D-CRT计划各项剂量学参数明显差于VMAT和IMRT计划;单弧VMAT组和7野IMRT组的CI优于3D-CRT组,单弧VMAT组的适形度优势更明显,3组的HI相似;VMAT和3D-CRT计划的MU较IMRT有明显优势(3D-CRT较VMAT治疗时间更短),组间比较差异有统计学意义,在不影响治疗疗效的情况下,实现了治疗效率的大幅提高;出束时间方面,3D-CRT组优于其他2组,VMAT组优于IMRT组。此前本文作者还比较了旋转调强双弧与单弧的剂量学特点,显示出双弧旋转调强增加小于10 Gy的低剂量区照射体积,单弧VMAT计划对病变周围正常组织及器官的保护更好,所以本研究采用的是360°单弧VMAT计划。本研究同时观察3组计划危及器官受量:脑干及晶体受量3组数据相似,脊髓、视神经、视交叉和大脑颞叶的受量VMAT组及IMRT组明显优于3D-CRT组,但VMAT及IMRT组数据接近。

综上所述,相比于VMAT和IMRT技术, 3D-CRT技术照射无论在靶区的适形度、剂量分布的均匀性以及周围正常组织损伤等方面均处于劣势,但是在照射时间上有优势。采取VMAT以及IMRT技术照射可以使靶区得到理想的剂量分布,周围正常组织损伤小。相对于IMRT,VMAT的优势在于缩短治疗时间,提高生物学效应,减少分次摆位误差,实现了治疗效率的大幅度提高,同时也减少了机器磨损。VMAT在治疗时可以配合图像引导技术,实施对照射区监控,同时CBCT图像扫描,重新个体化外扩PTV,减小PTV体积,精确施照,达到了真正意义上的精确照射,有望提高放疗剂量,进而提高局控率以及生存获益。但是VMAT在剂量验证、计算机运算和治疗计划优化等方面远比IMRT复杂得多且耗时,而且物理验证困难,因此临床使用该技术尚需要经验积累。随着各种精确放疗技术广泛应用于临床和不断完善,即便复发鼻咽癌患者,同样可获得好的疗效,生存质量也会进一步提高。

[1]Chow E,Payne D,O’Sullivan B,et al.Radiotherapy along in patients with advanced nasopharyngeal cancer[J].Radiother Oncol,2005,63(2):269-274.

[2]Ng WT,Lee MC,Chanq AT,et al.The impact of dosimetric inadequacy on treatment outcome of nasopharyngeal carcinoma with IMRT[J].Int J Oral Oncol,2014,50(5): 506-512.

[3]殷蔚伯,余子豪,徐国镇,等.肿瘤放射治疗学[M].4版.北京:中国协和医科大学出版社,2008:473-474.

[4]Yang TS,Ng KT,Wang HM,et al.Prognostic factors of locoregionally recurrent nasopharyngeal carcinoma-a retrospective review of 182 cases[J].Am J Clin Oncol, 1996,19(4):337-343.

[5]罗 伟,汤轶强,黄 莹,等.从鼻咽癌放疗后复发部位探讨放疗设野范围[J].癌症,2006,25(2):209-211.

[6]Han F,Zhao C,Huang SM,et al.Long-term outcomes and prognostic factors of re-irradiation for locally recurrent nasopharyngeal carcinoma using intensity-modulated radiotherapy[J].Clin Oncol,2012,24(8):569-576.

[7]马一栋,李明焕,于金明,等.肿瘤精确放疗新技术的比较[J].中华肿瘤防治杂志,2010,17(23):1995-1998.

[8]Tang LL,Sun Y,Mao YP,et al.Prognostic value of parapharyngeal extension in nasopharyngeal carcinoma treated with intensity modulated radiotherapy[J].Int J Radiother Oncol,2014,110(3):404-408.

[9]Hunga T,Chenb C,Lin CY,et al.Prognostic value of prepontine cistern invasion in nasopharyngeal carcinoma treated by intensity-modulated radiotherapy[J].Int J Oral Oncol,2014,50(3):228-233.

[10]邱素芳,林少俊,陆 军,等.140例局部复发鼻咽癌患者三维适形放疗的疗效分析[J].中国癌症杂志,2011, 21(9):701-707.

[11]Hua YJ,Han F,Lu LX,et al.Long-term treatment outcome of recurrent nasopharyngeal carcinoma treated with salvage intensity modulated radiotherapy[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2012,48(18):3422-3428.

[12]周珺珺,应红梅,胡苏超,等.复发鼻咽癌调强放疗的应用疗效及预后分析[J].中国癌症杂志,2012,22(11):835-841.

[13]Hunt MA,Zelefsky MJ,Wolden S,et al.Treatment planning and delivery of itensity modulated radiotherapy for primay nasopharyngeal carcinoma cancer[J].Int J Radiat Oncol Biol Plays,2001,49(3):623-632.

[14]刘同海,尹 勇,陈进琥,等.鼻咽癌旋转调强与固定野调强同步加量计划比较研究[J].中华放射肿瘤学杂志,2010, 19(6):486-489.

[15]Vanetti E,Clivio A,Nicolini G,et al.Volumetric modulated arc radiotherapy for carcinomas of the oro-pharynx, hypo-pharynx and larynx:A treatment planning comparison with fixed field IMRT[J].Radiother Oncol,2009,92(1): 111-117.

[16]Cozzi L,Dinshaw KA,Shrivastava SK,et al.A treatment planning study comparing volumetric arc modulation with rapid arc and fixed field IMRT for cervix uteri radiotherapy[J].Radiother Oncol,2008,89(2):180-191.

[17]张 矛,金海国,卜明伟,等.脑胶质瘤术后VMAT与IMRT放疗技术间的比较[J].中国医学物理学杂志,2011, 28(6):2959-2963.

Comparison of dosimetric parameters of re-irradiation in patients with locally recurrent nasopharyngeal carcinoma

ZHANG Mao,SU Qing-xiu,YANG Jin-lei,JIN Hai-guo,DONG Ying,WU Dan,WANG Fu-xiang (Third Department of Radiation Oncology,Cancer Hospital of Jilin Province,Changchun 130012,China)

ObjectiveTo compare the dosimetric parameters of volumetric modulated arc therapy(VMAT),fixed field intensity modulated radiation therapy(IMRT)and three-dimensional conformal radiotherapy(3D-CRT)in the radiotherapy for the patients with locally recurrent nasopharyngeal carcinoma,and to analyze their characteristics.MethodsTwelve patients with locally recurrent nasopharyngeal carcinoma were treated with VMAT,IMRT and 3D-CRT plan designed by Pinnacle 9.2 and Preciseplan 2.03 treatment planning system.The dosimetric parameters of targeted volumes and organs at risk were compared between three groups.ResultsThe conformation indexes (CI)of VMAT and IMRT plans were similar,and they were both better than 3D-CRT plan,the difference was significant(P＜0.05).The homogeneity index(HI)in three groups were similar,there were no statistically significant differences between them(P＞0.05).The monitor units(MU)and beam time in 3D-CRT group were better than those in other two groups,and VMRT group was better than IMRT group,the statistical differences were observed between three groups(P＜0.05).There were no statistical differences of organs at risk such as brainstem and lens between three groups(P＞0.05).The doses of the spinal cord,optic nerve,optic chiasm and temporal lobe of brain in VMAT and IMRT groups were better than those in 3D-CRT group,there were statistical differences between them(P＜0.05),and the data in VMAT and IMRT groups were similar,and there were nostatistical differences(P＞0.05).ConclusionThere are differences of the targeted dose distribution between the three kinds of radiation technology,while VMAT and IMRT plans can cover the targeted areas and reduce the

doses of organs at risk.The CI,MU and beam time of VMAT plan are better than those of IMRT plan.3D-CRT plan only has advantage in the MU and beam time.

nasopharyngeal neoplasms;tumor recurrence;dosimetric parameter;volumetric modulated arc radiotherapy;intensity modulated radiotherapy;3-dimensional conformal radiotherapy

R739.6

B

2013-04-02

吉林省科技厅自然科学基金资助课题(201015235)

张 矛(1962－),男,吉林省长春市人,主任医师,主要从事肿瘤放射治疗学的研究。

王福香(Tel:0431-85877257,E-mail:wfx186865789＠qq.com)

1671-587Ⅹ(2014)05-1085-05

10.13481/j.1671-587x.20140534