不同能量X线在中段食管癌三维适形放疗中的比较

石成良，曾自力

0 引言

食管癌是常见的恶性肿瘤之一，据1990—1992年中国肿瘤防治办公室资料显示，与1976年相比其死亡率有下降的趋势。但是，食管癌的死亡率占全部恶性肿瘤死亡率的16.05%，居第4位，在世界各国中仍然位居前列[1]。由于诊断等各方面原因，临床上患者大多数属中晚期，手术根治较难实现，其病理90%以上为鳞状细胞癌，对放射线较敏感，目前，放射治疗仍是食管癌主要的治疗手段。三维适形放疗（3DCRT）能让高剂量区的分布形状在三维（前后、左右、上下）方向上与肿瘤靶区形状一致，提高了照射的准确性，增加了肿瘤区剂量，同时使得病灶周围正常组织的受量降低，有效地保护了正常组织。作者试图通过治疗计划系统（treatment planning system，TPS）的二维横切面、冠状面、矢状切面剂量分布图，三维剂量分布，剂量体积直方图（dose volume histogram，DVH），剂量统计表等工具分析比较6MV和15MV能量X线的中段食管癌3DCRT的剂量学参数，探讨2种X线能量对患者的肿瘤组织、危及器官（organ at risk，OAR）和正常组织剂量分布的影响，为中段食管癌3DCRTX线能量的选择提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 一般资料

选取在我院治疗的21例食管癌患者，其中男13例，女8例，年龄为41～68岁。病灶位于胸中下段，病理诊断为鳞状细胞癌，临床分期为Ⅰ～ⅡA，由于各种原因选择放射治疗。将95%的计划靶区（planning targetvolume，PTV）所受到的最低剂量定义为处方剂量，所有患者处方剂量皆为60Gy，每次2Gy，共 30 次。

1.2 患者的体位固定及CT定位扫描

患者仰卧在平铺的真空袋上，双手前臂弯曲，抱肘上举过头顶，双腿自然分开约与肩同宽。在双腿分开处，放射治疗技师用拳头塞入真空袋下将真空袋向上顶，借以固定双腿，抽真空，固定患者体位。保持平静呼吸状态，用16排螺旋CT，行CT增强扫描，扫描层厚3.75mm，扫描范围：上界自环状软骨至下界肝脏下缘。

1.3 患者靶区的确定

将CT扫描信息通过网络传入治疗计划系统，由患者主管医生勾画靶区，肿瘤靶区（gross targetvolume，GTV）为CT图像上的可辨识的食管肿瘤区域；PTV为GTV外扩1～1.5 cm，上界为GTV外扩3 cm，下界为GTV外扩4 cm。这里GTV指CT增强扫描所见的食管癌原发灶、管腔外生长的肿块等；临床靶区（clinical targetvolume，CTV）指包括原发灶及其前后左右1 cm、上下2 cm左右范围及相应节段的淋巴引流区；PTV除考虑食管癌靶区自身运动外还要考虑本放射治疗中心的摆位误差[2]。正常肺组织不包括气管和GTV。

1.4 治疗计划的设计及要求

中段食管癌三维适形放射治疗采用一前二后斜野和两前斜野共5野等中心照射，斜野避开脊髓。医用电子直线加速器、X线能量为6MV和15MV。卷积迭代优化，等效TAR进行不均匀性修正，采用2.5mm计算网格。尽可能地提高靶区剂量并兼顾其剂量均匀度及冷热点分布，危及器官脊髓受量小于45Gy、心脏单纯放疗受量40Gy（＜30%），正常组织肺单纯放疗受量20 Gy（＜30%）[3]、要求肺受量的平均剂量（Dmean）尽量小。

1.5 治疗计划的比较

利用TPS的二维横切面、冠状面、矢状切面剂量分布图，三维剂量分布，DVH，剂量统计表等工具比较2组治疗计划的肿瘤组织、危及器官和正常组织的剂量学参数。肿瘤组织选择PTV内最高剂量（Dmax）、最低剂量（Dmin）、平均剂量（Dmean）、均匀度用 PTV 剂量分布的均匀性指数（homogeneity index，HI）[4]和适形度指数（conformity index，CI）[5]来描述。正常组织选择肺V30、V20与Dmean作为评价指标。V20定义为受到≥20Gy照射的肺体积占双肺体积（总体积减去GTV的体积）的比例[6]。OAR选择脊髓Dmax，心脏Dmean、V40作为评价指标。

1.6 统计方法

采用SPSS13.0统计软件包进行统计学分析，计量资料以x±s表示，应用配对t检验比较各项指标，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同能量计划靶区的剂量学比较

由表1可以看出，三维适形放疗能量6MV X线治疗计划的计划靶区 Dmax、Dmin、Dmean与 15MV的结果近似相同，剂量均数差异无统计学意义（P＞0.05），说明不同能量对计划靶区剂量分布影响不大；计划靶区的HI和CI均数差异无统计学意义（P＞0.05），说明不同能量对计划靶区剂量分布的均匀性和适形度影响不大。

表1 6MV与15MV的PTV剂量分布比较

2.2 危及器官受照剂量的比较

由表2可以看出，三维适形放疗能量6MV X线治疗计划的危及器官脊髓Dmax、心脏V40、Dmean与15MV的脊髓Dmax、心脏V40、Dmean结果相似，均数差异无统计学意义（P＞0.05），说明不同能量对危及器官受照剂量影响不大。

2.3 正常组织受照剂量的比较

由表3可以看出，三维适形放疗能量6MV X线治疗计划的肺V20、V30、Dmean与15MV的一致，均数差异无统计学意义（P＞0.05），说明不同能量对正常肺组织受照剂量影响不大。

表2 6MV与15MV危及器官剂量分布比较

3 讨论

食管癌3DCRT通过现代医用电子直线加速器利用多叶准直器（MLC），根据不同视角食管癌病变靶区的形状，在加速器机架旋转时变换MLC的方位调整照射野，准确适应病变靶区形状，使射野形状与病变靶区的投影保持一致，同时对射野内诸点的输出剂量率按要求不断进行调整，使高剂量区分布形状在三维方向上与病变靶区完全一致。将照射高剂量集中在靶区，最大限度地保护病变靶区周围正常组织和器官，从而达到提高肿瘤控制率的目的。由结果可知，中段食管癌三维适形放射治疗能量6MV X线对 PTV 的剂量分布 Dmax、Dmin、Dmean与 15MV X 线的结果近似相同，剂量均数差异无统计学意义（P＞0.05），说明不同能量对PTV剂量分布影响不大；PTV的HI和CI均数差异无统计学意义（P＞0.05），说明不同能量对PTV剂量分布的均匀性和适形度影响不大，这与Elisabeth Weiss等人[7]的结果相同。6 MV计划的脊髓Dmax、心脏V40、Dmean与15MV的脊髓Dmax、心脏V40、Dmean结果相似，均数差异无统计学意义（P＞0.05），说明不同能量对危及器官受照剂量影响不大；6MV计划的肺V20、V30、肺Dmean与15MV的一致，均数差异无统计学意义（P＞0.05），说明不同能量对正常肺组织受照剂量影响不大，这与Elisabeth Weiss、胡伟刚等人[7-8]的结果一致。

表3 6MV与15MV正常组织剂量分布比较

10MV以上高能医用电子直线加速器产生的X线，会与加速器的治疗机头中靶、准直器和限束系统的多种高原子序数的金属材料如钨、铁、铅、铜和铝等的原子核发生巨共振反应，产生中子辐射[9]。所产生的快中子的能量一般为几个MeV，但有少数中子的能量接近加速器最大轫致辐射能量，这些初始能量很高的少量中子常常决定着加速器的屏蔽要求。能量高于10MV以上时，辐射水平应为X散射线和中子贡献的总和。能量高于8～10MV时，治疗机头会产生感生放射性核素，如铝-28和铜-62，其半衰期相对较短，分别为2.3和7.9 min；同时产生半衰期较长的钨-187和镍-57，分别为24和36 h。无论是X线或是电子线，当加速器工作在高于8MeV的能量时都会发生光核反应，尤其是高于12MeV时发生得更快。同时会引起治疗室内的空气产生少量放射性气体，如半衰期分别为10和2min的13N和15O等[10]。X线能量越高越容易产生感生放射性，对患者、工作人员及环境造成潜在的长期危害。对于胸中段食管癌三维适形放射治疗，Brugmans等认为使用大于10MV能量的射线，会增加散射电子线在肺内运动的距离，从而增宽照射野的半影[11]。同时中段食管癌3DCRT，高能X线与物质作用产生的高能反冲电子的侧向散射造成其在低密度介质如肺中的路径延长，导致电子失衡，使半影增宽，并降低了线束中心轴的剂量，从而影响高剂量覆盖靶区的程度。当肺密度较低（0.1～0.2 g/cm3）、射野面积较小、光子能量越高时这种现象越明显[12]。

傅卫华等[11]采用笔形束算法时发现，6MV与18MV治疗计划的等剂量线和DVH相近，18MV治疗计划的靶区剂量均匀性略优于6MV治疗计划；而当采用能进行电子侧向散射修正的简串算法时，靶区的高剂量覆盖程度明显变差，18MV计划靶区剂量亏损更为显著，6MV治疗计划高剂量覆盖靶区的程度优于18MV治疗计划；不同能量、算法下肺和脊髓的受量基本相同。目前的TPS一般在剂量计算时没有精确地考虑这个问题，真实的V5、V10、V20等可能比TPS显示的要大。食管癌三维适形放疗的剂量限制因素主要在于肺组织。

刘颖[13]研究认为，食管癌采用能量4～8MV X线放射治疗时，侧向电子失衡最低，使正常肺组织受低剂量照射体积减少，从而有效保护肺组织。15MV X线虽然比6MVX线具有更强的穿透能力，但其可使靶区剂量亏损比6MV X线严重。

在水模中插入不同宽度的软木塞模拟肺组织，在全身照射（TBI）过程中实测肺组织放射剂量分布的均匀度，结果显示6 MV X线的剂量分布优于10 MV和18MV X线，说明并非在任何情况下肺部剂量分布的均匀性都是X线能量越高越好。研究结果建议不用18MV X线照射肺部小肿瘤以免由于剂量分布不均匀而导致局部剂量不足。

综上所述，在目前的TPS中，采用能量6MV X线3DCRT中段食管癌与15MV的结果近似相同，不同能量3DCRT肿瘤组织、危及器官和正常组织剂量分布无明显差异，均能满足临床要求。但在高能量X线15MV实际照射中，散射、漏射剂量增多，患者受到更多的低剂量照射。故中段食管癌3DCRT时能量一般选用6MV。

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