局部晚期喉癌和下咽癌容积旋转调强与螺旋断层放疗的剂量学研究

解传滨　徐寿平　葛瑞刚　徐　伟　丛小虎　鞠忠建　巩汉顺　蔡博宁

作者单位:100853 解放军总医院

局部晚期喉癌和下咽癌容积旋转调强与螺旋断层放疗的剂量学研究

解传滨徐寿平葛瑞刚徐伟丛小虎鞠忠建巩汉顺蔡博宁

作者单位:100853 解放军总医院

【摘要】目的比较局部晚期喉癌和下咽癌RapidArc(RA)容积旋转调强放疗与螺旋断层放疗(HT)剂量学差异，探讨2种调强技术特点及剂量学优势。方法选取10例喉癌(4例)和下咽癌(6例)术后患者，分别设计RA、HT两组治疗计划，比较靶区及危及器官剂量分布、剂量体积直方图(DVH)等指标情况，并对机器跳数(MU)与出束时间予以评估。结果两者均实现了95%以上靶体积的剂量覆盖，并体现出类似的剂量均匀性。RA组腮腺、口腔V10较HT组分别降低了9.6%、13.6%(P=0.03/0.00)，而HT组V40却降低了13.4%、13.7%(P=0.00/0.21)。在减少正常组织(NT)受量上RA更具优势，而HT实现了对脊髓更好的避让。RA/HT两组计划的平均机器跳数和出束时间分别为820 MU/5 367 MU、377 s/150 s。结论两种旋转调强技术均能较好地实现喉癌和下咽癌照射，且RA在减少低剂量照射及计划实施效率上更具优势。

【关键词】喉癌；下咽癌；快速容积旋转调强；螺旋断层放射治疗；剂量学

(ThePracticalJournalofCancer,2016,31:120～123)

近年来，旋转调强放疗(intensity-modulted arc radiotherapy,IMAT)普遍应用于临床，Vanrtti等[1]在对IMAT与IMRT计划的比较研究中肯定了双弧IMAT在下咽部位肿瘤中的优势。螺旋断层治疗(helical tomotherapy,HT)的推广应用，在很多疾病特别是头颈部肿瘤中都体现出了较好的靶区均匀性以及对重要器官的保护优势[2-6]。但是对这两种实现方式不同的旋转调强技术剂量学研究却鲜有报道。本研究通过比较局部晚期喉癌和下咽癌螺旋断层放射治疗(helical tomotherapy，HT)与快速容积旋转调强放射治疗(rapidarc，RA)的剂量学差异，探讨两种旋转调强技术的特点及剂量学优势，以期为临床应用选择提供参考。

1　资料与方法

1.1　临床病例与定位方法

选取10例于2014年4月-2014年10月在解放军总医院接受术后放疗的下咽部肿瘤患者，其中喉癌4例，下咽癌6例。患者均采用仰卧位S型头颈肩热塑体模固定,自头顶至锁骨头下3 cm行层厚3 mm螺旋CT定位扫描(平扫+增强)。

1.2　靶区定义与处方剂量

患者图像以DICOM RT格式传输至Pinnical3 Ver 9.6治疗计划系统，在平扫与增强扫描图像融合基础上完成靶区与危及器官勾画。计划靶区(PTV)分为两部分：高危区(PTV1)和低危区(PTV2)，处方剂量分别为60.2 Gy/28F、50.4 Gy/28F。各危及器官剂量限值：口腔V40<30%，腮腺V30<50%，脊髓Dmax<45 Gy[7]。

1.3　计划设计

将每例患者图像及轮廓数据分别传输至Eclipse 10.0计划工作站与Hi-Art计划工作站(Ver4.1.2)，分别进行计划设计并定义为RA组、HT组，RA组采用Varian Clinac iX 直线加速器6MV X射线，计划选用双弧快速容积旋转调强设计，最大剂量率600 MU/min。HT计划螺距值(pitch)均选用0.287，并在计划优化过程中实时调整调制因子(modulation factor)以保证机架旋转周期在16～20 s。

1.4　剂量学参数比较

靶区剂量学比较包括靶区覆盖度(D95，V100)、平均剂量Dmean及剂量均匀性(HI)和适形度(CI)。HI 定义为D5%/ D95%[8]。HI 越小(接近1)，剂量越均匀。CI=CF (cover factor) ×SF ( spill factor),公式中CF 定义为PTV 所受处方剂量体积与PTV 体积之比，SF 定义为PTV处方剂量体积与整个处方剂量体积之比。CI 越接近1，则剂量分布的适形度越好。各器官剂量学评估包括腮腺、口腔以及受照区域正常组织(NT)的V10、V20、V30、V40以及平均剂量Dmean，脊髓最大剂量Dmax。比较两组计划的机器跳数与出束时间，评估计划实施效率。

1.5　统计学方法

应用SPSS 18.0统计软件对两组计划剂量学参数行配对t检验，P<0.05有统计学意义。

2结果

2.1　等剂量曲线评估

通过对两组计划等剂量曲线评估发现，两种技术均实现了处方剂量对靶区高度适形覆盖并达到了理想的剂量均匀性，同时最大限度地保护了周围各危及器官。由于HT是通过一定宽度射野在纵轴方向上旋转叠加实现靶区的照射，由此造成了靶区剂量纵向延伸现象，这在靶区纵向边缘层面得到了明显的体现，见图1a所示为距靶区上缘6 mm层面，HT计划的受照剂量明显高于RA计划，这在图2所示的冠状位等剂量曲线分布图中能够更清楚地观察到。

图1　轴位等剂量曲线分布图

图2　冠状位等剂量曲线分布图2.2　DVH评估

对两组计划平均DVH分析发现，两种技术均实现了处方剂量对靶区超过95%的覆盖。RA组非靶区组织NT受量总体要低于HT组。口腔及腮腺低剂量区域RA组具有明显优势，而HT组体现出对脊髓更好的避让，如图3所示。

实线为RA计划，虚线为HT计划。

2.3　靶区剂量参数比较

两组放疗计划的靶区剂量学参数比较分析见表1所示，两者均实现了对靶区的较好覆盖，并体现出了相类似的剂量均匀性，适形度指数(CI)略有不同，但无统计学意义。

表1　Ra组和HT组计划的靶区剂量参数统计

2.4　危及器官剂量及受照体积比较

危及器官剂量和受照体积参数比较见表2，与DVH 评估结果相同，RA组在腮腺、口腔的低剂量区域特别是V10的比较中体现出了明显的优势，而以V40为代表的高剂量照射体积HT组要更小，且差异具有统计学意义。而在减少NT受照体积上RA具有更大优势。

2.5　计划实施效率

HT组平均机器跳数为5 367 MU,平均出束时间为377 s，RA组平均机器跳数为820 MU,平均时间为150 s。

表2　RA和HT计划中各危及器官剂量学参数统计

3　讨论

喉癌是头颈部常见恶性肿瘤之一，发病率占头颈肿瘤3%～8%(位居第2位)。其病理类型90%以上为鳞状细胞癌，根据原发部位可分为：声门上区(40%)、声门区(50%～60%)、声门下区(1%～4%)。其中声门上和声门下癌初诊时多为局部晚期，其发病率近年来成上升趋势[9]。下咽癌是头颈部肿瘤中临床疗效最差的肿瘤[10]，约占头颈部肿瘤的1.4%~7.0%[11-12]；由于其解剖位置的特殊性，且出于保留后功能的需要，手术具有相当的难度，使下咽癌具有高侵袭性、高转移性、高复发性的特点。喉癌和下咽癌所处解剖位置毗邻，具有相似的生物学行为，其局部晚期病变的治疗方式、放射治疗靶区勾画及照射技术相同，故本研究将局部晚期喉癌和下咽癌作为研究对象。

本研究将两种实现方式不同的旋转调强技术在喉癌和下咽癌放射治疗中的应用做了初步剂量学分析。结果表明两种方法均能在较好保护正常器官同时实现对下咽部位肿瘤的照射，但两者又有着各自的技术特点和剂量学优势。RA以Otto[13]提出的VMAT理论为基础实现了多叶光栅叶片位置、加速器输出剂量率等均可随机架可变速转动进行调节的旋转调强技术，配合以影像引导，实现了治疗的高效性和准确性。HT则是采用CT原理在治疗床平移和机架连续旋转的同时通过二元气动光栅对一定宽度的扇形射束进行强度调制从而实现对复杂靶区的螺旋照射。

通过对两组计划平均DVH以及剂量学参数进行比较发现，RA组各器官低剂量照射尤其是10 Gy照射体积要明显低于HT组，但在逐层分析靶区层面等剂量曲线分布图时并未体现出此种差异，而且H在横断面上体现出更出色地危及器官避让。但图1a所示靶区纵向边缘层面比较中发现，RA计划剂量已减至10~20 Gy而HT计划却依然存在超过40 Gy的剂量线，这正是由于HT通过一定宽度射束在纵轴方向螺旋叠加以实现对靶区照射覆盖的方式所导致剂量分布在纵轴方向延伸，并且这种延伸势必给纵轴方向上超出靶区上界的腮腺、口腔等受量带来影响，并且这种影响会随着铅门宽度的变大而增加[7,14]，HT组正常组织(NT)受量总体偏高的现象也是对这种剂量延伸效应的明显体现。而HT在横断面方向所具有的超强调制能力实现了靶区边缘剂量分布的高锐利度，其腮腺、口腔的V40较RA组降低了13.4%、13.7%(P=0.00/0.21)。在实施效率上，RA机器跳数、出束时间分别较HT组减少了84.7%、60.2%，因为 HT采用的是扇形束螺旋断层调强方式，相比RA锥形束容积旋转调强方式势必屏蔽掉大部分有用射束，也由此带来了出束时间的延长。

总之，两种旋转调强技术均能在较好地保护正常器官的同时可实现对喉癌和下咽癌照射治疗，但RA技术在减少低剂量照射及计划实施效率上更具一定的优势。

参考文献

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(编辑：吴小红)

Study of Dosimetry of Volumetric Modulated Arc Therapy and Helical Tomotherapy for Patient with Locally Advanced Laryngeal and Hypopharyngeal Carcinoma

XIEChuanbin,XUShouping,GERuigang,etal.PLAGeneralHospital,Beijing,100853

【Abstract】ObjectiveTo compare the dosimetric characteristics of helical tomotherapy (HT) and RapidArc (RA) therapy for laryngeal and hypopharyngeal carcinoma.Methods10 patients with post-operative laryngeal or hypopharyngeal carcinoma were enrolled in this study.RA plans and HT plans were created for each patient and according to dose-volume histogram (DVH) analysis in terms of PTV homogeneity and conformity indices (HI and CI) as well as OARs dose and volume parameters were compared.Additionally,the cumulative monitor unit (MUs) and treatment delivery times of the different technologies were analyzed.ResultsThe 2 techniques could well achieve the target coverage (95%) and showed a similar dose uniformity.RA showed better in the low dose distribution of the organs such as parotids and oral,but the HT plans have a visible advantage over the RA plans in the high dose,the V40of parotids and oral were reduced by 13.4%,13.7%(P=0.00/0.21).The MU and treatment delivery time of RA and HT were 820 MU/5 367 MU,377 s/150 s.ConclusionThe 2 kinds of treatment plans can provide good dose distribution.And RA seems to be obviously better in low dose distribution and the delivery efficiency.

【Key words】Laryngeal carcinoma;Hypopharyngeal carcinoma;Tomotherapy;Intensity-modulated Arc Therapy;Dosimetry

中图分类号：R739.65

文献标识码：A

文章编号：1001-5930(2016)01-0120-04

DOI：10.3969/j.issn.1001-5930.2016.01.036

收稿日期(2015-01-20修回日期 2015-06-11)