咽喉部鳞癌螺旋断层放射治疗*不同铅门模式的剂量学研究

蔡博宁　解传滨*　孟玲玲　葛瑞刚　巩汉顺　罗燕容　鞠忠建

咽喉部鳞癌由于其解剖位置特殊，且具有高侵袭性和高复发性的特点，通过手术的综合治疗，如术前和术后放射治疗可以明显降低肿瘤的局部复发机会。调强放射治疗(intensity modulated radiation therapy，IMRT)可在高剂量照射肿瘤靶区的同时，有效地保护周围的正常组织，降低口腔黏膜炎、咽喉疼痛以及唾液腺损伤等不良反应程度，已成为咽喉部肿瘤放射治疗的首选技术[1]。应用螺旋断层放射治疗(helical tomotherapy，HT)技术治疗咽喉部鳞癌，相对静态调强放射治疗(step-and-shoot intensity modulated radio therapy，SaS IMRT)以及快速容积(rapid arc，RA)选择调强放射治疗，在靶区剂量分布以及周围危及器官的保护上具有明显的优势[2-3]。

近年来，HT在静态铅门技术(fixed jaw)基础上，又新增了动态铅门技术(dynamic jaw)，为探讨技术进步对咽喉部肿瘤危及器官剂量的影响，本研究进行了不同铅门模式下的剂量学比较。

1　资料与方法

1.1　临床病例与定位方法

选取2017年1-12月在解放军总医院放射治疗科接受术后放射治疗的8例咽喉部鳞癌患者，其中声门上型喉癌4例，下咽癌4例。所有患者均采用仰卧位，头颈肩热塑体模固定，行增强CT定位扫描，扫描范围自头顶至锁骨头下3 cm，扫描层厚0.3 cm。

1.2　靶区定义与处方剂量

患者定位图像以医学数字成像及通信(digital imaging and communication of medicine，DICOM)RT格式传输至Pinnacle 3 Ver 8.0 m治疗计划系统，经平扫与增强扫描图像融合后由同一医生在平扫序列上进行靶区及危及器官的勾画。计划靶区(planing target volume，PTV)分为高危计划靶区(PTV1)和低危计划靶区(PTV2)，所有PTV1均包括双侧Ⅱ～Ⅳ区淋巴结引流区，两者的处方剂量分别为60.2 Gy/28 F、2.15 Gy/F和50.4 Gy/28 F、1.80 Gy/F。正常器官的限制剂量：腮腺平均剂量(Dmean)＜28 Gy，口腔接受照射剂量＞40 Gy体积的百分比V40＜30%，脑干Dmax＜54 Gy，脊髓Dmax＜45 Gy，要求处方剂量覆盖95%的靶体积。

1.3　计划设计

将勾画好的靶区及正常器官的CT图像传输至Hi.Art计划系统，由同一物理师分别设计铅门宽度为1.05 cm、2.512 cm及5.05 cm的3组静态铅门计划，即定义为F1.0组、F2.5组和F5.0组；以及宽度为2.512 cm和5.05 cm的2组动态铅门计划，即定义为D2.5组和D5.0组。5组计划中螺距(Pitch)和调制因子(modulate factor，MF)分别为0.287和2.4。

1.4　物理参数与剂量学比较

对危及器官(organ at risk，OAR)腮腺和口腔进行剂量学评估，分别评估两器官的Dmean及各自接受照射剂量＞5 Gy、10 Gy、20 Gy、30 Gy、40 Gy和50 Gy体积的百分比，即V5、V10、V20、V30、V40和V50。

1.5　统计学方法

采用SPSS 19.0统计软件对数据进行分析，计算结果采用均数±标准差表示，进行配对样本t检验，以P＜0.05为差异具有统计学意义。

2　结果

2.1　腮腺剂量学分析

临床正常组织放射效应定量分析QUANTEC[4]建议，腮腺Dmean＜25 Gy以尽量减轻口干症程度，本组研究要求Dmean＜28 Gy。5组计划中，铅门宽度最小的F1.0组计划腮腺Dmean最低，平均为20.83 Gy，相对其他4组计划具有明显的统计学优势；静态铅门模式宽度最高的F5.0组计划的腮腺Dmean平均为29.63 Gy，相对其他4组计划未达到剂量限制要求，且明显高于D5.0组计划的25.76 Gy，结果具有统计学意义(t=2.41，P＜0.05)；动态铅门模式最小宽度为2.5 cm，D2.5组计划的腮腺Dmean平均为22.87 Gy，优于较宽的D5.0组计划，虽然较F1.0组计划高，但仍然小于同样宽度F2.5组计划的24.41 Gy，D2.5组与F2.5组计划差异无统计学意义(t=0.59，P＞0.05)。通过对其他指标的比较，F1.0组计划仅在V5上高于D2.5组计划，且差异无统计学意义(t=6.66，P＞0.05)，而V10、V20、V30、V40、V50的数值均为最低。F5.0组计划仅在V50这一指标低于D5.0组计划，其他指标均为最高。结果同样显示，D2.5组相对F2.5组计划降低了腮腺的低剂量区，见表1。

表1　不同铅门模式腮腺的剂量参数比较(Gy,　x-±s)

表2　不同铅门模式口腔的剂量参数比较(Gy,　x-±s)

2.2　口腔剂量学分析

本研究计划设计时对口腔的限制为V40＜30%，研究结果与腮腺类似，F1.0组计划口腔V40最低，平均为8.21 Gy，与D2.5组计划相比差异无统计学意义(t=-0.59，P＞0.05)；D2.5组与F2.5组计划的V40数值相近，分别为10.34 Gy和10.14 Gy；F5.0组计划的口腔V40仍然为5组计划最高。比较V5、V10、V20、V30、V50及Dmean等各项指标，F1.0组计划的数值均为最低，其次为D2.5组计划，且大部分具有统计学差异，见表2。

3　讨论

咽喉部肿瘤主要治疗失败的原因为局部复发，放射治疗在治疗过程中具有重要地位。IMRT计划作为优选的放射治疗技术，要求达到靶区的高适形度剂量分布，并尽可能的降低腮腺、口腔等OAR受量。相对于鼻咽癌，咽喉部鳞癌放射治疗范围仅照射部分腮腺，IMRT计划设计时应注意靶区范围外的腮腺的低剂量区范围，避免额外照射。此外，由于咽喉部鳞癌主要原发部位位于咽喉，口腔的受照剂量相对也较高，有效的剂量跌落也可以减少口腔的低剂量区范围。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，由此造成靶区剂量纵向延伸现象，前期的HT使用静态铅门技术制定计划，靶区刚刚接近铅门边界和将要离开铅门边界时，整个铅门都将按照预设宽度全部打开，导致靶区纵向边缘剂量延伸，造成靶区边界区域受照剂量的增加。HT静态铅门模式有1.05 cm、2.512 cm及5.05 cm的3种宽度选择，在制定咽喉部鳞癌计划时，如果选择最大的5.05 cm，腮腺受到额外照射的体积增加，剂量的延伸会明显增加受照剂量。本研究显示，F5.0组计划的腮腺各项指标均较差，且腮腺Dmean平均为29.63 Gy，并未达到剂量限制要求。如果选用宽度最小的1.05 cm进行计划设计，可以减少边缘剂量，本研究中也显示了F1.0组计划的剂量学优势。SaS IMRT和RA铅门固定，并不涉及铅门宽度的选择。本研究对下咽癌SaS IMRT与HT进行了剂量学研究[5]结果显示，相比SaS IMRT 计划的靶区覆盖度、均匀性及适形度均不如F1.0组与F2.5组计划；在OAR的比较中，SaS IMRT的腮腺Dmean低于F2.5组计划，但仍较F1.0组偏高。腮腺V20、V30及V40的差异无统计学意义，但从均值上分析，F1.0组计划仍显著降低了腮腺20～40 Gy间受照射的体积；口腔V20、Dmean的差异也均有统计学意义，F1.0组的剂量优势更加明显。后续本研究继续进行了HT的F2.5计划与RA的比较，HT计划的腮腺和口腔的V30、V40以及Dmean均略低于RA计划[6]。Broggi等[7]所做的剂量学研究结果显示，腮腺Dmean平均值HT为24.7 Gy，RA为34.8 Gy，显示HT较RA明显降低了腮腺Dmean，结果具有统计学意义。

在静态铅门基础上，HT发展了动态铅门技术，在靶区接近铅门边界时，铅门只开1.05 cm，随着靶区向前移动，铅门才慢慢全部打开；在靶区离开铅门时，铅门随靶区的移动而移动，直至缩窄至1.05 cm，这样在靶区纵轴方向上有效的改善了靶区边缘的剂量梯度。对于前列腺癌放射治疗中的膀胱、直肠以及肺癌放射治疗时累及的肺，其整个器官只受到部分的照射，与腮腺在咽喉部鳞癌放射治疗情况类似，动态铅门的应用可以避免较多的额外照射，减少容积-剂量指标。本研究前期对前列腺癌[8]和肺癌[9]的研究中的结果显示，动态铅门模式有效降低了各OAR的剂量学指标。

但是，动态铅门计划的机器MU及计划实施(出束)时间较静态铅门计划有增加的趋势。本研究在前列腺癌的研究中显示，5组计划中机器MU、时间随F5.0组、D5.0组、F2.5组、D2.5组以及F1.0组的顺序依次递增[8]。前期下咽癌的剂量学研究显示，F1.0组计划的平均机器MU、计划实施(出束)时间分别为F2.5组计划的2.46和2.42倍。因此，日常临床工作中2.512 cm的静态铅门模式较1.05 cm常用。本研究铅门进行了不同宽度铅门的剂量学比较，F1.0组计划在腮腺的各项指标以及口腔V40比较中都处于优势。在口腔其他指标中，F1.0组计划的口腔Dmean平均为18.89 Gy，相对其他计划具有明显的统计学优势，其次为D2.5组计划的20.13 Gy。本研究对咽喉部鳞癌前期的临床研究显示，在限制口腔V40的前提下，V30与口腔黏膜炎程度相关[10]。本研究也显示了在减少口腔V30剂量上，F1.0组和D2.5组计划分别是不同铅门模式下最佳的计划。此外，从本研究的结果来看，F5.0组计划并不适用咽喉部鳞癌的放射治疗，而D5.0组各项指标与F2.5组相近，D2.5组各项指标与F1.0组相近。相对于F1.0组计划的复杂，D2.5组可能效率更高。由于咽喉部鳞癌靶区范围相对较小，定位CT扫描层厚多为0.3 cm，提示实际临床治疗中，动态铅门模式下的计划可以与比其小一档铅门宽度的静态计划相比较。

本研究的结果显示，应用HT治疗咽喉部鳞癌，动态铅门模式下宽度为2.512 cm的D2.5组计划与静态铅门模式下的F1.0组计划相近，优于F2.5组计划，在得到近乎相当的剂量分布基础上，动态铅门可有效提高计划的实施效率。