胸中段食管癌容积调强放疗计划的验证方法

李亮，解昕，范雪梅，徐钰梅，章龙珍，辛勇

徐州医科大学附属医院肿瘤放疗科，江苏徐州221002

前言

食管癌在我国发病率最高，其中胸中段是食管癌发病率最高的区域。有相当多的患者因伴有严重的基础疾病、病灶过长、纵膈淋巴结转移等原因只能选择放射治疗。随着放疗技术的发展，调强放射治疗（Intensity-Modulated Radiation Therapy,IMRT）已广泛应用于胸中段食管癌。尽管能有效提高靶区剂量，降低周围正常组织受量，但由于治疗时间长，同时靶区运动的不确定因素较多，影响了治疗的疗效［1-2］。容积调强放疗（Volumetric Modulated Arc Therapy,VMAT）相比较IMRT，具有时间短、靶区适形度好、正常组织受量少的优点［3-5］，但执行过程复杂，需要加速器多方参数彼此协调，这就要求医生们需要通过验证手段，保证VMAT在胸中段食管癌放疗中的安全与可靠性。

1 材料与方法

1.1 临床资料

随机选取2017年2月～2017年8月徐州医科大学附属医院放疗科胸中段食管鳞状细胞癌患者10例，其中男性7例，女性3例，年龄56～87岁，平均年龄67岁。

1.2 摆位固定与CT定位

10例患者均采用胸部热塑膜固定，双臂交叉抱于额头行仰卧位。在飞利浦大孔径CT定位机下进行平扫，扫描层厚5 mm，扫描范围为环甲膜至膈肌下10 cm。

1.3 靶区勾画与计划设计

CT定位图像传输至Varian Eclipse10.0治疗计划系统（TPS），由放疗医生勾画靶区，包括大体肿瘤靶区（Gross Tumor Volume,GTV）、临床靶区（Clinical Target Volume,CTV）和计划靶区（Planning Target Volume,PTV）。再勾画危及器官（脊髓、肺和心脏）。CTV由GTV左右前后方向外放0.8 cm，上下方向外放0.5cm。PTV由CTV外放0.5 cm形成。

处方剂量GTV为2.14 Gy/次，CTV为2 Gy/次，PTV为1.8 Gy/次，共28次。满足PTV 95%体积包括95%的处方剂量，最大剂量≤107%的处方剂量。脊髓Dmax＜42 Gy，双肺接受20 Gy 的体积百分比（V20）≤28%，心脏V30＜45%。

VMAT计划实施由Varian Eclipse10.0 TPS与Varian Unique医用直线加速器完成。采用6 MVX线，共面双弧布野（顺时针181°～179°，逆时针179°～181°）。顺时旋转机头角330°，逆时旋转机头角30°。床角为初始值0°，最大剂量率为600 MU/min，算法采用Varian异性分析算法（Anisotropic Analytical Algorithm, AAA）

1.4 计划验证

剂量验证：首先将10例食管癌患者的治疗计划导入IBA OmniPro-I'mRT软件，得到TPS计算数据，其次将Compass3.0剂量验证系统中Matrixx置于加速器机头，进行数据测量，并将其传输至OmniPro-I'mRT，得到测量数据。得出靶区与危及器官的γ分析结果（3 mm/3%标准），同时分析测量数据与TPS计算数据之间的差异。二者差异的计算公式［6］为：PD=100%×(Dcal-Dn)/Dn，其中，PD为差异百分比，单位%，Dcal为TPS计算数据，Dn为测量数据。

位置验证：采用Varian的OBI系统，每周第1次治疗前锥形束CT（ConeBeam Computed Tomography,CBCT）扫描，共6周。将获得的CBCT重建图像与定位图像进行骨性与手动配准，得到患者左右（X轴）、头脚（Y轴）、前后（Z轴）方向的摆位误差。如发现患者任一方向的摆位误差超过3 mm，必须调整治疗床位置。

1.5 统计学分析

应用SPSS 18.0分析实验数据。计量资料用均数±标准差表示，采用均数对数据进行分析。

2 结果

2.1 剂量验证结果

如表1所示，GTV、CTV、PTV、脊髓、双肺和心脏γ通过率在95%以上，达到临床治疗标准。靶区GTV、CTV、PTV的D95%、Dmean的差异均处于2%以内，相比测量数据，TPS计算数据偏低，即相对低估。脊髓Dmax差异为2.23%，被高估。左肺和右肺的V20与V30低估，处于1.65%以内。心脏V30、V40也呈低估量逐渐增大趋势，平均值被低估2%以内。此外，双肺Dmean差异小于2%，即低估2%以内。

2.2 位置验证结果

如表2所示，10位患者共60次位置验证，其摆位误差均值小于2 mm，最大偏差发生在左右方向。前后和左右方向摆位误差大于3 mm例数明显多于头脚方向。

3 讨论

关于食管癌放疗，刘丽虹等［7］报道VMAT可减小部分危及器官受照剂量，改善靶区适形度，减少机器MU数和缩短治疗时间。周兴芹等［8］报道食管癌VMAT计划相比IMRT计划，可明显降低肺的平均剂量和脊髓剂量。尽管VMAT技术具有多种优点，但VMAT计划在执行过程中更加复杂，需要依靠多种参数协同合作，如治疗弧角度与旋转方向、控制点间隔、剂量率、多叶准直器形状等。所以VMAT计划剂量验证相当重要。本研究选用IBA公司Compass3.0剂量验证系统，相比第一代Compass系统，不仅计算速度提高了3～5倍，又能对CT电子密度表格进行编辑，提高剂量计算精度，已被广泛应用［9］。林海磊等［10］报道Compass剂量验证系统不仅满足临床验证需求，也能给出患者解剖结构的剂量误差。本研究表明靶区与危及器官的γ通过率在95%～98%，大多数解剖结构剂量差异均为2%以内，符合放疗临床标准。

表1 靶区和危及器官测量与TPS计算数据差异及γ通过率的结果（%，± s）Tab.1 Percentage differences and gamma passing rates of target areas and organs-at-risk(%,Mean±SD)

表1 靶区和危及器官测量与TPS计算数据差异及γ通过率的结果（%，± s）Tab.1 Percentage differences and gamma passing rates of target areas and organs-at-risk(%,Mean±SD)

GTV:Gross target volume;CTV:Clinical target volume;PTV:Planning target volume

Item Middle thoracic esophageal cancer Percentage difference GTV Gamma passing rate 95.82±0.98-1.57±0.66-1.77±0.74 97.08±0.86-1.97±1.02-1.85±0.46 96.18±0.75-0.71±0.76-1.43±0.29 95.22±0.37 2.23±0.67 96.23±0.29 1.41±0.76 0.14±0.44-1.22±0.42-1.65±0.53-1.11±0.51 95.77±0.51 1.05±0.82 0.29±0.46-0.78±0.62-0.81±0.55-1.64±1.53 97.08±0.42-1.28±0.29 D95%Dmean CTV D95%Dmean PTV D95%Dmean Spinal cord Dmax Left lung V5 V10 V20 V30 Dmean Right lung V5 V10 V20 V30 Dmean Heart V30 V40 Dmean-1.42±0.57-2.00±1.40

谭丽娜等［11］比较Varian Eclipse TPS中，相比笔形束卷积（Pencil Beam Convolution,PBC）算法，AAA算法对肺组织修正更加准确。张玉海等［12］认为在肺癌调强计划中，PBC算法高估了靶区剂量，低估了肺的剂量，同样AAA算法对肺部计算更加可靠。但本研究中发现，使用AAA算法，两侧肺的V20、V30与Dmean的TPS计算数据依然低于实际测量数据，樊林等［13］通过蒙特卡洛算法与AAA算法比较得出，AAA算法仍会存在低估肺的受量，差异在1%左右，与本研究在1.65%以内相似。也有研究［14-15］报道多目标优化算法可以减少优化时间并降低正常组织的受照剂量，但本实验采用Varian Eclipse10.0系统中仅有步进式优化算法，所以笔者建议如果条件允许，应当选用精度更高的蒙特卡洛计算算法与多目标优化算法。

表2 胸中段食管癌CBCT摆位误差分析Tab.2 CBCT setup error analysis of middle thoracic esophageal carcinoma

尚凯等［16］认为胸段食管癌患者治疗后期摆位误差越来越大。Lei等［17］认为通过CBCT位置验证，可有效减少摆位误差对患者剂量分布影响。吴爱东等［18］研究表明摆位误差的修正提高了靶区的适形度和剂量均匀性，在利用CBCT测量胸段食管癌IMRT摆位对剂量分布影响时发现摆位误差增加脊髓最大受量，使部分患者脊髓最大受量超过45 Gy。所以CBCT的应用可有效减小患者治疗前的摆位误差，提高治疗精准度。本研究发现胸中段食管癌患者摆位中，前后、左右方向误差大于3 mm例数要多于头脚方向。笔者认为，首先胸中段食管癌病灶容易受呼吸和心脏大血管运动影响［19］，其次食管癌患者老年人居多，胸椎随年龄增长自然弯曲，每次摆位时间较长，重复性差，最后在治疗期间，患者体质量变化也较为明显。通过CBCT扫描，不仅可减小摆位误差，也可在治疗期间观察患者身体变化，可以更好地安排其二次定位。

本研究也有不足之处，如因设备系统条件限制，算法单一；CBCT中的旋转误差未有考虑；选取病例年龄偏大等，这都会对实验数据产生影响。另外本研究并没有分析摆位误差对患者剂量分布的影响，仅通过文献报道进行讨论，这也是接下来需要继续进行的工作。

综上，通过Compass3.0剂量验证系统与CBCT扫描，是保证胸中段食管癌VMAT安全和可靠的必要手段。