大体积肺癌容积旋转调强放射治疗与静态调强放射治疗的剂量学特点

曾疆

福建医科大学附属第一医院放疗科 （福建福州 350005）

肺癌是我国常见的恶性肿瘤，发病率和病死率均呈逐渐递增趋势，现已成为癌症的主要死因之一[1]。根据生物学特性分类，肺癌可分为非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）和小细胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC）。其中，局部晚期NSCLC 约占全部肺癌的1/3，根据治疗方式的不同可将此类患者分为手术组和不可手术组，根据最新版美国国立综合癌症网络（National Comprehensive Cancer Network，NCCN）指南，只有部分ⅢA 期（因侵犯胸壁、邻近气道或纵隔的T3，N1；可切除T4，N0-1）患者在初始治疗时首选手术，而放射治疗是不可手术组主要的治疗手段。目前，治疗靶区剂量的提高和危及器官毒性反应的减小仍是NSCLC 放射治疗中的主要矛盾之一，而肿瘤体积的大小往往与正常组织器官照射体积大小相关。大多情况下，越大的放射治疗剂量达到的局部控制率越高，而局部控制与生存率具有最显著的相关性[2-3]。随着计算机技术及放射治疗技术的发展，同步放、化疗或以放射治疗为基础的综合治疗成了目前局部晚期肺癌的标准治疗方式。容积旋转调强放射治疗（volume modulated arc therapy，VMAT）是在调强放射治疗（intensity modulated radiation therapy，IMRT）基础上发展而来的新型旋转IMRT，已有研究表明，VMAT 与IMRT 相比有更好的剂量学分布[4]。对于肿瘤体积大的患者，如何使危及器官在得到更好保护的同时，使靶区得到更大的治疗剂量，是设计放射治疗计划的难点。基于此，本研究探讨大体积肺癌VMAT 与IMRT 的剂量学特点，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2014年4月至2015年7月于我院行胸部放射治疗的14例T4期NSCLC 患者作为研究对象，男13例，女1例；年龄43～81岁，中位年龄54岁；肿瘤体积123～392 cm3，中位肿瘤体积188 cm3；其中，N2期5例（35.7%），N3期9例（64.3%）； ⅢB 期5例（35.7%）， ⅢC 期9例（64.3%）。本研究已获得医院医学伦理委员会审核批准。

纳入标准：经病理确诊为NSCLC；肿瘤靶区（gross tumor volume，GTV）体积＞100 cm3；接受胸部调强放射治疗，靶区处方剂量60.2 Gy/2.15 Gy/28 f，亚临床病灶区剂量50.4 Gy/1.8 Gy/28 f；采用2015年美国癌症分期联合委员会（American Joint Commission Cancer，AJCC） 第8版TNM 分期进行分期；对本研究知情并自愿签署知情同意书。排除标准：既往有胸部放射治疗史；合并其他胸部肿瘤。

1.2 放射治疗计划实施

1.2.1 体位固定及CT 扫描

患者取仰卧位，平静呼吸，双手交叉抱肘关节并置于前额，将热塑形体膜覆于体表，固定体位，结合既往影像资料设定参考中心，利用激光灯分别于患者身体左侧、右侧、前胸贴直径约为1 mm 的铅点作标记，使用放射治疗专用的CT 模拟定位机行平扫及增强扫描，范围为环状软骨水平至膈底下2 cm 处，扫描层厚为5 mm。

1.2.2 图像传输与靶区勾画

CT 扫描图像通过医院网络传输至治疗计划系统（treatment planning system，TPS），参考ICRU 83号报告勾画靶区，且每例患者的勾画条件需保持一致；GTV 包括原发灶和淋巴结，肺内病变在肺窗（窗宽1 600 HU，窗位-600 HU）内勾画，纵隔病变或纵隔在纵隔窗（窗宽400 HU，窗位20 HU）内勾画，纵隔阳性淋巴结在GTV 内勾画；临床靶区（clinical target volume，CTV）通过GTV 外扩获得，病理提示腺癌外扩8 mm，鳞癌外扩6 mm；根据我院对胸部放射治疗摆位误差的研究结果，适当外扩形成计划靶区（planning target volume，PTV）。

1.2.3 危及器官勾画

勾画肺、食管、脊髓、心脏等器官。

1.2.4 计划制定与评估

在RAYSTATION 4.7.5.4工作站上对14例患者分别进行VMAT和IMRT 计划设计，VMAT 采用181°～30°或330°～180°往返弧布野，IMRT 采用避开正常肺5野非均匀布野，优化过程采用相同优化参数；剂量限制参考RTOG0225和RTOG0615的标准。靶区处方剂量及危及器官限量，见表1。

表1 靶区处方剂量及危及器官限量

1.3 评价指标

（1）比较两种治疗方式计划靶区的剂量分布及均匀性，包括D2、D98、D50、Dmean、适形指数（conformity index，CI）、均匀性指数（homogeneity index，HI）。其中，CI=（VTref×VTref）/（VT×Vref），式中，VT 为总计划靶区体积，VTref为95%处方剂量等剂量线面所包绕的靶区体积，Vref为95%处方剂量等剂量线所覆盖的所有区域的体积，CI 越接近于1表明靶区适形度越好；HI=（D2-D98）/D50，HI 越小表明靶区剂量的均匀性越好。（2）比较两种治疗方式正常器官受照剂量和体积，包括正常组织平均剂量（normal tissue Dmean，NT Dmean），除去危及器官之外的正常组织（remaining volume at risk，RVR）V50.4， 肺V5、V20、V30、Dmean， 脊 髓计划危及体积最大剂量（planning risk volume Dmax，PRV Dmax），脊髓Dmax，心脏V20、V30、V40等，其中，RVR=NTOAR（OAR 为危及器官）。

1.4 统计学处理

2 结果

2.1 两种治疗方式计划靶区剂量分布及均匀性比较

从等剂量曲线分布可知，两种治疗方式计划靶区的覆盖均满足处方要求，所有计划均达到处方剂量覆盖95%的靶体积；统计学分析可见，VMAT 计划肿瘤区（plan gross tumor volume，PGTV）最 大 剂 量 的D2（Gy）、D50（Gy）、Dmean（Gy）均略低于IMRT，且CI 优于IMRT，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表2 两种治疗方式计划靶区剂量分布及均匀性比较（±s）

表2 两种治疗方式计划靶区剂量分布及均匀性比较（±s）

注：VMAT 为容积旋转调强放射治疗，IMRT 为调强放射治疗，PGTV 为计划肿瘤区，PTV 为计划靶区，Dmean 为平均剂量，CI 为适形指数，HI 为均匀性指数

PGTV PTV D2（Gy） D98（Gy） D50（Gy） Dmean（Gy） CI HI CI VMAT 66.18±0.83 58.96±0.32 63.40±0.41 63.20±0.39 0.83±0.04 0.11±0.02 0.65±0.08 IMRT 66.94±0.97 58.82±0.37 63.70±0.68 63.50±0.60 0.74±0.09 0.13±0.02 0.60±0.07 t 5.65 -1.81 2.79 3.55 -4.47 5.27 -4.35 P 0.001 0.093 0.015 0.004 0.001 0.001 0.001治疗方式

2.2 两种治疗方式正常器官受照剂量和体积比较

VMAT 的NT Dmean，RVR V50.4，肺V10、V20、Dmean，脊髓PRV Dmax，脊髓Dmax，Global Dmax均低于IMRT，差异有统计学意义（P＜0.05）；两种治疗方式肺V5、V30，心脏V20、V30、V40，食管V50比较，差异均无统计学意义（P＞0.05），见表3。

表3 两种治疗方式正常器官受照剂量和体积比较（±s）

表3 两种治疗方式正常器官受照剂量和体积比较（±s）

注：VMAT 为容积旋转调强放射治疗，IMRT 为调强放射治疗，Dmean 为平均剂量，Dmax 为最大剂量，Vx（%）为x 等剂量线包绕的体积占总体积的百分比，NT 为正常组织，RVR 为除去危及器官之外的正常组织，PRV 为计划危及体积，Global Dmax 为全局最大剂量

治疗方式NT Dmean（Gy）RVR V50.4（%）肺V5（%） V10（%） V20（%） V30（%） Dmean（Gy）VMAT 7.80±2.70 1.46±0.91 39.20±9.50 28.40±7.50 19.30±5.00 15.40±4.20 11.90±2.90 IMRT 8.01±2.70 2.01±1.10 39.10±9.40 30.00±8.10 20.40±5.70 15.50±4.20 12.20±3.00 t 4.38 4.59 -0.44 4.91 4.01 1.77 4.38 P 0.001 0.000 0.666 0.001 0.001 0.100 0.001治疗方式脊髓PRV Dmax（Gy）脊髓Dmax（Gy）心脏 食管V50（%）Global Dmax（Gy）V20（%） V30（%） V40（%）VMAT 41.03±3.25 38.50±4.10 13.71±14.10 7.69±9.15 4.81±5.91 14.30±12.70 68.20±1.30 IMRT 42.79±3.60 40.00±3.90 15.07±17.12 8.56±9.86 5.42±6.13 15.30±12.80 71.00±2.40 t 2.73 2.45 1.36 1.96 1.69 1.05 5.41 P 0.017 0.029 0.197 0.071 0.115 0.311 0.001

3 讨论

对于局部晚期NSCLC 伴随着较大的肿瘤体积的放射治疗计划，危及器官限量是靶区的主要剂量限制因素。临床上常在放射治疗前行若干疗程的诱导化疗以减小肿瘤体积，而另一行之有效的方式为采用更先进的放射治疗技术。Diwanji 等[5]的研究表明，放射治疗技术的发展可改善晚期肺癌的局部控制率和生命质量。在胸部肿瘤放射治疗中，VMAT 可与IMRT 获得相似或更优的剂量分布[4，6]。本研究结果显示，VMAT 的适形度优于IMRT，靶区剂量均匀性亦更佳，如在靶区剂量热点方面，VMAT 的D2低于IMRT，这表明VMAT 可降低靶区（PGTV）的高剂量区。本研究结果还显示，VMAT 可更好地保护正常组织，表现为NT Dmean、RVR V50.4、Global Dmax等指标均低于IMRT。

放射性肺炎属肺癌放射治疗中的常见并发症，Heo 等[7]的研究表明，在多因素分析中，肺Dmean仍然是总生存的重要预后因素（HR=2.08，P=0.019）。本研究结果显示，两种治疗方式计划肺的低剂量水平相当，VMAT 并未因入射角度多而造成肺的低剂量区增加；相反VMAT 肺Dmean低于IMRT，由此可推测，VMAT 放射性肺炎的发生率可能低于IMRT，进而推断VMAT 可能因此在总生存中获益。而Borkenhagen 等[8]的研究表明，心室V45与放射治疗后的心脏毒性相关，V45越大，则心脏毒性事件的发生概率越大。Yegya-Raman 等[9]的研究结果与Borkenhagen 等的相似，在多因素分析中，较高的心脏Dmean和基线心脏状态可增加症状性心脏事件的发生风险。有研究结果显示，心脏Dmean≥20 Gy 与＜20 Gy 在放射治疗后出现有症状的心脏事件的4年累计发生率分别为48.6%、18.5%，差异有统计学意义（P=0.0002）[9-10]。本研究结果显示，两种治疗方式放射治疗计划心脏V20、V30、V40比较，差异均无统计学意义（P＞0.05），但VMAT 略低于IMRT，主要原因可能为，患者肿瘤体积大，且大多数为中央型肺癌，在满足处方剂量的同时，心脏Dmean不易降低。此外，本研究结果表明，VMAT 在脊髓保护方面也有一定优势，且VMAT 的Dmax低于IMRT。因此，在这类肺部肿瘤体积大的患者中，VMAT可能是临床可选的更优的治疗方式，但限于本研究病例数较少，进一步的研究中还需更大样本的随机对照试验进行验证。

综上所述，在肿瘤体积＞100 cm3NSCLC 的放射治疗中，与IMRT 比较，VMAT 在靶区覆盖方面的适形度更高，均匀性更好；在危及器官受量方面肺V10、V20、Dmean及脊髓Dmax均较低，肺小剂量区的控制相当，在肿瘤治疗中有一定的剂量学优势。