胸中段食管癌VMAT与IMRT的放疗计划分析

甘广辉，吴 琼

（1.苏州大学放射医学与公共卫生学院，江苏 苏州 215123；2.苏州大学附属第一医院放疗科，江苏 苏州 215006）

食管癌是临床上常见的消化道肿瘤，根据世界卫生组织2014年发布的《世界癌症报告》，食管癌发病率居世界第六位。目前，食管癌的治疗手段主要包括手术、化疗、放疗。放射治疗作为食管癌重要治疗手段之一，食管癌的放化疗5 年生存率可以达到34%[1-2]。随着放射技术的提升发展，目前食管癌放疗技术主要有三维适形放疗（3DCRT）、固定野调强放疗（IMRT）、旋转容积调强放疗（VMAT）等。相对于3DCRT，IMRT技术使用多角度布野，逆向优化的方式，能够提供更好的靶区适形性（conformity index, CI）、均匀性（homogeneity index, HI）[3]。VMAT采用机架多角度旋转，动态多页光栅，可变的剂量率技术。相对于IMRT，VMAT具有更高的剂量调制能力，计划的执行效率更快，跳数（MU）更少，适用于复杂的靶区[4-5]。本文分析了IMRT和VMAT技术在食管癌放疗中计划的复杂度和计划质量，并对靶区和危及器官进行剂量学分析，为临床上食管癌患者放疗选择最好的放疗计划方案。

1 资料和方法

1.1 资料 选取2017年—2018年在我院放疗的胸中上段食管癌患者20 例，男性16 例，女性4 例，中位年龄58 岁。病理诊断均为鳞状细胞癌，完善相关检查，无放疗禁忌证。

1.2 模拟定位CT扫描 所有患者采用仰卧位，采用热塑模进行体位固定。行大孔径CT进行增强定位扫描，扫描层厚为0.3 cm。CT图像重建后，上传至放疗计划系统中进行靶区勾画和计划设计。

1.3 靶区和危及器官勾画 食管癌靶区的勾画没有统一的标准，美国癌症联合会（AJCC）将食管癌分为四段。放疗医生参考第四版《肿瘤放射治疗学》，并结合患者的食管镜、食管钡剂、胸部CT等检查资料对靶区GTV进行确定，GTV主要包括映像上可见的原发灶和淋巴结。在GTV的基础上头脚外放3 cm作为CTV的边界[6]。基于IGRT技术，参考本科室Axesse加速器治疗胸部患者的摆位误差，在GTV、CTV的基础上外放5 mm作为PGTV和PTV。参照RTOG（Radiation Therapy Oncology Group）、ICRU 62号和83号报告对患者的左右肺、脊髓等危及器官进行勾画。如图1所示。

1.4 放疗计划设计 采用放疗同步推量方案进行计划设计，靶区处方采用根治剂量PGTV：60 Gy/30 F；PTV：54 Gy/30 F。使用医科达Axesse加速器实施治疗。该加速器配备Agility多页准直器，最大射野可达到40 cm×40 cm，60对多页光栅（MLC）。分别设计VMAT计划和IMRT计划。采用医科达Monaco 5.1版的计划系统（TPS）进行计划设计，VMAT计划采用6M-X线双弧技术，最大控制点（CP）限制为每个弧为100，最小子野宽度设定为1 cm，弧的步进角度20；IMRT计划采用6M-X线定角dMLC技术，分别布置5个射野，最大CP限制为每个野30，最小子野宽度为1 cm。使用蒙卡算法进行剂量优化计算。计划完成后，分别将60 Gy剂量覆盖PGTV 95%的靶区体积进行剂量归一。如图2所示是IMRT和VMAT计划的剂量直方图（DVH）比较。

图2 IMRT和VMAT的DVH图

1.5 计划剂量学评估参数 参考ICRU 83号报告进行靶区和危及器官的剂量评估。基于DVH和等剂量曲线，使用D2、D98来评估靶区的吸收剂量。HI和CI分别评估靶区的均匀性和适形度。HI定义为D1与D99的差值与处方剂量（Dp）的比值，CI定义为处方剂量覆盖的体积（VT,Pi）靶区的体积（VPi）的比值。左、右肺和双肺采用V5、V20和Dmean参数进行评估和比较，脊髓则采用D2最大剂量来评估。

1.6 计划复杂度评估参数 VMAT和IMRT计划的复杂度主要与CP、MU和子野面积（SA）有关。在两个连续的CP之间，MU/CP的比值越低，对MLC的运动速度和到位精度要求越高，因此该计划的复杂度越高。每个CP间，SA的大小影响计划剂量的不确定性，SA越小，剂量的不确定性越大，准确性越低。统计CP间MU低于3所占的百分比，即%（MU/CP＜3）。统计每个CP的SA＜5 cm×5 cm所占比，即%（SA/CP＜5 cm×5 cm）。使用这两个参数分别来评估VMAT和IMRT计划的复杂性。

1.7 剂量验证评估参数 参照AAPM TG142报告对加速器进行质量控制（QC）。使用德国PTW公司的OCTAVIUS Detector 729计划验证设备对每个计划进行剂量上的验证（QA），如图3所示。该验证设备具有729 个半导体探测器，分辨率0.1 mGy，每个探头的中心间距是1 cm，最大测量野27 cm×27 cm。使用MEPHYSTO Navigator软件处理729接收的计划剂量信息，对计划进行3D的γ分析。使用绝对剂量2%/2 mm、3%/3 mm、4%/4 mm和10%的最低阈值的验证标准作为计划的通过率评估标准。

图3 PTW 729验证设备

2 结果

分别对IMRT和VMAT两种技术的计划剂量学、计划质量、计划通过率参数进行统计分析。如表1所示，VMAT计划的靶区HI和CI相对于IMRT更加好，左、右肺的V20和脊髓的D2剂量更低，但是肺V5的剂量IMRT更低。放疗至肺损伤主要用V20和Dmean来评估，因此在剂量学上，VMAT计划优于IMRT计划[7-8]。

表1 IMRT和VMAT靶区和危及器官的剂量学统计（±s）

表1 IMRT和VMAT靶区和危及器官的剂量学统计（±s）

结构 I M R T V M A T P G T V H I（%） 0.0 7 7±0.0 1 2 0.0 6 4±0.0 1 5 C I（%） 0.7 1±0.1 5 0.8 2±0.1 2 P T V C I（%） 0.8 3±0.1 1 0.9 2±0.1 3右肺V 5（%） 4 2.5 0±8.4 2 5 2.3 0±1 0.4 3 V 20（%） 2 6.4 0±3.7 5 2 2.2 0±8.7 6 D mean（c G y） 1 1 5 1.6 0±1 2 0.4 5 1 2 0 5.7 0±1 1 5.4 7左肺V 5（%） 3 0.5 0±8.5 3 3 8.4 0±1 0.3 7 V 20（%） 1 8.5 0±3.2 8 1 6.5 3±5.2 8 D mean（c G y） 9 1 2.3 2±1 1 0.3 4 9 7 8.5 6±1 2 0.5 6总肺V 5（%） 3 6.4 3±5.4 3 4 2.6 5±7.4 5 V 20（%） 2 1.5 3±7.3 5 1 9.8 3±5.8 3 D mean（c G y） 1 0 1 1.4 3±9 8.7 6 1 0 8 9.5 6±1 0 1.3 2脊髓D 2（c G y） 4 0 4 4.0 0±1 6 7.5 2 3 7 5 3.5 7±1 9 9.7 6

表2分别对IMRT和VMAT计划的复杂度参数进行统计。结果表明，IMRT计划的CP和MU都高于VMAT，MU/CP和SA/CP的所占百分比都高于VMAT，IMRT的计划复杂度更高。

表2 IMRT和VMAT计划复杂度参数统计（±s）

表2 IMRT和VMAT计划复杂度参数统计（±s）

复杂度参数 I M R T V M A T C P 1 4 5±0 1 1 0±5.3 M U（m u） 8 0 3.3 3±1 1 5.0 3 6 7 3.0 8±1 0 1.0 5 M U/C P＜5（%） 6 8.4 5±1 5.7 2 4 8.7 6±8.6 1 S A/C P＜5 c m×5 c m（%） 3 9.6 7±1 5.8 2 1 5.2 3±9.8 1

表3是两组计划剂量验证的结果，IMRT和VMAT计划在三维γ通过率分析中差异无统计学意义（P＞0.05）。

表3 IMRT和VMAT计划的通过率分析（±s）

表3 IMRT和VMAT计划的通过率分析（±s）

伽马分析标准 I M R T V M A T 2%/2 m m（%） 9 0.8 0±0.9 8 9 4.5 0±0.5 0 3%/3 m m（%） 9 7.0 0±1.3 0 9 7.5 0±0.6 7 4%/4 m m（%） 9 8.3 0±1.7 0 9 9.8 0±0.8 0

3 讨论

胸中上段食管癌是临床上常见的恶性肿瘤。从常规的3DCRT发展到IMRT、VMAT技术，技术的提升不仅提高了靶区的HI和CI，而且能更好地保护危及器官，降低危及器官的受量。技术的提升虽然带来了高度的适形和危及器官的受益，但是加速器需要更强的调制能力来实现，形成更多的子野和CP，计划的复杂度大大提高。计划的复杂度越高，计划的剂量学准确度和稳定性越差。因此，在临床上将计划的复杂度作为衡量和评估计划的标准，尽量减少计划中SA和MU小的CP的数量，提高计划的质量。

VMAT是Yu于1995年首先提出的一种基于调强放疗技术发展而来的弧形照射技术。通过多野光栅运动速度、机器剂量率、机架旋转速度与弧度的精确计算与配合而实现靶区的精准照射，不仅在靶区的HI与CI方面得到了提升，同时在治疗速度与效率上明显优于其他技术。

综上所述，整体来讲在靶区覆盖方面VMAT计划要优于IMRT计划，能够为靶区提供更好的CI与HI，对肿瘤实施精准照射奠定剂量学基础，可以明显降低包括肺、脊髓等危及器官剂量，减少放疗并发症的发生。计划的复杂性IMRT高于VMAT，VMAT的剂量准确性更高[9]。