胸中段食管癌术后不同布野方案对调强放疗剂量分布的影响

西南医科大学附属医院 肿瘤科，四川 泸州 646000

引言

食管癌作为常见的消化道肿瘤，在我国具有较高的发病率和死亡率[1]。由于其特殊的解剖位置和结构，手术治疗具有明确的局限性。因此，放射治疗成为了治疗食管癌的主要手段之一。近年来，调强放射治疗（Intensity-Modulated Radiotherapy，IMRT）由于具有更好的靶区覆盖度、均匀性，同时能更好地保护周围危及器官（Organ at Risk，OAR）而被广泛应用于食管癌的放疗中[2-4]。众所周知，胸中段食管癌的靶区跨度长，靶区和周围正常组织关系临近且复杂，在设计调强放疗计划时，不同的射野入射方向会导致不同的靶区及OAR剂量分布[5-6]。基于此，本文研究了临床常见的三种胸中段食管癌不同的射野入射方向及对应的靶区和OAR受量[7]，并对比分析其靶区和危及器官的剂量学差异，以期为临床胸中段食管癌术后调强放疗提供参考和依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取10例胸中段食管癌术后调强放疗患者，其中男性9例，女性1例；年龄52～77岁，中位年龄64岁；病例类型均为鳞状细胞癌。

1.2 模拟定位

所有患者均采用仰卧位，双手上举置于头上，使用热塑体模固定，采用Philips公司Lightspeed模拟定位CT在平静呼吸状态下行增强扫描，扫描层厚5 mm，扫描范围上至全颈，下至肺下缘3 cm。将扫描的CT图像传输至Pinnacle V9.10三维治疗计划系统（Treatment Planning System，TPS）进行靶区和危及器官的勾画。

1.3 靶区及危及器官勾画

所有患者的靶区均由同一高年资医师勾画临床靶区（Clinical Target Volume，CTV），包括亚临床病灶上下3～4 cm、左右1 cm范围及其相应节段淋巴引流区。计划靶区（Planning Target Volume，PTV）是在CTV的基础上外扩0.5 cm形成。危及器官主要包括：双肺、心脏、脊髓、外轮廓除去PTV的区域定义为正常组织（Normal Tissue，NT），其上、下界为PTV的上、下界外三层。PTV的平均体积为（288.6±49.4）cm3。

1.4 计划设计

由同一高年资物理师制定IMRT放疗计划，选择Elekta公司Precise直线加速器进行照射，能量为6 MV的X射线。每例患者分别设计基于患者身体两侧的蝴蝶形5野（PA，射野方向为180°、140°、20°、340°、220°，图1）、7野（PB，射野方向为180°、150°、120°、20°、340°、240°、210°，图2）及7野均分（PC，射野方向为180°、128°、76°、24°、332°、280°、228°，图3）三种共面固定野调强放疗计划，靶区处方剂量为50.4 Gy/28 F，要求95%体积的PTV剂量不低于50.4 Gy。剂量计算网格采用3 mm，最小子野面积7 cm2，最小子野跳数设为7，最大子野个数不超过40个，采用直接机器参数优化方式（Direct Machine Parmeter Optimization，DMPO）进行优化，每种IMRT计划的调强参数保持一致。同时，为了尽量降低OAR的剂量，每种优化方法均采用了剂量体积联合等效均匀剂量（Equivalent Uniform Dose，EUD）的优化方法进行优化[8-9]。

1.5 计划验收与评估

PTV采用最大剂量Dmax、平均剂量Dmean、D95%（95%靶区体积受到的剂量）、V105%（高于105%处方剂量的相应靶体积百分数）、V110%（高于110%处方剂量的相应靶体积百分数）、剂量均匀指数（Homogeneity Index，HI）、适形指数（Conformal Index，CI）。根据ICRU 83号报告建议[10]，HI=(D2%-D98%)/D50%,其中，D2%为2%PTV体积受到的剂量，可近似认为是靶区的最大剂量，D98%为98%PTV体积受到的剂量，可近似认为是靶区最小剂量，D50%为50%PTV体积受到的剂量，近似认为靶区的中位剂量。HI反映了靶区内剂量的均匀性，其值越接近于0，表示靶区内剂量越均匀[11]。CI=(Vrptv/Vptv)×(Vrptv/Vref)，其中，Vrptv为参考等剂量线所包绕的PTV体积，Vptv为PTV的实际体积，Vref为参考等剂量线所覆盖的总体积，CI取值为0～1，其值越接近1，表示靶区适形度越好[12]。OAR评价指标：双肺：V5、V10、V20、V30、Dmean；心脏V20、V30、V40、Dmean；脊髓：D1cc；NT：V5、V10、V20、V30、V40、V50、Dmean。其中，V5、V10、V20、V30、V40、V50分别表示受到5、10、20、30、40和50 Gy以上剂量照射的体积，D1cc表示1 cm3体积受到的照射剂量。同时评估每种计划的总机器跳数（Monitor Unit，MU）。

图1 PA计划射野分布图

图2 PB计划射野分布图

图3 PC计划射野分布图

1.6 统计学分析

采用SPSS 19.0软件对所有数据进行分析，分析数据采用±s（均数±标准差）表示，所有统计数据行单因素方差分析，组间比较采用LSD法进行组内比较，以P＜0.05为有统计学意义。

2 结果

2.1 靶区剂量学比较

PTV剂量学比较，见表1。三种IMRT计划的靶区D95%、Dmean均能满足要求，差异无统计学意义（P＞0.05）。PA相较于PB、PC计划，靶区的Dmax略微增大；在HI比较上，三种计划无显著差异（P＞0.05）；在CI比较上，PC最高，PA最低，差异有统计学意义（P＜0.05）；三种计划的PTV V110%比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。

2.2 危及器官剂量学比较

2.2.1 双肺、心脏、脊髓剂量学比较

双肺、心脏及脊髓的剂量学参数比较，见表2。其中，PA双肺的V5最低，PB次之，PC最高，差异有统计学意义（P＜0.05），PB比PA高约8%，PC比PB高约15%；PA与PB的V10均显著低于PC，差异有统计学意义（P＜0.05）。但双肺的V20、V30比较，PC优于PB，PB优于PA，差异均具有统计学意义（P＜0.05）；双肺的Dmean，PA最低，PC最高，PC与PA及PB相比，差异均具有统计学意义（P＜0.05），但PA与PB相比，差异无统计学意义（P＞0.05）；心脏的 V20、V30、V40、Dmean，PC 优于 PB，PB优于PA，差异有统计学意义（P＜0.05）；脊髓的D1cc比较方面，PA、PB、PC三种计划有逐渐降低的趋势，但是差异不具有统计学意义（P＞0.05）。

2.2.2 NT的剂量学比较

体部轮廓除去PTV的区域定义为NT，其剂量学比较见表3。由表3数据可以看出，PA的V5最低，PC最高，差异有统计学意义（P＜0.05）；PA的V10最低，PC最高，但PA与PB相比，差异无统计学意义（P＞0.05），PA与PC、PB与PC相比，差异均具有统计学意义（P＜0.05）；但在V20、V30、V40、V50的比较上，PC均显著优于PB、PB优于PA，差异有统计学意义（P＜0.05）；在Dmean比较上，与双肺的Dmean类似。

2.2.3 机器跳数比较

三种IMRT计划的MU比 较，PA的MU最高（388.6±50.8），PC 最低（331.7±59.0），但 PA 与 PB（378.8±43.7） 相比（P=0.674>0.05）、PB与PC相比（P=0.051>0.05），差异无统计学意义，而PA与PC差异有统计学意义（P=0.020<0.05）。

2.3 三种计划横断面剂量分布

PA、PB、PC三种计划横段末剂量分布分别如图4～6所示。

3 讨论

食管癌是我国高发的恶性肿瘤，放射治疗是其主要的治疗方法之一。胸中段食管癌由于其靶区呈狭长分布，紧邻肺、脊髓和心脏等重要的危及器官，如何在保证靶区剂量的前提下，尽量降低危及器官的剂量一直是放射治疗的难点[13-15]。本文通过对临床常见的三种调强放射治疗不同射野入射方向进行对比研究，探索不同射野入射方向对靶区和危及器官的剂量学影响。

表1 三种计划的PTV剂量学比较（n=10，±s）

表1 三种计划的PTV剂量学比较（n=10，±s）

注：*表示该种参数没有单位。

参数 PA PB PC P值PA vs. PB PA vs. PC PB vs. PC D95%/ cGy 5071.8±22.8 5081.2±15.3 5105.1±66.6 0.617 0.084 0.210 Dmean/cGy 5253.9±20.7 5267.1±33.5 5318.4±97.2 0.630 0.025 0.069 Dmax/ cGy 5613.7±41.6 5567.6±38.3 5541.2±99.3 0.130 0.021 0.379 HI* 0.093±0.012 0.085±0.013 0.090±0.013 0.163 0.620 0.360 CI* 0.629±0.064 0.727±0.045 0.801±0.053 0.000 0.000 0.006 V105%/% 35.4±5.6 38.7±12.4 45.4±6.9 0.398 0.017 0.104 V110%/% 0.2±0.2 0.1±0.1 0.1±0.1 0.280 0.180 0.785

表2 双肺、心脏及脊髓的剂量学参数比较（n=10，±s）

表2 双肺、心脏及脊髓的剂量学参数比较（n=10，±s）

P值PA vs. PC项目 参数 PA PB PC PA vs. PB PB vs. PC双肺V5/% 52.7±4.1 60.3±4.4 85.2±5.1 0.001 <0.001 <0.001 V10/% 37.5±3.3 37.7±5.2 61.6±7.7 0.928 <0.001 <0.001 V20/% 22.6±3.2 19.9±3.3 16.9±3.5 0.096 0.001 0.045 V30/% 8.1±2.4 7.2±2.1 5.0±1.6 0.312 0.002 0.024 Dmean/cGy 1118.1±110.4 1144.5±106.7 1396.4±128.9 0.614 <0.001 <0.001心脏V20/% 63.4±7.3 53.9±8.9 43.7±10.6 0.026 <0.001 0.018 V30/% 27.7±4.0 22.8±3.5 18.3±3.9 0.008 <0.001 0.013 V40/% 13.6±3.4 11.5±2.2 8.5±1.9 0.076 <0.001 0.013 Dmean/cGy 2407.1±196.8 2257.8±236.8 2059.5±245.2 0.015 0.002 0.041脊髓 D1cc/cGy 3858.0±50.8 3748.8±126.3 3655.9±189.6 0.130 0.007 0.195

表3 NT剂量学比较（n=10，±s）

表3 NT剂量学比较（n=10，±s）

项目 参数 PA PB PC P值PA vs. PB PA vs. PC PB vs. PC NT V5/% 53.5±3.9 59.2±3.6 74.9±5.7 0.009 <0.001 <0.001 V10/% 41.5±3.5 43.4±3.3 53.1±4.7 0.294 <0.001 <0.001 V20/% 28.0±2.6 24.8±3.7 19.6±1.7 0.014 <0.001 <0.001 V30/% 12.6±1.8 10.8±2.2 7.6±1.0 0.034 <0.001 <0.001 V40/% 5.5±0.8 4.6±1.5 3.0±0.7 0.055 <0.001 0.002 V50/% 1.3±0.4 0.8±0.3 0.5±0.3 0.004 <0.001 0.002 Dmean /cGy 1237.9±88.1 1263.6±95.5 1342.8±101.9 0.552 0.021 0.074

图4 PA计划横断面剂量分布图

图5 PB计划横断面剂量分布图

图6 PC计划横断面剂量分布图

通过对10例胸中段食管癌术后调强放疗计划的剂量学比较，可见三种计划均靶区均能满足临床要求，7野均分计划的靶区D95%和CI均显著优于其余两种计划，这是因为7野均分角度的入射方法，充分发挥了每一个射野的剂量学补偿优势，能更好地满足PTV的剂量学要求，同时控制PTV内的最大剂量，有更强的剂量调制能力。5野计划由于射野角度的局限性，为了更好地减少对肺的照射，故靶区的CI和D95%均要低于7野均分计划。PB则居于两者之间。对比研究危及器官的剂量学，5野计划相较于另外两种计划，能显著降低双肺的V5、Dmean。这表明减少肺的直接入射角度，可以大大减少双肺的低剂量区域。据文献报道，双肺V5是影响治疗相关肺炎（Treatment-related Pneumonitis，TRP）发生的独立因素[16]，有学者认为全肺的平均剂量和V20与放射性肺炎呈显著相关[17]。王澜等[18]研究认为，当全肺V5>55%时，二级以上放射性肺炎的概率会明显增高，也有学者甚至建议设计IMRT计划时将双肺V5的体积限制在65%以内[19]。本研究中，7野均分计划（PC）肺V5已经达到了85%，远超过建议值，但双肺的V20、V30指标，7野均分计划最低，5野计划最高，说明较多的射野个数可能会更好地降低肺的高剂量体积。同时，通过对比研究心脏和脊髓的剂量学差异，可以发现，7野均分计划均能更好地降低心脏的V20、V30、V40、Dmean和脊髓的D1cc，对心脏和脊髓的保护作用优于其他两种计划，但PA和PB的心脏和脊髓受量，也能满足临床要求。在NT的剂量学对比上可以发现，其剂量学差异与双肺的剂量学差异类似，低剂量区域，5野有显著保护优势，7野均分计划的高剂量体积最低，同样再次说明射野入射角度的差异对双肺和NT低剂量区域的保护差异。此外，5野计划的MU最高，7野均分计划的MU最低，但PA略高于PB，差异无统计学意义。有研究表明，MU与患者全身吸收剂量相关，减少MU可减少全身散射剂量，降低患者因放疗引起的远期并发症和诱发第二癌症的风险[20]。同时，MU的减少也意味着更少的出束时间和治疗时间，对于运动幅度较大的胸部肿瘤，能减少因呼吸运动导致剂量误差增大的风险，提高放疗精度。

通过对比可以看出，PB兼顾了对肺和心脏、脊髓的保护作用，同时，MU适中，是绝大多数胸中段食管癌术后调强放疗患者的首选方案，其余患者，可根据具体情况，考虑个体差异，酌情选用PA或PC方案。

4 结论

综上分析，对于大多数胸中段食管癌术后放疗患者，可优先选用PB；对肺功能不好或对肺保护要求比较高的患者，可优先选用PA；对心脏功能不佳，要求严格保护心脏的患者，可考虑采用PC。