不同子野数对胸段食管癌静态调强放疗的剂量学影响

张瑞英，侯 鹏，徐晓捷，雷亚楠，韩振坤

食管癌是我国常见的消化道恶性肿瘤，放射治疗作为重要的治疗手段，在食管癌综合治疗中被广泛应用[1]。调强放射治疗(intensity modulated radiotherapy,IMRT)是一种高精度放射治疗技术，在保证高剂量区域与靶区形状一致的同时，能有效减少周围正常组织和器官的受照射剂量和体积，显著提高肿瘤的局部控制率和降低正常组织损伤的概率[2-6]。静态调强放射治疗，通过逆向调强计划系统，利用多叶光栅(Multi-leave Collimators,MLC)形成若干个子野，通过子野权重的优化以达到预期的治疗计划。在静态调强放疗计划设计中，参与优化的参数很多，比如子野数、子野面积、子野跳数等，需要知道这些优化参数对放疗计划运算结果的影响，以选择合适的优化参数[7-11]。本研究通过比较不同子野数对胸段食管癌静态调强放射治疗计划的影响，为临床应用提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料随机选择2018年1月至2019年12月在河南科技大学第一附属医院放疗科进行静态调强放疗的20例胸段食管癌病例进入本研究，患者年龄63～79岁，中位年龄68岁，靶区PTV(planning target volume,ptv)长度范围为9.5～23 cm，平均长度为14.2 cm。患者仰卧于碳纤维板上，双手抱头，在CT上行5 mm层厚扫描，所得CT图像传输至计划设计系统。由同一医生勾画靶区和正常器官，危及器官包括双肺、脊髓和心脏。

1.2 计划设计计划系统为Pinnacle39.10，治疗加速器为synergy，多叶准直器为40对，最大射野面积为40 cm ×40 cm。使用5野共面照射，6 mV X射线，射野方向分别为(200、220、0、140、 160)。优化参数包括：最大子野数预设为30个，最小子野面积为6 cm2，最小机器跳数为6 MU，直接机器参数优化(DMPO)，优化最大迭代为120次。靶区剂量：95%PTV的体积达到处方剂量60 Gy，单次2 Gy,共30次。危及器官(organ at risk，OAR)剂量限制：脊髓最大剂量Dmax<45 Gy，肺V5≤60%， V20≤30%，心脏V30<40%，V40<30%。通过运算得到满足临床要求的计划，然后复制该计划，将子野数改成10、20、40、50子野，其他优化参数和目标函数保持不变，使得每例患者拥有5个计划。

1.3 计划评估评估靶区和危及器官是否满足要求：评估靶区的参数包括最大剂量、最小剂量、平均剂量、适形指数(confomal index,CI)：CI=Vtref/VT×Vtref/Vref，其中Vtref表示参考等剂量线包含的靶区体积，VT表示靶区体积，Vref表示参考等剂量线所包含的体积，CI值越接近1，表示适形度越好。均匀指数HI(homogeneity index,HI)：HI=D5/D95，其中D5和D95分别表示5%和95%的PTV接受的最低剂量，HI值越接近1，表示靶区剂量越均匀。危及器官评估包括脊髓所受最大剂量Dmax，左右肺的V5和V20，心脏的V30和V40。

2 结果

2.1 靶区剂量评估5组不同子野数静态调强计划中PTV 的剂量分布、CI值及HI值见表1。PTV的最大剂量随着子野数目的增多而减少，PTV的最小剂量在10、20、30子野数相比较时，随着子野数目的增加而增加，差异有显著统计学意义(P<0.05)。PTV 的平均剂量5组间基本接近，无显著统计学差异(P>0.05)。PTV 的CI平均值分别为0.65、0.68、0.69、0.68、0.65。组间分析，30子野数的计划比20子野数和10子野数计划的HI值高，差异有统计学意义(均P<0.05)，30子野计划与40、50子野计划相比较差异无统计学意义(均P>0.05)。PTV的HI平均值分别为1.13、1.11、1.10、1.09、1.09，通过组间分析发现30子野数计划的HI值与20、10子野数计划相比较，差异有统计学意义(均P<0.05)，30子野计划与40、50子野计划相比较差异无统计学意义(均P>0.05)。

表1 不同子野数计划的靶区剂量及适形指数、均匀指数

2.2 危及器官受照剂量和体积在危及器官受量方面，从表2可以看出，5组不同子野数计划均能满足临床要求，其中左肺的V5随着子野数的增加而增大，50子野与30子野相比较有显著性差异(P<0.05)。从心脏的受量看，5种计划在V30和V40上没有明显差异(均P>0.05)。脊髓的受量最大值随着子野数的增加而减小，并且10、20、40和50子野数4组计划的脊髓受量与30子野计划相比较有显著性差异(均P<0.05)。

表2 不同子野数计划的危及器官受照体积及剂量

2.3 机器跳数MU在5组不同子野数静态调强放疗计划中，随着子野数的增加，机器跳数MU的平均值增加，分别为365、443、509、538、559，差异有统计学意义(P均<0.05)，见表3。

表3 不同子野数计划机器跳数MU的比较

3 讨论

胸段食管癌静态调强放疗，与三维适形放疗相比更具有优势，在保证靶区剂量均匀度和适形度的同时，可以减小左右肺、心脏和脊髓的照射体积和剂量，从而减少放疗并发症[12]。在静态调强放疗中，子野数的选择会直接影响计划靶区的剂量分布以及危及器官的受照射体积和剂量，治疗增益也会随之发生变化[13-15]。 因此，如何选择子野数使治疗计划更适合患者，具有重要意义。

本研究对20 例胸段食管癌患者设计了5野静态调强计划，比较10、20、30、40和50子野数的调强计划的剂量学差异。结果显示5组计划均能满足剂量要求，其中10子野计划与30子野计划相比靶区剂量分布较差，靶区内外出现较多的剂量冷点和热点，靶区剂量不均匀，高剂量区域较多；20子野计划靶区剂量分布与30子野计划相比较差，但优于10子野计划，这说明子野数较多靶区剂量分布较好；然而40子野、50子野计划靶区剂量与30子野计划相比并没有显著性差异，这说明30子野数已经能够满足靶区的剂量要求。

在危及器官方面，肺的V5和V20随着子野数的增加都有减小的趋势，其中30子野和40子野计划对肺的保护较好；心脏的V30和V40在5种不同子野数计划中差异不大；脊髓随着子野数的增加逐渐减小；子野跳数随着子野数的增加而增加，子野跳数的增加，使得治疗时间变长，从而增加了漏射和散射的概率，并对肿瘤治疗生物学效应及放射治疗中正常组织器官的运动产生一定的影响。

综上所述，在胸段食管癌静态调强放疗计划中，5野共面照射的情况下，30子野数放疗计划在保持较好靶区剂量分布的同时，能很好地保护危及器官，同时能降低子野MU、缩短治疗时间，这对于减少器官的运动和提高治疗效率有积极意义。因此30子野数可以作为胸段食管癌静态调强放疗计划中设计参数的参考值。在具体应用时还应综合考虑靶区的长度和分布情况，当靶区较短时，应该适当减少子野数；当靶区过长或者靶区不连续时，适当增加子野数。