胸中段食管癌调强放疗计划设计剂量对比研究

谢自宏，王鹏

作者单位：1皖南医学院第二附属医院放疗科，安徽 芜湖 241000；

2中国科学技术大学附属第一医院西区放射治疗科，安徽 合肥 230031

放射物理技术和理论的发展促进了调强放疗（IMRT）在临床上的应用，在食管癌放疗中的应用愈加成熟，并成为临床治疗中由于医学原因或者拒绝手术食管癌病人的常规局部治疗手段［1-4］。食管癌是我国常见病，胸中段多见，邻近双肺，心脏，脊髓，是制定调强放疗计划需要进行剂量约束的考虑因素，尤其是限制放射性肺炎的发生是计划制定的重要考虑因素。关于照射野设计和入射角度，虽然VMAT 已经在很多单位得到应用，实际上临床上仍然多采用5 野［1］或者7 野照射。本研究选择30 例恶性胸中段食管鳞状细胞癌病人分别设计了等分5野、优化5 野与等分7 野3 种调强放疗计划，希望在于优化计划靶体积剂量分布和改善临近危及器官（双肺，心脏，脊髓）的剂量约束进行比较分析，在确保计划靶体积剂量的同时，确保危及器官的剂量约束，尤其是减少放射性肺炎的发生，旨在为今后胸中段食管鳞状细胞癌的设计放疗计划提供经验模板。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2017 年5 月至2020 年6 月皖南医学院第二附属医院由于医学原因不能手术或者拒绝手术治疗，并接受IMRT 治疗的胸中段食管鳞状细胞癌病人30例，其中男性22例，女性8例，年龄范围为51～90岁，年龄74.7岁。胸中段定义按中国食管癌放射治疗指南（2020 版）［2］：自奇静脉弓下缘至下肺静脉水平，内镜检查自门齿20～＜25 cm，肿瘤的部位按原发灶的中点界定。所有病人接受照射前均通过电子纤维胃镜活检获得病理学证据，并完善相关影像学检查（包括食道造影、增强胸部CT、腹部超声等），排除放射治疗禁忌证ECOG 0～1分。病人病变长径均不超过7 cm，长径（4.93±1.66）cm。上述病人均设计了IMRT 放疗计划，照射剂量为6 000 cGy。 所有病人均在食管癌IMRT 放疗（或同步化疗）知情同意书上签字。本研究符合《世界医学协会赫尔辛基宣言》相关要求。

1.2 方法

1.2.1 体位固定和CT扫描 病人仰卧于真空垫中，真空垫放置于定位平板上，调整好病人的体位使病人身体充分与真空垫接触，真空泵抽气形成负压使真空垫半包裹病人身体，病人双臂放置于额头之上，扫描设备为螺旋CT 增强无间距扫描，扫描层厚为2.5 mm，扫描范围上界为颅底，下界为第2腰椎下缘以dicom 格式将图像传输至Electa xio TPS 放射治疗计划系统，放疗设备为Electa 公司Electa Precise直线加速器。

1.2.2 靶区和临近危及器官的勾画 靶区勾画具体方案如下：靶区包括肿瘤靶体积（GTV）、临床靶体积（CTV）、计划靶体积（PTV），危及器官包括：左右肺（全肺）、脊髓、心脏。GTV 勾画方法：GTV 包括增厚的食管、纵隔内短径≥10 mm 的淋巴结，气管食管沟内直径超过5 mm的淋巴结，并参考病人食道吞钡造影、胃镜、MRI、PET/CT 等其他相关已完成检查结果进行勾画；GTV 在四周外放8 mm 形成CTV，沿病灶及正常食管的长径上下各延长3 cm 形成CTV，并根据解剖屏障（动脉，椎体等）进行适当的修正，包绕同时水平的淋巴结区进行预防性放疗。PTV来自日常摆位误差数据测量，外放7～10 mm。双肺（左右肺）在肺窗位上自动勾画，双肺的体积定义即为双肺总体积（包括GTV 以外所包括的正常组织）。心脏的勾画：从左心房到心尖的所有层面，脊髓的勾画：CT 图像上逐层勾画，要求包绕整个骨性椎管。副主任医师以上资质的医师审核靶区和正常组织的勾画。

1.2.3 IMRT 设计 放射治疗计划系统为Electa xio TPS 放射治疗计划系统工作站，放疗计划限制条件为最小子野面积为4.0 cm2，连续子野最小变化面积3.0 cm2，最小宽度为0.60 cm，子野最小跳数5 MU。所有的30 例病人均设计3 套放疗计划，包括：均分5野，优化5野和等分7野3种食管癌根治性调强放射治疗计划。上述调强放疗计划采用同样的优化和剂量约束参数。 详细计划如下：均分5 野入射角：即设计5 个照射野角度分别为0o、72o、144o、216o和288o；不均分5野入射角，及将除正中0o照射野外，其它的4 野向中线靠近，5 个照射野分别为0o、50o、150o、210o和310o；均分7 野采用等分入射角，即0o、51o、102o，153o、204o、255o、306o。计划靶体积的剂量约束：要求处方剂量6 000 cGy 包绕95%PTV；危及器官（脊髓，全肺，心脏）的剂量约束：脊髓≤45 Gy；全肺V5≤55%，V20≤25%～33%，V30≤20%，全肺平均剂量≤1 500 cGy；心脏剂量约束V30≤40%，V40≤30%。

1.3 3 种计划的剂量学参数对比 应用Electa xio TPS放射治疗计划系统自带的积分剂量体积直方图进行计划评估，评估内容：计划靶区剂量学指标包括计划靶区剂量（最大剂量和平均剂量），均匀性指数（homogeneity index，HI）、适形指数（conformity index，CI），和危及器官（全肺，心脏，脊髓）进行相关剂量学参数统计学分析。根据ICRU 83 号报告，计划靶区的HI：HI=（D2%-D98%）/D50%，HI 值越小靶区的剂量分布均匀性越好。计划靶区CI 比较：CI=VT95%/VT×VT95%/V95%，VT为靶区总体积，VT95%为95%处方等剂量线所包绕的计划靶区体积，V95%为95%的处方剂量线面所包括的总体积，CI 介于0～1，CI 值越接近于1，表示适形度越好；D98%为靶区PTV 的98%体积接受的最低剂量），D2%为2%体积接受的最大剂量，D50%为50%体积接受最低剂量。靶区均匀剂量较小表示均匀性更好。

1.4 统计学方法 采用SPSS 26.0 统计软件进行数据分析。计数资料以例数进行统计描述，计量资料以中位数或±s 进行统计描述；计量资料多组间比较采用单因素方差分析，多组间两两比较采用q 检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 计划靶体积剂量学 优化5 野调强计划靶区最大剂量、平均剂量明显高于等分5 野和等分7 野调强计划靶区，CI 值明显低于等分5 野和等分7 野调强计划靶区，差异有统计学意义（P＜0.05）；而等分5 野和等分7 野调强计划靶区最大剂量、平均剂量、CI值均差异无统计学意义（P＞0.05）。等分7 野调强计划靶区HI受照射剂量明显高于等分5 野和优化5野调强计划靶区，差异有统计学意义（P＜0.05）；而5野和优化5 野调强计划靶区HI 受照射剂量差异无统计学意义（P＞0.05）。见表1。

表1 3种照射野调强计划靶体积剂量学比较/±s

表1 3种照射野调强计划靶体积剂量学比较/±s

注：HI为均匀性指数，CI为适形指数。

计划靶区参数等分5F_IMRT优化5F_IMRT等分7F_IMRT F值P值最大剂量/cGy 6301.7±56.8 6389.5±51.8 6289.9±52.3 30.83＜0.001平均剂量/cGy 6211.4±53.8 6296.7±49.8 6201.3±49.3 31.67＜0.001 HI 0.1095±0.04 0.1009±0.04 0.9236±0.02 5581.95＜0.001 CI 0.86±0.05 0.82±0.05 0.88±0.03 14.24＜0.001

2.2 危及器官（双肺，心脏，脊髓）剂量约束比较

2.2.1 全肺剂量学参数 结果显示，优化5 野调强计划靶区全肺V5、V10 受照射剂量明显低于等分5野和等分7 野调强计划靶区，V30 受照射剂量明显高于等分5 野和等分7 野调强计划靶区，差异有统计学意义（P＜0.05）；而等分5野和等分7野调强计划靶区全肺V5、V10、V30受照射剂量均差异无统计学意义（P＞0.05）。等分5 野，优化5 野和等分7 野调强计划靶区的全肺平均剂量和V20 受照射剂量相比，差异无统计学意义（P＞0.05），但是表2 中可见全肺V20（%）值为0.064 接近0.05，而V30（%）则小于0.01。见表2。

表2 3种照射野调强计划全肺受照射剂量学比较/±s

表2 3种照射野调强计划全肺受照射剂量学比较/±s

计划靶区参数等分5F_IMRT优化5F_IMRT等分7F_IMRT F值P值全肺平均剂量/cGy 1 435.9±276.8全肺V5/%54.1±10.5全肺V10/%38.8±5.3全肺V20/%24.2±4.5全肺V30/%8.3±1.6 1 394.9±178.8 47.1±9.8 34.5±5.1 25.8±5.3 9.4±1.4 1 498.9±198.8 1.67 0.195 56.1±10.2 6.48 0.002 40.9±6.2 10.35＜0.001 22.9±4.3 2.84 0.064 8.1±1.2 7.40 0.001

2.2.2 脊髓、心脏受照射剂量学参数比较 结果显示，优化5 野调强计划靶区脊髓最大剂量和心脏V30 照射剂量明显高于等分7 野调强计划靶区，差异有统计学意义（P＜0.05）；其他组间脊髓最大剂量和心脏V30 照射剂量均差异无统计学意义（P＞0.05），所有指标均在正常范围内。等分5 野，优化5野和等分7 野调强计划靶区的心脏V40 照射剂量相比，差异无统计学意义（P＞0.05）。见表3。

表3 3种照射野调强计划脊髓、心脏受照射剂量学比较/±s

表3 3种照射野调强计划脊髓、心脏受照射剂量学比较/±s

计划靶区参数等分5F_IMRT优化5F_IMRT等分7F_IMRT F值P值脊髓最大剂量/cGy 4 183.3±214.6 4 299.8±207.9 4 099.5±207.9 6.87 0.002心脏V30/%33.5±3.1 35.6±4.2 31.8±2.9 9.15＜0.001心脏V40/%23.7±5.1 25.1±6.2 22.1±5.5 2.15 0.123

3 讨论

放射治疗仍然是食管癌多学科综合治疗重要的组成部分，调强放疗被认为能够确保靶区足够的剂量和正常组织（双肺，心脏，脊髓）的剂量约束尤为重要，尤其是肺组织受量提高可能会诱发放射性肺炎，影响肺功能和生活质量，临床工作中要在抗肿瘤疗效和不良反应间取得平衡，需要对照射野进行优化设计。关于照射野的设计有诸多研究［3-5］，研究内容集中于靶区剂量学和正常组织的剂量约束方面，主要目的是试图提高照射野对靶区均匀性的改变，以及对正常组织的剂量影响程度，提高靶区剂量和均匀性往往会增加靶区周围正常组织受到低剂量照射。笔者通过改变照射野数和照射角度的改变对于靶区和正常组织剂量学改变。

具体包括靶区剂量学，以及靶区的CI 和HI 是提高局部控制率，确保临床疗效的基本条件，但是减少胸部照射时的正常组织，即双肺，心脏，脊髓的受量，可以减轻放射性损伤。本组数据试图通过设计不同照射野设计探讨改变入射角度和改变照射野数对于靶区和临近危及器官剂量参数改变趋势，探索其规律，为临床治疗提供依据。这些参数包括对计划靶区剂量学剂量分布的变化规律，包括计划靶区的最大剂量，平均剂量，CI和HI值；以及食管临近危及器官的剂量的变化规律，包括：全肺平均剂量，以及全肺V5，V10，V20，V30，以及脊髓最大剂量以及心脏受量。

临床实践中，部分食管癌病人伴随有肺部疾病，射线照射可能会进一步损害其肺功能，肺组织低剂量区（V5，V10）和中剂量区（V20，V30［6-7］）都有重要的放射性肺炎的预测能力，都是临床实践需要考虑的重要因素［2-3］，笔者试图通过改变入射角度和入射野数探索靶区和正常组织的剂量分布。理论上讲，增加调强照射的野数可以更好地对靶区剂量进行优化，得到更优化的计划靶体积剂量分布，比如执行VMAT 有更多的优势，但是目前认为5～7 个调强照射野可以满足实际的靶区和危及器官的剂量约束。因而，本研究采用5 野和7 野入射角度，设计了3种调强放疗计划，均分5野，优化5野和等分7野3种食管癌根治性调强放射治疗计划。对相关剂量学统计学结果的分析表明：增加照射野到7 野后计划靶体积的最大剂量和平均剂量和等分5野差异无统计学意义，而优化5 野的最大剂量和平均剂量略提高，但是绝对值增加很低，对计划靶体积的CI和HI 比较发现，7 野显著优于5 野（包括等分5 野和优化5野）。同样，我们对食管临近危及器官剂量进行了比较，我们认为3 种放疗计划的剂量约束均能达到临床要求。对全肺的剂量学而言，对于降低低剂量区参数，如全肺V5 和V10 这两个指标，优化5较均分7 野调强计划显示出一定的优势；但我们的数据表明等分7野调强放射治疗计划可见降低中剂量区参数，如：全肺V20（接近显著性意义）和V30（显著性意义）方面有着更多的优势。在对另外2 个危及器官（脊髓和心脏）的剂量学比较发现：增加调强照射野数量数目后，脊髓剂量有下降的趋势；而对于5 野照射来而言，缩小两前野与两后野与中线的夹角后，脊髓的最高剂量有所增加，但是仍在剂量约束范围内，差异无统计学意义。同样对于心脏而言，结果表明优化5 野调强计划在降低双肺低剂量区（V5）的同时，食管邻近危及器官心脏的照受照剂量V30有所增加，但是V40变化不明显，这和文献报道的基本一致［8-15］。

综上所述，通过对上述3 种调强放疗计划计划靶区剂量学和危及器官的剂量分布的剂量比较剂量学分析，我们发现：（1）三种设野调强放疗计划均符合所设计的剂量约束，其中计划靶体积的最大剂量和平均剂量差异3种计划差异无统计学意义；（2）而对计划靶体积而言，增加照射野（7 野）后CI 和HI有所改善；（3）对于临近危及器官而言，优化5 野调强放疗计划在降低双肺V5和V10有一定的优势，表明其双肺低剂量区体积有一定的优势；（4）而等分7野能够降低V20 值，V30 降低程度也接近统计学意义。在临床实践中，优化5 野和等分7 野调强放疗计划均能达到临床要求，临床可以根据病人实际调强计划的V5 或V20 值，病人经济境况，治疗时间等因素做出选择。