两种调强放射治疗技术应用于Ⅰ期胸上段食管癌的剂量学比较

林斌伟，郑旭海，高峰，黄丹

绵阳市中心医院 1 肿瘤科， 2 放射科 (四川绵阳 621000)

在我国，食管癌的发病率和病死率分别居所有癌症的第6位和第5位[1]。胸上段食管癌的肿瘤位置较高，手术治疗在保证足够肿瘤切缘后，通常会导致剩余正常食管难以和残胃吻合，且术后并发症发生率较高，因此，根治性放射治疗是此类患者的首选治疗手段[2]。其中，容积弧形旋转调强放射治疗(volumetric modulated arc therapy，VMAT)和固定野静态调强放射治疗(static intensity modulated radiotherapy，sIMRT)是临床治疗胸上段食管癌患者的两种常见放射治疗技术。与sIMRT不同，VMAT的特点是在机架旋转的同时，加速器持续出束，同时多叶准直器不停地运动，以适应不同角度肿瘤靶区的形状变化。VMAT最主要的优点是治疗时间短，患者舒适度高，此外，射线从多角度摄入靶区，调制自由度更大，靶区的剂量分布优于sIMRT，但VMAT对正常组织低剂量区的范围控制较sIMRT稍差[3-5]。在采用VMAT治疗恶性肿瘤疾病时，选择合适的患者是充分发挥其优势并有效规避其劣势的关键。Ⅰ 期胸上段食管癌的肿瘤长度较短，肿瘤靶区与肺组织重叠区域小，有可能更宜采用VMAT进行治疗，但仍有待临床研究予以验证。基于此，本研究针对8例 Ⅰ 期胸上段食管癌患者分别制定了VMAT和sIMRT两种调强放射治疗计划，并对两种计划靶区和危及器官的剂量学参数和机器跳数(monitor unit，MU)进行了比较，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2021年6—9月于绵阳市中心医院行根治性放射治疗的8例 Ⅰ 期胸上段食管癌(均为鳞癌)患者为研究对象，男3例，女5例；年龄50～78岁，平均(63.50±8.25)岁；肿瘤分期，T1N0M0期5例，T2N0M0期3例；肿瘤长度1.20～4.00 cm，平均(2.71±1.09)cm；肿瘤区(gross target volume，GTV)3.31～35.82 cm3，平均(11.01±10.74)cm3。本研究已获得医院医学伦理委员会审核批准，所有患者均经病理证实为食管癌，且经胃镜检查显示肿瘤中心位置距门齿20～<25 cm[6]。

1.2 定位

所有患者均采用头颈肩热塑体膜固定，设置定位CT扫描层厚为5 mm，扫描范围为颈2椎体至腰1椎体。

1.3 靶区及危及器官勾画

参照食管癌累及野放射治疗靶区勾画标准进行勾画[7]。(1)靶区勾画：GTV包括原发肿瘤，临床靶区(clinical target volume，CTV)包括原发肿瘤前、后、左、右外放5 mm，以及上、下外放3 cm，勾画过程中根据血管和椎体进行修改，计划肿瘤区(planning-gross target volume，P-GTV)在GTV周围外放5 mm，计划靶区(planning target volume，PTV)在CTV周围外放5 mm。(2)危及器官勾画：危及器官包括双肺、脊髓、心脏及甲状腺[8]，处方剂量为64 Gy的总剂量至少覆盖95%的P-GTV，60.8 Gy的总剂量至少覆盖95%的PTV，均分32次照射，双肺V20(Vx表示x Gy照射剂量所覆盖的体积占总体积的比值)<30%、V30<20%、V5<65%，脊髓最大剂量(Dmax)<45 Gy，心脏V30<10%，甲状腺V50<50%。

1.4 VMAT和sIMRT计划制定

由1名具有正高级职称的物理师采用Monaco 5.11治疗计划系统分别制定VMAT和sIMRT计划；以PTV中心为计划的中心点，采用靶区优先的优化方式，并选用6 MV X线，射线最大剂量率为600 MU/min，最小子野宽度为0.5 cm。VMAT计划均设置双弧；sIMRT计划采用5野静态调强，大野的入射角度分别为0°、72°、144°、216°及288°，最大子野个数为250，最小子野面积为2 cm2。

计划制定完成后，采用剂量归一的方式，将64 Gy的剂量统一覆盖95%的P-GTV，由2名放射肿瘤学专业具有副高级职称的医师对计划进行评估，待计划满足临床要求后，方可进入数据采集阶段；若不满足，则需重新制定。

1.5 计划评估及实验数据采集

采用剂量体积直方图对计划进行评估，需评估的靶区参数包括近似最大剂量(D2%)、近似最小剂量(D98%)、平均剂量(Dmean)、靶区适形指数(conformation index，CI)、靶区均匀性指数(homogeneity index，HI)[9]；需评价的危及器官参数包括双肺V5、V10、V13、V20、V30、平均肺剂量(mean lung dose，MLD)，心脏V20、V30、V40、V50，脊髓D2%及甲状腺V50；需评估的其他参数为MU。

1.6 统计学处理

2 结果

2.1 两种计划的靶区剂量学参数比较

关于P-GTV，VMAT计划的CI和HI均优于sIMRT计划，D98%高于sIMRT计划，D2%低于sIMRT计划，差异均有统计学意义(P<0.05)；两种计划的Dmean比较，差异无统计学意义(P>0.05)，见表1。关于PTV，VMAT计划的CI和HI均优于sIMRT计划，D2%、Dmean均低于sIMRT计划，差异有统计学意义(P<0.05)；两种计划的D98%比较，差异无统计学意义(P>0.05)，见表1。

2.2 两种计划的危及器官剂量学参数比较

VMAT计划的双肺V5、V10、V13、MLD均高于sIMRT计划，差异有统计学意义(P<0.05)；两种计划的脊髓D2%和甲状腺V50比较，差异无统计学意义(P>0.05)，见表2。在VMAT计划中，有2例患者心脏V20>0，分别为0.01%和2.58%；VMAT计划的心脏V30、V40、V50以及sIMRT计划的心脏V20、V30、V40、V50均为0。

2.3 MU

VMAT与sIMRT计划的MU分别为(663.75±83.21)、(666.61±95.61)，两者比较，差异无统计学意义(t=0.11，P=0.917)。

3 讨论

放射治疗是临床治疗胸上段食管癌的主要手段。由于胸上段食管癌靶区形状复杂，三维适形放射治疗技术很难满足临床需求，因此，调强放射治疗技术被广泛用于胸上段食管癌的放射治疗中。sIMRT作为一种成熟的调强放射治疗技术，其特点是加速器在设定的角度停留，待多叶准直器形成与肿瘤相匹配的形状后，加速器出束开始对肿瘤进行治疗，随后依次完成设定角度的放射治疗[10]。既往临床研究证实，sIMRT较三维适形放射治疗具有更优的靶区剂量分布，同时正常组织的毒性反应发生率更低[11]，但sIMRT治疗时间长、效率低。VMAT作为一种新的放射治疗技术，具有治疗时间短的优点，其特点是在机架旋转时，加速器的射束是开启的，且随着机架旋转，加速器射线剂量率、多叶准直器形状、准直器角度在不停地变化，最终无限地接近靶区剂量分布和正常组织限定的目标值。由于VMAT加速器调制的自

表2 两种计划的危及器官剂量学参数比较

由度更大，因此有利于生成更理想的靶区剂量分布[12]。本研究结果也显示，与sIMRT组相比，VMAT组可有效改善靶区的剂量分布，具有更优的CI、HI，同时能够更好地控制靶区剂量热点和冷点。这与高瀚等[13]的研究结果类似。与sIMRT相比，VMAT调制的自由度更大，能够在肿瘤的各个方向对肿瘤进行治疗，这可能是VMAT靶区剂量分布优于sIMRT的原因。

关于正常组织保护方面，肺、心脏、脊髓、甲状腺是食管癌放射治疗过程中需要重点保护的器官。肺V5、V10、V13、V20、V30是放射性肺炎的重要预测指标[14-15]，当以下条件满足其一，即V5>40%、V10>35%、V13>32%、V20>24%、V30>18%，放射性肺炎的发生率或显著升高[16]。本研究结果显示，VMAT组双肺V5、V10、V13均高于sIMRT(P<0.05)，但是均低于文献报道的阈值体积，因此VMAT技术可能并不会显著增加放射性肺炎的发生风险。VMAT和sIMRT在保护脊髓、甲状腺方面的效果相似(P>0.05)。由于心脏与放射治疗靶区几乎不重叠，因此心脏受到的辐射剂量极低。本研究结果提示，甲状腺的V50高于计划制作时的限制剂量，原因是甲状腺位置紧挨食管，在外放PTV时，部分甲状腺被肿瘤靶区所包绕，如果进一步降低甲状腺的剂量，必然会降低靶区治疗剂量，可能导致肿瘤复发，因此，在行放射治疗后应常规监测Ⅰ期胸上段食管癌患者的甲状腺功能，必要时给予甲状腺素替代治疗可能是一种妥协的治疗方法。

综上所述，与sIMRT相比，Ⅰ期胸上段食管癌可能更适合采用VMAT技术，VMAT具有更优的靶区适形性和均匀性，能够更好地控制靶区剂量热点和冷点，并且可能不会增加正常组织并发症的发生风险。但是，我们的研究结论需要以前瞻性的随机对照临床实验进行进一步验证。