胸段食管癌放疗中双肺剂量学参数与计划参数的相关性分析

田玉龙，黄洋洋（通信作者）

1 郑州大学第五附属医院 （河南郑州 450052）；2 郑州大学第二附属医院 （河南郑州450014）

食管癌是临床常见的恶性肿瘤，发病率和死亡率均较高[1-3]。放疗是治疗食管癌的常用手段，常见的不良反应为放射性肺炎（radiation pneumonia，RP）。RP 患者常伴有肺纤维化、肺功能下降，严重影响患者的生活质量[1]。RP 的发生率与双肺剂量学参数密切相关。为了降低RP 的发生率，需分析影响其发生的双肺剂量学参数。然而，双肺剂量学参数较多[2-3]， 包括V5、V10、V20、V30和平均剂量（Dmean）等，每个参数代表的意义不同。为了降低计划设计的复杂性，更好地保护双肺，需要选出最具代表性的双肺剂量学参数。同时，为了减少双肺剂量，选取计划参数如处方剂量（prescription dose，DP）、双肺体积（volume of bilateral lung，VBL）、靶区体积（volume of PTV，VPTV）和靶区与双肺重合体积（volume of overlap between PTV and lung，VOPL）等，并基于相关性方法分析其对双肺剂量学参数的影响，使物理师在胸段食管癌放疗计划设计过程中更有针对性。基于上述背景本研究现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2021年4月至2022年6月我院收治的99 例胸段食管鳞癌患者，其中男60 例，女39 例；年龄48～82 岁，中位年龄66 岁。依据美国癌症联合会（American Joint Committee on Cancer， AJCC）第8 版TNM 分期[4]，其中Ⅰ期10 例、Ⅱ期26 例、Ⅲ期31 例和Ⅳ期32 例。本研究经医学医院伦理委员会批准（伦理审批号：2021185）。患者均知情同意。纳入标准：胸段食管癌患者，且放疗前无相关放疗病史。排除标准：颈段食管癌和下延到贲门、腹膜后的食管癌。

1.2 仪器与方法

采用东芝 Alexion 16 排CT 机，扫描层厚为5 mm，平扫及增强CT 图像经局域网传输至Monaco 治疗计划系统（treatment planning system，TPS）。所有患者均采取仰卧位，双手交叉抱肘放置于额头处，固定材料为高分子热塑膜。CT 扫描范围包括所有需要评价的危及器官（organs at risk，OARs）。

1.3 轮廓勾画和危及器官限值

依据国际辐射单位委员会（International Commission Radiological Units，ICRU）83 号报告及其他权威信息[5]，结合各项检查，勾画食管原发肿瘤为大体肿瘤体积（gross target volume，GTV），确诊转移或不能排除转移的淋巴结为大体淋巴结体积（GTV of nodes， GTVnd）；GTV 长轴方向外扩3 cm，其他方向均匀外扩1 cm，或GTV 均匀外扩0.5～1 cm 生成临床靶区（clinical target volume，CTV）；CTV 均匀外扩0.5 cm 生成计划靶区（planning target volume，PTV）。OARs 包括双肺、脊髓、心脏、气管、胸胃、冠状动脉、肋骨和臂丛神经等。

1.4 计划设计及参数读取

基于Monaco TPS 设计固定野调强放疗计划。胸段食管癌计划共4～5 个共面射野，射野角度分布为上二下三或上一下三，所有放疗计划均在Elekta Synergy 上执行，射线能量为6 MV。

TPS 数据读取方式包括横断面剂量分布图和剂量体积直方图（dose volume histogram，DVH）。双肺剂量学参数包括V5、V10、V20、V30和Dmean，定义为因变量，其中Vx为≥x Gy 剂量照射的体积占双肺总体积的百分比；Dmean为双肺平均剂量。计划参数包括DP、VBL、VPTV 和VOPL，定义为自变量。

1.5 统计学处理

采用SPSS 25.0 统计软件进行数据分析。使用Shapiro-Wilk方法检验数据是否符合正态性，正态分布的数据采用独立样本t检验，不符合正态分布的数据采用Wilcoxon秩和检验，正态分布或近似正态分布数据以±s表示。采用相关性方法分析双肺剂量学参数及计划参数与对应典型变量的相关系数。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 因变量和自变量

由于因变量（双肺计量学参数V5、V10、V20、V30和Dmean）有5 个 观 察 变 量，自 变 量（DP、VBL、VPTV 和VOPL）有4 个观察变量，因此最多有4 对典型相关变量。

双肺剂量学参数V5、V10、V20、V30和Dmean的最小值、最大值和中位数值，见表1。99 例患者的VBL为1 135.00～6 406.00 cc，VPTV 为103.00～571.00 cc，VOPL 为0.50～88.00 cc，中位叠加体积为13.00 cc。DP 为4 500.00～6 000.00 cGy，中位数为5 600.00 cGy。经Shapiro-Wilk检验，除了自变量VOPL 外，所有因变量和自变量均符合正态分布。

表1 自变量和因变量一般情况

2.2 典型相关系数及显著性检验

将因变量的典型变量分别命名为V1、V2、V3和V4，自变量的典型变量分别命名为U1、U2、U3 和U4。由显著性检验结果可知，4 对典型相关变量的相关系数检验仅第1 个典型相关系数（V1和U1）达到显著性水平（P＜0.001），因此，对自变量和因变量的研究可以转化为对第1 对典型相关变量间关系的研究，因为自变量和因变量的单位不统一，故采用标准化典型系数表示，见表2。

表2 典型相关系数及显著性检验

表2 中，标准化系数绝对值越大，表明该变量在解释典型变量上的重要性越强。其中，因变量的5 个观察变量中，V5、V20、V30和Dmean对第1 典型因变量V1的关系较大（r=0.685、0.791、-0.849、-1.308），V10的关系最小（r=-0.195）。自变量的4个观察变量中，DP、VBL 和VPTV 对第1 典型自变量U1 的关系较大（r=-0.561、0.489、-0.833），VOPL 的关系最小（r=-0.229）。 由表2 结果绘制第1 对典型相关变量的典型相关分析路径图，见图1。由图1 可知，各原始观察变量与典型变量间、典型变量对间的关系。

图1 双肺剂量学参数及影响因素的第1 典型相关变量分析

3 讨论

RP 的发生及严重程度与多种因素有关，包括患者的年龄、放化疗和手术、患者心脏功能不全等[6-7]。据文献报道，双肺剂量学参数V5、V10、V20、V30和Dmean是影响RP 发生率的重要参数[8]。而计划参数中，DP、VBL、VPTV 和VOPL 等均可能对双肺剂量学参数有影响[9]。为了提高胸段食管癌放疗计划的双肺保护力度，本研究基于相关性方法分析胸段食管癌放疗中双肺剂量学参数和计划参数间的多维相关性[10]，旨在选出最具代表性的双肺剂量学参数和对双肺剂量影响最大的计划参数。

研究发现，临床工作中双肺剂量学参数如V5、V10、V20、V30、Dmean等体积剂量参数对于双肺评价的方向和侧重点并不一致。有学者认为双肺V10＞30%伴随V20＞20%是发生2 级以上RP 的独立相关因素[11]。也有学者认为3 级以上RP 与双肺Dmean＞1 080 cGy 和患侧肺V5＞64.9% 密切相关[12]。而V20作为中间参数，兼顾描述双肺剂量的高低区域，故使用最广泛[13]。由于食管癌靶区为长条形，介于双肺间且位置较固定[14]，DP 和VPTV 的小范围浮动对双肺低剂量区的影响变化不大，故V5可替代V10，同时Dmean与第1 典型变量V1的相关系数绝对值最大，表明Dmean是评价双肺剂量的重要参数。据报道，Dmean是最有代表性的双肺剂量学参数，一般情况下，计划中Dmean不大双肺的体积剂量参数也不可能大[15-16]。

放疗计划设计过程中，对双肺剂量学参数影响较大的参数包括DP、VBL、VPTV 和VOPL 等，其所发挥的作用不同[17]。VPTV 与第1 典型变量U1 的相关系数绝对值最大，表明VPTV 是双肺剂量学影响因素中最重要的参数之一[18]。VOPL 与第1 典型变量U1 的相关系数绝对值较小。分析其原因为，靶区越大，靶区侵入双侧肺的体积也越大，靶区与双肺的叠加体积就越大，因此VOPL 可能与VPTV 表达内容相似。DP 和VPTV 与第1 典型变量U1 的相关系数为负，VBL 与第1 典型变量U1 的相关系数为正，表明在相同情况下处方剂量和靶区越大，双肺的剂量也越大；而双肺体积越大，双肺剂量越小。

本研究中，胸段食管癌放疗中双肺的剂量学参数，除了V10因为相关系数太小（r=-0.195）可以被排除外，V5、V20、V30和Dmean均可以描述双肺剂量的不同侧面，其中Dmean因相关系数最大（r=-1.308）而最重要。同时，DP、VBL、VPTV 均是影响双肺剂量学参数的重要计划参数，其中VPTV因为相关系数最大（r=-0.833）而影响最显著。

综上所述，最有代表性的双肺剂量学参数为Dmean和最能影响双肺剂量学参数的计划参数为VPTV。为了在胸段食管癌放疗中更好地保护双肺，降低RP 发生率，物理师应在计划设计过程中密切关注双肺平均剂量Dmean，并提前评估VPTV 对计划的影响。