中间剂量计算模式对食管癌容积旋转调强放射治疗计划的影响

刘卫东，张燕慧，孙力军，叶书成，魏鹏（通信作者）

济宁医学院附属医院 （山东 济宁 272029）

食管癌是临床最常见的恶性肿瘤[1]，放射治疗为治疗食管癌的常用方法[2-3]。容积旋转调强放射治疗（volumetric modulated arc therapy，VMAT）是一种现代放射治疗技术。VMAT 在加速器出束时通过机架、多叶准直器使剂量率获得较高的自由度，且出束时间短，目前被广泛应用于食管癌的治疗[4-6]。然而 VMAT 计划在优化过程中，最终剂量计算结果与优化过程中的最优剂量不同，因此瓦里安Eclipse 15.6 治疗计划系统新增加了中间剂量计算（intermediate dose calculation，IDC）模式，以解决此问题[7]。目前，国内关于IDC 模式对放射治疗计划影响的研究报道较少。本研究旨在探讨IDC 模式对食管癌VMAT 计划的影响，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析2021 年12 月至2022 年8 月于我院接受放射治疗的18 例食管癌患者的临床资料。患者病理类型均为鳞癌；男16 例，女2 例；年龄53 ～83 岁，平均（68.0±9.0）岁。本研究经医院医学伦理委员会审批通过（伦理审批号：2023-03-C016）。纳入标准：食管癌首次放疗患者；有完整的临床病历资料。排除标准：有其他部位转移病灶；有放疗禁忌证。

1.2 仪器与方法

仪器：CT 模拟机（飞利浦医疗公司，型号：Brilliance Big Bore）、医用电子直线加速器（瓦里安医疗系统公司，型号：Clinac iX）、Eclipse 15.6 治疗计划系统（瓦里安医疗系统公司，型号：Eclipse 15.6）。

方法：采用定位热塑膜进行体位固定，患者双手交叉自然抱头，在平静呼吸状态下，使用CT模拟机进行CT 定位扫描。扫描范围为上界至颅底，下界至下肺静脉下缘，包含整个双肺。扫描条件电压值为120 kV，电流时间积为220 mAs，层厚为5 mm。扫描后将CT 定位图像传送至Eclipse 15.6 治疗计划系统。

1.3 靶区与危及器官勾画

由肿瘤科主管医师参考国际辐射单位与测量委员会62 号报告[8]，在Eclipse 15.6 治疗计划系统进行大体肿瘤靶区（gross tumor volume，GTV）、临床靶区（clinical target volume，CTV）、计划靶区（planning target volume，PTV）和危及器官（organs at risk，OARs）勾画。OARs 包括双肺、心脏、脊髓等。CTV 为GTV 头脚方向外扩30 mm、左右前后方向外扩5 mm。PTV 为CTV 头脚方向外扩10 mm、左右前后方向外扩5 mm。

1.4 治疗计划设计

应用Eclipse 15.6 治疗计划系统进行计划设计，包括PTV 处方剂量为50.4 Gy/28 次，要求50.4 Gy剂量包绕95% 的PTV 体积。光子线为 6 MV，计算网格为2.5 mm，光子剂量计算算法（acuros external beam algorithm，AXB）。Clinac iX 型医用电子直线加速器具有60 对多叶准直器（中间40 对叶片在等中心宽度为5 mm，两边各10 对叶片在等中心宽度为10 mm）；采用VMAT 模式，机架旋转角度为181°～179°、179°～181°；对应小机头角度为15°、345°，治疗计划优化前采用Avoidance Sectors 屏蔽出束模块，规避双弧水平左右两侧各80°[9]。计划分为未应用IDC 模式计划和应用IDC模式计划，其中未应用IDC 模式计划组选择直接进行计划剂量计算，应用IDC 模式计划组选择IDC模式进行中间剂量计算，然后再计算最终剂量，2 种计划的其他优化参数保持一致。

1.5 治疗计划评价参数

包括D98、D2、Dmean、适形度指数（conformity index，CI） 和均匀性指数（heterogeneity index,HI）。其中Dx为包围PTV 体积的x%的最小剂量；Dmean为PTV 的平均剂量；CI=VRI/TV，式中VRI为95%的处方剂量线所包围的靶区体积，TV 为PTV体积，CI 值越接近1，表明靶区适形度越好[10]；HI=（D2-D98）/D50， HI 值越接近1，表明靶区均匀性越好[11]。评价双肺的V5、V10、V20、V30、Dmean，心脏的V30、V40、Dmean及脊髓Dmax。其中Vm为mGy 剂量照射OARs 的相对体积，Dmean为平均剂量，Dmax为最大剂量[12]。

1.6 统计学处理

采用SPSS 22.0 统计软件进行数据分析。计量资料以±s 表示，符合正态分布的采用t检验；不符合正态分布的计量资料以中位数（四分位数间距）表示，采用Wilcoxon 符号秩检验。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 靶区剂量学参数比较

图1 示同一患者2 种计划的剂量分布图。 2 种计划靶区D98、D2、Dmean、CI、HI 比较，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 18 例食管癌患者2 种计划的靶区剂量学参数比较（±s）

表1 18 例食管癌患者2 种计划的靶区剂量学参数比较（±s）

注：Dx 为包围PTV 体积的x%最小剂量；Dmean 为平均剂量；CI 为适形度指数，HI 为均匀性指数，IDC 为中间剂量计算

未应用IDC模式计划组（18 例）应用IDC模式计划组（18 例）tP D98 （Gy）49.04±0.3449.33±0.32-6.523 ＜0.05 D2（Gy）56.17±0.7054.77±0.7018.866 ＜0.05 Dmean （Gy）53.43±0.5452.81±0.4312.379 ＜0.05 CI 1.32±0.10 1.30±0.09 4.723 ＜0.05 HI 0.13±0.02 0.10±0.0214.662 ＜0.05参数

图1 治疗计划横断面剂量分布图

2.2 OARs 剂量学比较

未应用IDC 模式计划的双肺V5、V10、V20、V30、Dmean等参数与应用IDC 模式计划比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；未应用IDC 模式计划的心脏V30、V40、Dmean均高于应用IDC 模式计划，差异有统计学意义（P＜0.05）。未应用IDC 模式计划的脊髓Dmax与应用IDC 模式计划比较，差异无统计学意义（P＞0.05），见表2。

表2 18 例食管癌患者两种计划的OARs 剂量参数比较 （±s）

注：Vx 为OARs 内＞x Gy 部分的相对体积；Dmean 为平均剂量；Dmax 为最大剂量；OARs 为危及器官，IDC 为中间剂量计算

t/Z P双肺参数未应用IDC模式计划组（18 例）应用IDC模式计划组（18 例）V5（%） 44.03±11.94 43.84±11.69 0.892 0.385 V10（%）31.47±8.9531.61±9.05 -1.057 0.305 V20（%）15.06±5.6315.24±5.78 -0.874 0.394 V30（%） 3.70（6.00） 3.80（6.00） -0.920 0.357 Dmean（Gy） 8.70±2.43 8.73±2.45 -1.124 0.277心脏V30（%） 8.80（22.63） 8.15（21.58）-2.833 ＜0.05 V40（%） 3.55（10.20） 3.30（9.68） -3.149 ＜0.05 Dmean（Gy） 12.06（19.97） 11.81（19.70）-3.006 ＜0.05脊髓Dmax（Gy） 33.58±3.3233.84±3.16 -1.586 0.131

3 讨论

食管癌是我国高发的消化道恶性肿瘤，发病率和病死率分别居恶性肿瘤第6 位和第5 位。放射治疗是食管癌综合诊疗的重要手段，在保护食管形状和功能方面发挥重要作用。食管癌靶区形状多变，周围OARs 较多，提高了放射治疗计划的设计难度。VMAT 计划可以获得高度适形的剂量分布，最大限度保护正常组织。研究证实，VMAT 计划可在提高靶区剂量的同时降低OARs 剂量[13]。Tanaka 等[14]研究了功能保护VMAT 计划在食管癌中的应用，与常规VMAT 计划相比，功能保护VMAT 计划降低了左心室剂量，而靶区和OARs 比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。

在许多治疗计划系统中，通常使用快速剂量计算算法在优化过程中提供重复剂量计算，以确保快速完成优化。为达到剂量计算目的而采用简化的剂量计算算法，在非均匀组织或靶区可能会导致最终剂量计算出现误差。在计划优化过程中使用IDC 模式计算非常有效，尤其在与最终剂量计算产生剂量体积分布偏差的情况下。

本研究使用Eclipse 15.6 治疗计划系统，探讨了IDC 模式对18 例食管癌患者VMAT 计划的影响，结果显示，2 种PTV 的D98、D2、Dmean、CI 和HI等参数比较，差异有统计学意义（P＜0.05），说明应用IDC 模式计划较未应用IDC 模式计划提高了D98剂量，降低了D2剂量，同时具有更好的计划适形度和均匀性；同时，应用IDC 模式计划的心脏V30、V40、Dmean参数明显优于未应用IDC 模式计划，差异有统计学意义（P＜0.05），降低了心脏相关并发症的发生率。

Akbas 等[15]研究了IDC 模式在非均匀区域固定野调强放射治疗计划的影响，应用IDC 模式固定野调强放射治疗计划与不应用IDC 模式固定野调强放射治疗计划的CI 和HI 分别为1.142、0.090 和1.055、0.067,说明IDC 模式的应用提高了头颈部肿瘤的计划质量。ErgIn 等[16]对10 例腹部食管癌和10 例胸部食管癌患者VMAT 计划在使用AAA 算法下IDC 模式对放射治疗计划的影响，结果显示，应用IDC 模式计划在CI 和HI 等参数显著降低的同时，靶区的D2、Dmean和机器跳数等参数明显改善，且IDC 模式应用也显著降低了心脏V30、脊髓Dmax参数。Park 等[17]对30 例不同部位的肿瘤患者进行IDC 模式的剂量学研究，结果显示，应用IDC 模式可以获得更好的靶区适形度。

综上所述，应用IDC 模式可提高食管癌VMAT计划质量，同时降低心脏等正常组织的照射剂量。因此，推荐临床选择应用IDC 模式对食管癌VMAT计划进行剂量计算。