目前, 放疗是鼻咽癌治疗的首选方法。早期鼻咽癌患者5年生存率可以达到85%甚至更高^[1-2]。由于鼻咽癌的靶区很复杂且靶区周围的危及器官很多, 剂量梯度要求比较严格, 其计划设计要比其他部位肿瘤计划复杂的多。IMRT较常规放疗既提高了靶区的剂量, 改善了靶区剂量的均匀性, 又降低了OAR的受量, 减轻了放疗的不良反应, 提高了肿瘤局部控制率、患者的生存质量, 因此成为目前鼻咽癌放疗计划设计的主要手段, 但IMRT计划的治疗时间较长降低了放射线对靶区的生物效应, 同时增加了放疗过程中由于患者不自主运动导致的剂量偏差的风险。VMAT是近年来发展起来的一种全新的调强方式, 它可以在机架旋转过程中一直出束, 而且子野形状、剂量率以及机架旋转速度都可以根据需要而变化, 治疗的时间得以大大缩短^[3-5]。目前国内外已经有不少对IMRT与VMAT两种调强方式的比较研究, 但大多是针对前列腺、宫颈癌、头颈部肿瘤等放疗计划相对简单的比较^[6-9], 真正关于鼻咽癌计划比较得还比较少见。本文目的是比较IMRT与VMAT两种不同的调强方式在鼻咽癌放疗中的剂量学差异。

1 资料与方法 1.1 病例选择

选择在我院接受放疗的早期鼻咽癌患者15例, 对其进行IMRT与VMAT计划设计。

1.2 模拟定位

仰卧位, 热塑颈肩罩固定, 使用Philips Briliance大孔径CT模拟机扫描, 层厚为3 mm。扫描的CT图像通过网络传输至计划系统(Pinnacle9.2)。

1.3 靶区、OAR勾画

靶区包括GTVnx-P为原发肿瘤区的计划靶区、GTVnd-P为转移淋巴结肿瘤区的计划靶区, CTV1-P为原发肿瘤高危临床肿瘤区的计划靶区, CTV2-P为原发肿瘤低危临床肿瘤区和淋巴结的临床肿瘤区的计划靶区四部分。OAR主要有脊髓、脑干、视神经、晶体、视交叉、腮腺等。

1.4 处方剂量及计划设计

GTVnx-P、GTVnd-P、CTV1-P和CTV2-P的处方剂量分别为6975、6820, 6355, 5580 cGy, 共31次。为计划评估一致性, 两种计划均要求处方量线至少包含95%的靶区体积。OAR剂量限值:脊髓和脑干1%体积剂量分别小于4500 cGy和5400 cGy。晶体1%体积剂量小于500 cGy, 视神经和视交叉1%体积剂量小于5400 cGy。腮腺V_{30 Gy}的体积小于50%。IMRT和VMAT计划设计均采用Pinnacle 9.2计划系统。其中IMRT优化方式选用直接机器参数优化(DMPO), 用6MV X射线7野照射, 角度依次为:0°、50°、100°、150°、210°、260°、310°, 最大子野数70, 最小子野面积10 cm×10 cm, 最小跳数10 MU。VMAT选用计划系统中的smart arc模块, 双弧(185°、175°), 优化间隔4°。

1.5 比较参数 1.5.1 靶区参数

包括:1%体积剂量(D_1%)、平均剂量(D_means)、均匀性指数及适形度指数。

1.5.1.1 均匀性指数(homogeneity index, HI)

式中:D_5%是5%的靶区体积剂量, D_95%是95%的靶区体积剂量, HI越大说明靶区剂量均匀性越差^[10]。

1.5.1.2 适形度指数(conformity index, CI)

式中:V_PTV是靶区PTV的体积, V_TV是PTV处方剂量线所包绕的体积, TV_PV是PTV在其处方剂量线内的体积。CI值越大说明靶区处方剂量的适形度越差^[10]。

1.5.2 OAR参数

脊髓、脑干的1%体积剂量(D_1%)和1 cc即1 ml体积剂量(D_1cc)及平均剂量(D_means); 视神经、视交叉、眼晶体的1%体积剂量(D_1%)和平均剂量(D_means); 左右腮腺的平均剂量(D_means)和V_30Gy。

1.5.3 分次治疗时间和机器跳数

分次治疗时间包括每次治疗过程中机架旋转和机器出束的时间, 没有包含对患者摆位和体位校正时间。

1.6 统计方法

本文用SPSS 16.0软件包对两种计划剂量学参数进行配对t检验, P＜0.05时差异有统计学意义。

2 结果 2.1 靶区剂量比较

表 1是两种计划的靶区参数比较。VMAT计划的大部分靶区的HI、CI与IMRT计划比较有统计意义(除CTV2-P的HI), 且均优于IMRT计划。靶区的D_1%和D_means(除CTV1-P的D_mean)有统计意义且VMAT计划的结果更优(P＜0.05)。

2.2 OAR剂量

从表 2中发现除脑干D_means、左视神经D_1%、右视神经D_1%、右晶体D_1%、视交叉D_means比较结果无统计意义外, 其它指标VMAT结果均优于IM- RT。其中, VMAT对脊髓、脑干(D_1%)及腮腺(V_30Gy、D_means)的保护明显优于IMRT; 对视神经等OAR的比较结果VMAT虽仍占优势, 但并不明显。

2.3 分次治疗时间和机器跳数

分次治疗时间和机器跳数见表 3, 分次治疗时间:VMAT (4.1 min)要低于IMRT (8.8 min)。分次治疗MU数:VMAT (597.7 MUs)要比IMRT (823.5 MUs)低约37.8%。

3 讨论

YU^[11]在1995年研究了以直线加速器为基础的旋转调强(Intensity modulated arc therapy, IMAT)技术的可行性, IMAT是指在保持剂量率和机架转速不变的情况下, 以多弧剂量叠加的方式实现剂量调整。Otto^[3]在2007年提出了更为简单高效的单弧旋转调强方式, 称之为容积旋转调强(VMAT), 目前VMAT在临床已经投入使用。它在机架旋转过程中可以一直出束, 而且子野形状、剂量率以及机架旋转速度都可以根据要求而变化。杨波等人^[9]研究发现宫颈癌患者采用VMAT技术可获得等同于或者优于IMRT计划的剂量分布, 而机器跳数明显降低(57%)。Yoo^[12]研究发现在前列腺癌中VMAT相对IMRT来说直肠、膀胱、小肠的平均剂量下降了约为3.6%、4.8%、3.1%。Vanetti^[13]研究发现在头颈部肿瘤采用VMAT技术的患者腮腺平均剂量比IMRT计划由40 Gy减少到34 Gy, 脊髓和脑干的最大量分别减少8.9%和35.1%。台湾Szu -Huai Lu等^[14]研究了鼻咽癌IMRT和VMAT的剂量学差异, 他们发现靶区的均匀性VMAT计划(1.06)略优于IMRT计划(1.07), 适形度也优于IMRT (1.28 vs 1.36)。腮腺的平均剂量也由IMRT计划的31.3 Gy降低到VMAT计划的26.3 Gy。但是, 也应清醒地意识到:由于VMAT的特性决定了正常组织及危及器官受照体积较IMRT增加, 可能导致诸如肺的V5值增大增加低剂量放射性肺炎的发生率, 肝受照体积增加严重影响肝功能, 继发性癌变的风险变大等问题^[15-17]。

本文对15例鼻咽癌患者的计划比较得出:VMAT计划的大部分靶区的HI、CI优于IMRT计划, 虽然CTV2-P的HI和CTV1-P的D_mean比较结果无统计意义, 但数值上仍有改善, 这可能因为CTV1-P与CTV2-P处于靶区外缘, 导致两者的HI和D_mean较难控制; 大部分OAR的指标VMAT结果优于IMRT。其中, VMAT对脊髓、脑干(D_1%)及腮腺(V_30Gy、D_means)的保护明显优于IMRT; 对视神经等体积较小的OAR的比较结果VMAT虽仍占优势, 但并不明显。文中VMAT计划设计采用360°双弧照射, 分次平均治疗时间约为4.1 min, 比IMRT (8.8 min)的治疗时间少。治疗时间的缩短既可以提高靶区的生物效应, 又减少了患者在治疗过程中由于不自主运动带来的误差引起的剂量差异, 还可以改善患者的舒适度。

简言之, VMAT计划相对IMRT计划在鼻咽癌治疗中靶区剂量的包裹、OAR的保护及治疗时间上均有不同程度的改善。