食管癌是我国发病率较高的恶性肿瘤,尤其以河北、河南等太行山区发病率最高。手术是早期食管癌首选的治疗手段,但早期食管癌无明显症状、体征,多数食管癌患者就诊时已失去手术治疗机会,因此放射治疗成为食管癌治疗的主要安全有效手段之一[1]。食管周围被肺、心脏和脊髓等重要器官包围,三维适形放疗(three dimensional conformal radiation therapy,3D-CRT)因其剂量分布的缺陷及危及器官受量限制,计划已经很难满足临床的要求。近年来,随着电子直线加速器设备和影像技术的发展,容积旋转调强(volumetric modulate arc therapy, VMAT)放疗实现了食管癌的精确定位、精确计划和精确治疗。VMAT治疗特点是在机架旋转过程中出束,因此大大减少了治疗时间,同时VMAT计划的剂量学方面较常规调强放射治疗(intensity-modulated radiation therapy, IMRT)具有明显优势,可以降低危及器官受量,提高放射治疗的生物学效应[2-3]。本文比较了不同拉弧范围的VMAT,即全弧VMAT和分段弧VMAT计划的剂量学比较,以分析分段弧VMAT临床应用的可行性。
1 资料与方法 1.1 一般资料选择2015年4月—2017年1月期间在我院接受VMAT治疗的11例胸中段食管癌病例,其中男性6例,女性5例,年龄54~81岁。按照AJCC第7版TNM分期标准,5例为Ⅱ期,1例Ⅲ期,5例Ⅳa期。11例患者均经食管镜咬检病理证实为鳞状细胞癌。本研究已获得医院伦理委员会的审批,并且患者均签署了知情同意书。
1.2 计划设计患者常规CT定位,定位影像传输至计划系统。放射肿瘤医师勾画靶区(planning target volume, PTV)和危及器官(双肺、脊髓、心脏)。使用飞利浦公司的Pinnacle 9.10版本治疗计划系统制定放射治疗计划,放射治疗实施采用Elekta Synergy电子直线加速器6MV X射线治疗。每个病例分别应用VMAT全弧和VMAT分段弧技术设计放射治疗计划。处方剂量为60 Gy/30次,剂量归一到靶区的平均剂量处,95%剂量线包绕100% PTV体积,脊髓最大剂量 ≤ 45 Gy,双肺V5 ≤ 55%,V20 ≤ 28%,心脏V30 ≤ 40%。全弧VMAT设计方法(图1A):双弧(顺时针:182°~178°,逆时针:178°~182°),子野间隔为4°,最大剂量率600 MU/min;分段弧VMAT设计方法(图1B):1弧(顺时针:180°~220°,逆时针:220°~180°),2弧(顺时针:315°~45°,逆时针:45°~315°),3弧(顺时针:140°~180°,逆时针:180°~140°),子野间隔为4°,最大剂量率600 MU/min。
应用剂量体积直方图(dose-volume histograms, DVH)统计PTV和危及器官剂量学参数。PTV:最小点剂量(Dmin)、平均剂量(Dmean)、D2(2%体积的PTV所接受的剂量)、D5、D50、D95、D98,靶区适形度指数(Conformal index, CI)和均匀性指数(Homogeneity index, HI),参考ICRU 83号报告定义:CI = Vt,ref/Vt × Vt,ref/Vref(Vt,ref表示参考等剂量线包绕的靶区体积,Vt为靶区体积,Vref为参考等剂量线包绕的所有体积),CI值位于0~1之间,值越小,计划的适形性越差。HI = (D2−D98) / D50 (D2表示2%靶体积接受的剂量,近似于靶区最大剂量;D98表示98%靶体积接受的剂量,近似于靶区最小剂量;D50表示50%靶体积接受的剂量,近似于靶区平均剂量),HI越接近0,计划的均匀性越好。危及器官评价指标:脊髓最大剂量(Dmax),双肺Dmean、V5、V10、V20(分别表示5 Gy、10 Gy、20 Gy照射的体积占双肺的总体积百分比),心脏V30。机器总跳数(MU)。
1.4 统计学方法用SPSS 17.0对两组计划数据进行配对t检验,P < 0.05表示差异具有统计学意义。
2 结果 2.1 两组计划靶区剂量学参数及MU比较见表1,两组计划均能够满足临床靶区和危及器官的限量要求。全弧VMAT计划靶区的剂量学明显优于分段弧VMAT计划,并且全弧的靶区均匀性指数小于分段弧的,说明全弧VMAT计划剂量均匀度优于分段弧VMAT计划;两种治疗技术MU的比较没有统计学差异。
见表2,分段弧VMAT计划双肺Dmean、V5低于全弧VMAT计划,且比较具有显著性差异,但双肺V10、V20两者比较差异均无统计学意义;全弧VMAT计划心脏的V30明显低于分段弧VMAT计划,差异具有统计学意义;脊髓最大点剂量(Dmax)全弧计划低于分段弧计划,差异有统计学意义,但均未超过45 Gy限量值。
食管癌患者在我国放疗患者中占据了较大的百分比[4],放射治疗是食管癌治疗的主要手段之一。近几年,随着放疗技术的发展,食管癌经历了普通放疗、三维适形放疗、调强放疗以及现在的旋转容积调强,并且研究[5]已证明新技术应用改善了靶区剂量分布,进一步降低了正常组织受量,降低放射治疗副反应发生率。VMAT技术具有“快、准、优”的特点,治疗过程中同时伴有大机架角度、多叶光栅位置、剂量率的变化,因此大大缩短了治疗时间,减少了患者治疗中体位移动造成的摆位误差[6],并提高了肿瘤的生物学效应。目前,国内、外有多位学者[5, 7-9]研究了食管癌在VMAT技术和固定野IMRT技术的剂量学比较,结论一致认为VMAT技术相对于IMRT技术可以明显降低危及器官如双肺受量,减少总MU及总治疗时间;还有学者[10]比较了基于瓦里安Clinical 23IX和医科达Synergy两种加速器设计的食管癌容积旋转调强计划比较,由于瓦里安机器在射野中心叶片宽度为0.5 cm小于医科达Synergy机型的1 cm,所以在计划靶区适形性方面,瓦里安的容积旋转调强计划更具有优势;但瓦里安加速器不变的剂量率和固定的机架旋转速度,一定程度上限制了计划对射野权重的优化,因此增加了治疗MU和低剂量的受照范围,而医科达加速器采用可变的剂量率和机架旋转速度能有效减少总MU及正常组织低剂量受照范围。目前,多数学者[5, 7, 9-11]在VMAT计划设计拉弧范围时,多采用360°范围的单弧或双弧。双弧VMAT技术带来的不利后果是明显增加了低剂量区范围,增加了放射性肺炎及二次致癌风险。笔者采用了分段弧技术,减少拉弧范围,且考虑了食管癌计划蝶形剂量区域分布特点,设计了食管癌分段弧VMAT计划,通过比较两者剂量学差异,探讨分段弧VMAT临床应用可能性。
结果显示本研究的两种VMAT技术均能够很好的满足靶区剂量覆盖,其中全弧VMAT在控制靶区的热点和均匀性等方面相对于分段弧VMAT具有一定优势,这与全弧VMAT 360°范围内分布控制点多、剂量调制空间大直接相关,但这种差异在绝对值方面优势并不是十分明显,分段弧VMAT完全可以满足临床靶区剂量需要。在危及器官方面,分段弧VMAT可以明显降低双肺的平均剂量和V5受量(t = −4.048, P = 0.002),减少肺的低剂量照射范围;两计划肺的V20比较不具有统计学差异。对于肺的V5受照体积,有研究[12-13]指出肺组织接受5 Gy受照剂量的体积是预测放射性肺炎的一个重要因素,因此,降低肺组织的低剂量照射范围非常重要。分段弧VMAT相对于全弧VMAT在一定程度上增加了心脏V30的受量以及脊髓最大点剂量,但这种增加的剂量均在临床接受范围。分析上述肺和心脏受量发现,分段弧由于照射范围小从而降低了双肺V5的受量,剂量可调制空间小使得心脏接受30 Gy的体积增大,而全弧计划与之相反。因此,这两种技术在危及器官保护方面各有利弊,所以在临床应用时,医师可以根据患者具体的心肺功能合理选择。
综上所述,对于胸中段的食管癌,分段弧VMAT和全弧VMAT均能够实现较好的靶区覆盖,分段弧VMAT可以明显降低肺的低剂量照射范围,可能降低放射性肺炎的发生概率,还需要临床进一步应用观察。
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