陳亞正，廖雄飛，黎 杰，王 培

(四川省腫瘤醫(yī)院放療中心，成都 610041)

腫瘤放療經(jīng)歷了二維治療、三維適形放療(3DCRT)、調(diào)強適形放療(IMRT)、圖像引導調(diào)強放療(IGRT)等新技術(shù)的發(fā)展。目前，鼻咽癌固定野動態(tài)調(diào)強放療(dIMRT)和螺旋斷層放療(Tomotherapy)也已廣泛應(yīng)用于臨床治療。本文從劑量學方面對后兩種技術(shù)進行比較研究，為鼻咽癌的臨床治療提供技術(shù)參考。

1 資料與方法

1.1 病例選擇

隨機選取2013～2014年15例已經(jīng)完成dIMRT治療的T2N2Mo分期鼻咽癌患者(男性7例，女性8例，年齡20～75歲，中位年齡45歲)，靶區(qū)輪廓，危及器官及其他正常組織由同一醫(yī)生勾畫完成。

1.2 靶區(qū)定義及處方

靶區(qū)勾畫規(guī)則參照“2010鼻咽癌調(diào)強放療靶區(qū)及劑量設(shè)計指引專家共識”［1］，根據(jù)我院放療中心擺位誤差以及病人的移動情況，所有靶區(qū)均外放3mm，包括原發(fā)腫瘤靶區(qū) PGTVnx，亞臨床病灶區(qū)PCTV1，預防照射區(qū) PCTV2，頸部淋巴結(jié)引流區(qū)PCTVln，頸部左右轉(zhuǎn)移淋巴結(jié) PGTVlnL、PGTVlnR，所有靶區(qū)均在皮膚以下3mm。處方劑量分別為69Gy、66Gy、60Gy、60Gy、69Gy、69Gy(所有被選擇的病人均行此處方)，治療次數(shù)為30次。危及器官包括腦干，脊髓，左右晶體，左右視神經(jīng)，視交叉，腮腺，口咽，喉嚨等器官。

1.3 計劃設(shè)計

固定野動態(tài)調(diào)強計劃采用Eclipse11．0計劃系統(tǒng)，計算矩陣網(wǎng)格為(2×2×2)mm3，劑量計算為analytical anisotropic algorith(AAA)算法，準直器角度為0，機架角度的射野分布為共面7野均分(153°、102°、51°、0°、309°、258°、207°)，機器型號為Novalis Tx，60對 MLC，MLC在等中心寬度為2．5mm，MLC 運動方式為滑窗(sliding window)模式，最大射野為(22×40)cm2。Tomotherapy放療計劃使用的射野寬度(field width)為2．5cm，劑量計算網(wǎng)格為(0．39 ×0．39 ×0．39)cm3，調(diào)制因子(modulation factor)為 3．5，螺距比(pitch)為 0．43，計算算法為卷積迭代(convolution superposition)，64對二元氣動多葉光柵。兩組計劃采用的標稱能量均為6MV。

1.4 治療計劃評估

比較兩組計劃的劑量體積直方圖(dose volume histogram，DVH)以及等劑量曲線在靶區(qū)和危及器官的覆蓋分布情況。靶區(qū)的評估指標包括D98、D95、D50、D2，以及均勻性指數(shù)(homogeneity indices，HI)。D98、D95、D50、D2 分別表示 98%、95%、50%、2%的靶區(qū)體積受到的照射劑量。均勻性指數(shù)HI的定義為:HI=(D02-D98)/D50。HI越接近于0，說明均勻性越好。危及器官的評估指標包括腦干、脊髓的Dmax、D1cc，左右晶體、視神經(jīng)、視交叉，顳葉的Dmax;腮腺、顳頜關(guān)節(jié)、下頜骨、中耳的 Dmax、Dmean;口咽、喉嚨的 Dmean、D50、D05;對正常組織比較5Gy、10～50Gy的劑量所占正常組織的體積(即 V5、V10～V50)。機器跳數(shù)(monitor units，MUs)比較兩種技術(shù)單次照射總跳數(shù)的平均值，治療時間為加速器單次治療病人出束的平均值(不包括擺位時間)。

1.5 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 19．0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析，計量資料以均數(shù)±標準差(±s)表示，兩種計劃劑量學的比較采用配對 t檢驗進行統(tǒng)計學分析，P＜0．05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 Tomotherapy與dIMRT劑量分布比較

圖1顯示了同一病例Tomotherapy計劃與dIMRT計劃在同一位置的橫斷面，矢狀面，冠狀面劑量分布，可以看出兩種計劃的60Gy、66Gy、69Gy等劑量曲線對靶區(qū)的覆蓋基本一致。但dIMRT計劃在口咽和后頸區(qū)域具有更多的高劑量(40～60Gy)分布，頸部兩側(cè)的淋巴結(jié)引流區(qū)66Gy以上的劑量區(qū)域明顯多于Tomotherapy計劃，說明PCTVln的劑量均勻性差于Tomotherapy。見圖1。

圖1 同一患者Tomotherapy與dIMRT橫斷面、冠狀面、矢狀面的劑量分布

2.2 Tomotherapy 與dIMRT關(guān)于DVH圖比較

圖2 鼻咽癌Tomotherapy與dIMRT計劃DVH圖的比較

圖2為Tomotherapy與dIMRT兩組計劃關(guān)于靶區(qū)和危及器官的DVH圖比較:Tomotherapy計劃的靶區(qū)曲線更加陡直，即靶區(qū)劑量均勻性更優(yōu)，熱點和冷點較少;Tomotherapy計劃的口咽的劑量曲線低于dIMRT;晶體和視神經(jīng)的曲線均高于dIMRT。見圖2。

2.3 Tomotherapy與dIMRT靶區(qū)劑量參數(shù)的比較

Tomotherapy計劃的 PGTVnx、PCTVln的 D98、D02以及所有靶區(qū)的均勻性指數(shù)HI，均優(yōu)于dIMRT，差異有統(tǒng)計學意義(P＜0．05)，靶區(qū)其他參數(shù)差別不大。見表1。

表1 Tomotherapy與dIMRT兩組計劃靶區(qū)的劑量參數(shù)比較(Gy，±s)

表1 Tomotherapy與dIMRT兩組計劃靶區(qū)的劑量參數(shù)比較(Gy，±s)

靶區(qū) Tomotherapy(Gy) dIMRT(Gy)t P PGTVnx D98 68．73 ±0．17 67．64 ±0．89 3．561 0．006 D95 69 68．39 ±0．6 3．177 0．011 D50 70．54 ±0．33 70．89 ±0．53 1．866 0．095 D2 72．01 ±0．54 73．53 ±0．9 4．462 0．002 HI* 0．047 ±0．0088 0．083 ±0．0207 4．779 0．001 PGTV1 D98 65．39 ±0．36 64．83 ±1．01 1．712 0．121 D95 66 ±0．03 65．98 ±0．94 0．083 0．936 D50 68．38 ±0．22 69．36 ±0．72 3．615 0．006 D2 70．8 ±0．45 72．68 ±0．85 5．625 0 HI* 0．079 ±0．009 0．113 ±0．203 4．873 0．001 PGTV2 D98 59．05 ±0．61 58．01 ±1．46 2．093 0．066 D95 59．97 ±0．07 59．86 ±0．73 0．506 0．625 D50 64．46 ±0．42 65．33 ±0．67 3．682 0．005 D2 68．94 ±0．62 70．73 ±1．21 4．323 0．002 HI*0．153 ±0．018 0．194 ±0．035 3．239 0．01

注:*不帶單位

2.4 Tomotherapy與dIMRT關(guān)于正常組織劑量參數(shù)比較

Tomotherapy計劃組的左、右視神經(jīng)，視交叉的平均最大劑量Dmax高于dIMRT(P＜0．05);左、右晶體平均最大劑量Dmax高于dIMRT(P＞0．05)，腦干和脊髓D1cc低于dIMRT(P＜0．05)。左右腮腺的Dmean、D33，以及口咽的Dmean均明顯低于dIMRT(P ＜0．05)。見表2。

表2 Tomotherapy與dIMRT兩組計劃的危及器官劑量參數(shù)(Gy，±s)

表2 Tomotherapy與dIMRT兩組計劃的危及器官劑量參數(shù)(Gy，±s)

評估參數(shù) Tomotherapy(Gy)dIMRT(Gy)t P腦干Dmax 46．10 ±5．1 43．35 ±2．92 2．537 0．032 D1cc 29．63 ±3．67 33．60 ±2．95 4．531 0．001脊髓Dmax 37．16 ±3．33 41．64 ±2．49 6．434 0 D1cc 29．56 ±3．21 36．91 ±2．22 6．807 0左晶體 Dmax 4．24 ±2．11 3．22 ±0．75 2．164 0．059右晶體 Dmax 4．19 ±1．98 3．33 ±0．98 2．038 0．072左視神經(jīng) Dmax 25．99 ±9．52 7．65 ±4．21 7．851 0右視神經(jīng) Dmax 27．37 ±12．27 11．49 ±15．68 5．353 0視交叉 Dmax 17．89 ±9．52 5．81 ±2．16 5．042 0．001左顳葉 Dmax 63．63 ±2．94 63．98 ±4．89 0．509 0．623右顳葉 Dmax 64．49 ±3．06 64．49 ±3．88 0．003 0．997左腮腺Dmean 26．08 ±2．7 30 ±4．19 3．996 0．003 D33 25．96 ±3．66 30．58 ±4．83 3．906 0．004右腮腺Dmean 25．94 ±2．34 39．25 ±3．83 3．596 0．006 D33 26．39 ±3．38 30．57 ±5．1 3．804 0．004左顳頜關(guān)節(jié)Dmean 30．28 ±2．37 31．87 ±2．17 1．978 0．079 D33 47．68 ±4．07 47．43 ±8．34 0．117 0．909右顳頜關(guān)節(jié)Dmean 29．42 ±2．29 30．87 ±1．86 2．058 0．07 D33 45．43 ±4．28 45．04 ±6．13 0．304 0．768左下頜骨Dmean 31．50 ±2．38 33．81 ±1．98 2．398 0．04 D33 67．57 ±3．75 69．4 ±4．5 1．778 0．109右下頜骨Dmean 31．88 ±1．78 33．16 ±1．39 1．727 0．118 D33 67．85 ±4．19 68．59 ±4．86 0．484 0．64左中耳Dmean 34．38 ±1．84 38．07 ±4．27 3．437 0．007 D33 52．01 ±3．78 54．01 ±5．9 3．437 0．239右中耳Dmean 34．17 ±2．14 38．57 ±4．25 4．073 0．003 D33 49．13 ±16．19 55．63 ±7．36 1．223 0．252口咽Dmean 26．54 ±1．66 28．38 ±2．47 3．967 0．003 D50 22．99 ±2．03 25．84 ±3．09 30．889 0．005 D05 46．26 ±1．1 50．7 ±3．29 3．969 0．003喉嚨Dmean 26．65 ±1．62 26．99 ±1．99 0．507 0．624 D50 23 ±2．82 23．69 ±2．55 0．54 0．603 D05 46．16 ±3．75 46．47 ±4．17 0．235 0．032

2.5 正常組織(皮膚體積減去所有靶區(qū)體積)劑量比較

Tomotherapy計劃的 V10～V30、V69均低于dIMRT(P ＜0．05)，V5、V40、V60 也比 dIMRT 計劃組低，但是差異沒有統(tǒng)計學意義(P＞0．05)。見表3。

表3 Tomotherapy和dIMRT的正常組織劑量比較(%，±s)

表3 Tomotherapy和dIMRT的正常組織劑量比較(%，±s)

Tomotherapy(%) dIMRT(%)t P V5 38．95 ±11．51 40．31 ±9．83 0．916 0．384 V10 25．59 ±10．6 34．3 ±7．11 2．663 0．026 V20 21．05 ±4．75 25．88 ±4．91 4．4 0．002 V30 13．94 ±3．23 17．3 ±3．51 4．8 0．001 V40 9．91 ±2．36 10．87 ±2．13 1．87 0．094 V50 6．86 ±1．73 3．86 ±1．25 0．00 1．000 V60 3．26 ±1．30 4．27 ±0．76 1．995 0．077 V69 0．39 ±0．46 1．29 ±0．35 4．574 0．001

2.6 機器跳數(shù)與照射時間的比較

Tomotherapy加速器在旋轉(zhuǎn)過程中不間斷出束，病人治療一次的跳數(shù)(MU)遠遠多于dIMRT，平均單次出束為(8 371±213)MU，比 dIMRT(2 163±92)增加了2．9倍(P=0．000);平均單次照射時間為(9．4 ±0．6)mins，比 dIMRT(13．6 ± 1．1 mins)減少了 44%(P=0．000)。

3 討論

螺旋斷層放療系統(tǒng)(Tomotherapy)是將6MV加速器徑向安裝在CT機架里，綜合了直線加速器和螺旋CT的特點，以兆伏級能量X射線掃描人體實現(xiàn)圖像引導放療(IGRT)。Tomotherapy系統(tǒng)可以實現(xiàn)360o旋轉(zhuǎn)，每隔7度計算一次多葉光柵的位置，共有51個投影角度照射患者腫瘤靶區(qū)。與常規(guī)加速器不同的是其光柵為64對二元氣動多葉光柵，單次照射多達10萬個子野，開閉時間只有20ms，因此靶區(qū)劑量高度適形，正常器官能最大限度的得到保護。Tomotherapy的薄層設(shè)計使得治療腫瘤的大小、位置、數(shù)量不受到限制。Tomotherapy的field width和pitch值越大，照射野內(nèi)暴露的危及器官面積越大，所受劑量會更高，劑量分布越差;相反，field width和pitch越小，對靶區(qū)的劑量分布和正常器官的保護會更好，但是計算時間和加速器治療時間，機器跳數(shù)(MU)會相應(yīng)增加［2］。因此設(shè)置優(yōu)化參數(shù)時要考慮到腫瘤的體積大小、數(shù)量、分布、以及和危及器官之間的相對鄰近關(guān)系。對于體積較大，周圍無重要器官或有一定耐受量正常組織的靶區(qū)，可以將射野寬度和螺距放大一些，以提高Tomotherapy的執(zhí)行效率。

文獻［3-5］報道了鼻咽癌 Tomotherapy與IMRT技術(shù)的劑量學差異，研究結(jié)果與本研究結(jié)論相似，即Tomotherapy技術(shù)在滿足臨床要求的靶區(qū)劑量前提下比常規(guī)IMRT技術(shù)更能降低大部分危及器官及正常組織的受照量。此外，Sheng［6］比較了10例鼻咽癌Tomotherapy和靜態(tài)調(diào)強SAS-IMRT兩種技術(shù)上的劑量學特點，認為Tomotherapy技術(shù)具有突出的劑量學優(yōu)勢，降低了OAR并發(fā)癥的風險。Lee［2］研究了Tomotherapy和SAS-IMRT在鼻咽癌調(diào)強放療中的劑量學比較，結(jié)果是Tomotherapy計劃在靶區(qū)適形度和均勻性上具有更加明顯的劑量學優(yōu)勢，除了視神經(jīng)、視交叉最大劑量高于SAS-IMRT外，其他危及器官劑量均低于SAS-IMRT。Kim［7］使用Tomotherapy與Pinnacle系統(tǒng)的SmartARC和IMRT對鼻咽癌做了劑量學比較，認為Tomotherapy具有非常好的PTV劑量均勻性，能夠更好地保護正常器官，縮短了治療時間。李奇欣［8］等人對鼻咽癌Tomotherapy、VMAT、固定野IMRT三種方法進行了對比研究，結(jié)果是Tomotherapy計劃的靶區(qū)適形度和劑量均勻性最優(yōu);脊髓、腦干、腮腺受量最低，但對于視神經(jīng)、視交叉、晶狀體的受量Tomotherapy計劃相對較高。本研究結(jié)果中，15例患者兩種計劃的靶區(qū)劑量均能滿足臨床處方要求［1］。Tomotherapy計劃組所有靶區(qū)的均勻性指數(shù)HI均優(yōu)于dIMRT(P＜0．05)，其中靶區(qū) PGTVnx、PGTVlnL、PGTVlnR、PGTVln 的 D98、D02均優(yōu)于dIMRT(P＜0．05)，說明冷點和熱點相對更少;左右腮腺平均劑量降低了4Gy左右(P＜0．05)，杭霞瑜［9］與Han［10］的研究結(jié)果中腮腺平均劑量降低4．5Gy、5Gy;左右中耳的平均劑量降低了約4Gy(P ＜0．05);口咽的 Dmean、D50、D05 分別降低了6%、11%、6%;其他大部分危及器官(除視神經(jīng)、視交叉以外)的平均劑量或者最大劑量均有不同程度的下降。上述提及的文獻中對于靶區(qū)均勻性以及危及器官劑量受量方面的討論結(jié)果與本研究一致。

綜上所述，Tomotherapy計劃組的靶區(qū)具有更加陡峭的劑量梯度，大部分危及器官的受量均明顯低于dIMRT，除了視神經(jīng)、視交叉、晶體所受劑量稍高于dIMRT。靶區(qū)附近的危及器官熱點分布較少，劑量曲線更為收斂。文獻［11］提出第二原發(fā)癌與全身所受過多不必要的照射劑量有直接關(guān)系，本研究數(shù)據(jù)顯示Tomotherapy系統(tǒng)能盡量降低全身所受劑量照射?？傊?，螺旋斷層放療技術(shù)在鼻咽癌放療中具有明顯的劑量學優(yōu)勢，縮短了治療時間，具有良好的臨床意義和應(yīng)用前景。

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