解傳濱　徐壽平　葛瑞剛　徐　偉　叢小虎　鞠忠建　鞏漢順　蔡博寧

作者單位:100853 解放軍總醫(yī)院

局部晚期喉癌和下咽癌容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強與螺旋斷層放療的劑量學研究

解傳濱徐壽平葛瑞剛徐偉叢小虎鞠忠建鞏漢順蔡博寧

作者單位:100853 解放軍總醫(yī)院

【摘要】目的比較局部晚期喉癌和下咽癌RapidArc(RA)容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強放療與螺旋斷層放療(HT)劑量學差異，探討2種調(diào)強技術(shù)特點及劑量學優(yōu)勢。方法選取10例喉癌(4例)和下咽癌(6例)術(shù)后患者，分別設計RA、HT兩組治療計劃，比較靶區(qū)及危及器官劑量分布、劑量體積直方圖(DVH)等指標情況，并對機器跳數(shù)(MU)與出束時間予以評估。結(jié)果兩者均實現(xiàn)了95%以上靶體積的劑量覆蓋，并體現(xiàn)出類似的劑量均勻性。RA組腮腺、口腔V10較HT組分別降低了9.6%、13.6%(P=0.03/0.00)，而HT組V40卻降低了13.4%、13.7%(P=0.00/0.21)。在減少正常組織(NT)受量上RA更具優(yōu)勢，而HT實現(xiàn)了對脊髓更好的避讓。RA/HT兩組計劃的平均機器跳數(shù)和出束時間分別為820 MU/5 367 MU、377 s/150 s。結(jié)論兩種旋轉(zhuǎn)調(diào)強技術(shù)均能較好地實現(xiàn)喉癌和下咽癌照射，且RA在減少低劑量照射及計劃實施效率上更具優(yōu)勢。

【關鍵詞】喉癌；下咽癌；快速容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強；螺旋斷層放射治療；劑量學

(ThePracticalJournalofCancer,2016,31:120～123)

近年來，旋轉(zhuǎn)調(diào)強放療(intensity-modulted arc radiotherapy,IMAT)普遍應用于臨床，Vanrtti等[1]在對IMAT與IMRT計劃的比較研究中肯定了雙弧IMAT在下咽部位腫瘤中的優(yōu)勢。螺旋斷層治療(helical tomotherapy,HT)的推廣應用，在很多疾病特別是頭頸部腫瘤中都體現(xiàn)出了較好的靶區(qū)均勻性以及對重要器官的保護優(yōu)勢[2-6]。但是對這兩種實現(xiàn)方式不同的旋轉(zhuǎn)調(diào)強技術(shù)劑量學研究卻鮮有報道。本研究通過比較局部晚期喉癌和下咽癌螺旋斷層放射治療(helical tomotherapy，HT)與快速容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強放射治療(rapidarc，RA)的劑量學差異，探討兩種旋轉(zhuǎn)調(diào)強技術(shù)的特點及劑量學優(yōu)勢，以期為臨床應用選擇提供參考。

1　資料與方法

1.1　臨床病例與定位方法

選取10例于2014年4月-2014年10月在解放軍總醫(yī)院接受術(shù)后放療的下咽部腫瘤患者，其中喉癌4例，下咽癌6例。患者均采用仰臥位S型頭頸肩熱塑體模固定,自頭頂至鎖骨頭下3 cm行層厚3 mm螺旋CT定位掃描(平掃+增強)。

1.2　靶區(qū)定義與處方劑量

患者圖像以DICOM RT格式傳輸至Pinnical3 Ver 9.6治療計劃系統(tǒng)，在平掃與增強掃描圖像融合基礎上完成靶區(qū)與危及器官勾畫。計劃靶區(qū)(PTV)分為兩部分：高危區(qū)(PTV1)和低危區(qū)(PTV2)，處方劑量分別為60.2 Gy/28F、50.4 Gy/28F。各危及器官劑量限值：口腔V40<30%，腮腺V30<50%，脊髓Dmax<45 Gy[7]。

1.3　計劃設計

將每例患者圖像及輪廓數(shù)據(jù)分別傳輸至Eclipse 10.0計劃工作站與Hi-Art計劃工作站(Ver4.1.2)，分別進行計劃設計并定義為RA組、HT組，RA組采用Varian Clinac iX 直線加速器6MV X射線，計劃選用雙弧快速容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強設計，最大劑量率600 MU/min。HT計劃螺距值(pitch)均選用0.287，并在計劃優(yōu)化過程中實時調(diào)整調(diào)制因子(modulation factor)以保證機架旋轉(zhuǎn)周期在16～20 s。

1.4　劑量學參數(shù)比較

靶區(qū)劑量學比較包括靶區(qū)覆蓋度(D95，V100)、平均劑量Dmean及劑量均勻性(HI)和適形度(CI)。HI 定義為D5%/ D95%[8]。HI 越小(接近1)，劑量越均勻。CI=CF (cover factor) ×SF ( spill factor),公式中CF 定義為PTV 所受處方劑量體積與PTV 體積之比，SF 定義為PTV處方劑量體積與整個處方劑量體積之比。CI 越接近1，則劑量分布的適形度越好。各器官劑量學評估包括腮腺、口腔以及受照區(qū)域正常組織(NT)的V10、V20、V30、V40以及平均劑量Dmean，脊髓最大劑量Dmax。比較兩組計劃的機器跳數(shù)與出束時間，評估計劃實施效率。

1.5　統(tǒng)計學方法

應用SPSS 18.0統(tǒng)計軟件對兩組計劃劑量學參數(shù)行配對t檢驗，P<0.05有統(tǒng)計學意義。

2結(jié)果

2.1　等劑量曲線評估

通過對兩組計劃等劑量曲線評估發(fā)現(xiàn)，兩種技術(shù)均實現(xiàn)了處方劑量對靶區(qū)高度適形覆蓋并達到了理想的劑量均勻性，同時最大限度地保護了周圍各危及器官。由于HT是通過一定寬度射野在縱軸方向上旋轉(zhuǎn)疊加實現(xiàn)靶區(qū)的照射，由此造成了靶區(qū)劑量縱向延伸現(xiàn)象，這在靶區(qū)縱向邊緣層面得到了明顯的體現(xiàn)，見圖1a所示為距靶區(qū)上緣6 mm層面，HT計劃的受照劑量明顯高于RA計劃，這在圖2所示的冠狀位等劑量曲線分布圖中能夠更清楚地觀察到。

圖1　軸位等劑量曲線分布圖

圖2　冠狀位等劑量曲線分布圖2.2　DVH評估

對兩組計劃平均DVH分析發(fā)現(xiàn)，兩種技術(shù)均實現(xiàn)了處方劑量對靶區(qū)超過95%的覆蓋。RA組非靶區(qū)組織NT受量總體要低于HT組?？谇患叭俚蛣┝繀^(qū)域RA組具有明顯優(yōu)勢，而HT組體現(xiàn)出對脊髓更好的避讓，如圖3所示。

實線為RA計劃，虛線為HT計劃。

2.3　靶區(qū)劑量參數(shù)比較

兩組放療計劃的靶區(qū)劑量學參數(shù)比較分析見表1所示，兩者均實現(xiàn)了對靶區(qū)的較好覆蓋，并體現(xiàn)出了相類似的劑量均勻性，適形度指數(shù)(CI)略有不同，但無統(tǒng)計學意義。

表1　Ra組和HT組計劃的靶區(qū)劑量參數(shù)統(tǒng)計

2.4　危及器官劑量及受照體積比較

危及器官劑量和受照體積參數(shù)比較見表2，與DVH 評估結(jié)果相同，RA組在腮腺、口腔的低劑量區(qū)域特別是V10的比較中體現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢，而以V40為代表的高劑量照射體積HT組要更小，且差異具有統(tǒng)計學意義。而在減少NT受照體積上RA具有更大優(yōu)勢。

2.5　計劃實施效率

HT組平均機器跳數(shù)為5 367 MU,平均出束時間為377 s，RA組平均機器跳數(shù)為820 MU,平均時間為150 s。

表2　RA和HT計劃中各危及器官劑量學參數(shù)統(tǒng)計

3　討論

喉癌是頭頸部常見惡性腫瘤之一，發(fā)病率占頭頸腫瘤3%～8%(位居第2位)。其病理類型90%以上為鱗狀細胞癌，根據(jù)原發(fā)部位可分為：聲門上區(qū)(40%)、聲門區(qū)(50%～60%)、聲門下區(qū)(1%～4%)。其中聲門上和聲門下癌初診時多為局部晚期，其發(fā)病率近年來成上升趨勢[9]。下咽癌是頭頸部腫瘤中臨床療效最差的腫瘤[10]，約占頭頸部腫瘤的1.4%~7.0%[11-12]；由于其解剖位置的特殊性，且出于保留后功能的需要，手術(shù)具有相當?shù)碾y度，使下咽癌具有高侵襲性、高轉(zhuǎn)移性、高復發(fā)性的特點。喉癌和下咽癌所處解剖位置毗鄰，具有相似的生物學行為，其局部晚期病變的治療方式、放射治療靶區(qū)勾畫及照射技術(shù)相同，故本研究將局部晚期喉癌和下咽癌作為研究對象。

本研究將兩種實現(xiàn)方式不同的旋轉(zhuǎn)調(diào)強技術(shù)在喉癌和下咽癌放射治療中的應用做了初步劑量學分析。結(jié)果表明兩種方法均能在較好保護正常器官同時實現(xiàn)對下咽部位腫瘤的照射，但兩者又有著各自的技術(shù)特點和劑量學優(yōu)勢。RA以Otto[13]提出的VMAT理論為基礎實現(xiàn)了多葉光柵葉片位置、加速器輸出劑量率等均可隨機架可變速轉(zhuǎn)動進行調(diào)節(jié)的旋轉(zhuǎn)調(diào)強技術(shù)，配合以影像引導，實現(xiàn)了治療的高效性和準確性。HT則是采用CT原理在治療床平移和機架連續(xù)旋轉(zhuǎn)的同時通過二元氣動光柵對一定寬度的扇形射束進行強度調(diào)制從而實現(xiàn)對復雜靶區(qū)的螺旋照射。

通過對兩組計劃平均DVH以及劑量學參數(shù)進行比較發(fā)現(xiàn)，RA組各器官低劑量照射尤其是10 Gy照射體積要明顯低于HT組，但在逐層分析靶區(qū)層面等劑量曲線分布圖時并未體現(xiàn)出此種差異，而且H在橫斷面上體現(xiàn)出更出色地危及器官避讓。但圖1a所示靶區(qū)縱向邊緣層面比較中發(fā)現(xiàn)，RA計劃劑量已減至10~20 Gy而HT計劃卻依然存在超過40 Gy的劑量線，這正是由于HT通過一定寬度射束在縱軸方向螺旋疊加以實現(xiàn)對靶區(qū)照射覆蓋的方式所導致劑量分布在縱軸方向延伸，并且這種延伸勢必給縱軸方向上超出靶區(qū)上界的腮腺、口腔等受量帶來影響，并且這種影響會隨著鉛門寬度的變大而增加[7,14]，HT組正常組織(NT)受量總體偏高的現(xiàn)象也是對這種劑量延伸效應的明顯體現(xiàn)。而HT在橫斷面方向所具有的超強調(diào)制能力實現(xiàn)了靶區(qū)邊緣劑量分布的高銳利度，其腮腺、口腔的V40較RA組降低了13.4%、13.7%(P=0.00/0.21)。在實施效率上，RA機器跳數(shù)、出束時間分別較HT組減少了84.7%、60.2%，因為 HT采用的是扇形束螺旋斷層調(diào)強方式，相比RA錐形束容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強方式勢必屏蔽掉大部分有用射束，也由此帶來了出束時間的延長。

總之，兩種旋轉(zhuǎn)調(diào)強技術(shù)均能在較好地保護正常器官的同時可實現(xiàn)對喉癌和下咽癌照射治療，但RA技術(shù)在減少低劑量照射及計劃實施效率上更具一定的優(yōu)勢。

參考文獻

[1]Vanetti E,Clivio A,Nicolini G,et al.Volumetric modulated IMAT radiotherapy for cIMATinomas of the oro-pharynx，hypopharynx and larynx:a treatment planning comparison with fixed field IMRT〔J〕.Radiother Oncol,2009，92:111-117.

[2]Sheng K,Molloy JA,Read PW.Intensity modulated radiation therapy (IMRT) dosimetry of the head and neck:A comparison of treatment plans using linear accelerator-based IMRT and helical tomotherapy〔J〕.Radiat Oncol Biol Phys,2006,65(3):917-923.

[3]Fiorino C,Oca ID,Pierelli A,et al.Significant improvement in normal tissue sparing and target coverage for head and neck cancer by means of helical tomotherapy〔J〕.Radiother Oncol,2006,78(2):276-282.

[4]Xin Z,Jose P,Eduardo G,et al.Dosimetric comparison of Helical Tomoherapy and Linac-IMRT treatment plans for head and neck cancer patents〔J〕.Medical Dosimetry,2010,35(4):264-268.

[5]Lee TF,Fang FM,Chao PJ,et al.Dosimetric comparisons of helical tomotherapy and step-and-shoot intensity-modulated radiotherapy in nasopharyngeal carcinoma〔J〕.Radiother Oncol,2008,89(1):89-96.

[6]Wiezorek T,Brachwitz T,Georg D,et al.Rotational IMRT techniques compared to fixed gantry IMRT and Tomotherapy:multi-institutional planning study for head-and-neck cases〔J〕.Radiat Oncol,2011,6(1):20.

[7]解傳濱,徐壽平,葛瑞剛,等.下咽癌靜態(tài)調(diào)強放療與兩種射野寬度設計螺旋斷層治療的劑量學研究〔J〕.中國醫(yī)學物理學雜志,2011,28(6):2967-3020.

[8]Chen MF,Tseng CJ,Tseng CC.Clinical outcome in post-hysterectomy cervical cancer patients treated with concurrent cisplatin and intensity-modulated pelvic radiotherapy:Comparison with conventional radiotherapy 〔J〕.Radiat Oncol Biol Phys,2007,67(5):1438-1444.

[9]羅京偉,殷蔚伯,余子豪,等主編.腫瘤放射治療學〔M〕.第4版.北京:中國協(xié)和醫(yī)科大學出版社,2008:383-426.

[10]祁超,吳維平,崔可飛,等.早期下咽癌手術(shù)和(或)放射治療的臨床研究〔J〕.中華放射腫瘤學雜志,2000,9(4):229-231.

[11]Hoffman HT,Karnell LH,Shah JP,et al.Hypopharyngeal cancer patient care evaluation Laryngoscope〔J〕.1997,107(8):1005-1017.

[12]Wahlberg PCG,Harald-Andersson KE,Biorklund AT,et al.Carcinoma of the hypopharynx:analysis of incidence and suevival in Sweden over a 30-year period〔J〕.Head Neck,1998,20(8):714-719.

[13]Otto K.Volumetric modulated Are therapy：IMRT in a single gantry arc〔J〕.Mad Phys，2008,35(1):310-317.

[14]解傳濱,徐壽平,戴相昆,等.鼻咽癌螺旋斷層治療中物理參數(shù)優(yōu)化因素的分析〔J〕.實用癌癥雜志,2012,27(3):257-262.

(編輯：吳小紅)

Study of Dosimetry of Volumetric Modulated Arc Therapy and Helical Tomotherapy for Patient with Locally Advanced Laryngeal and Hypopharyngeal Carcinoma

XIEChuanbin,XUShouping,GERuigang,etal.PLAGeneralHospital,Beijing,100853

【Abstract】ObjectiveTo compare the dosimetric characteristics of helical tomotherapy (HT) and RapidArc (RA) therapy for laryngeal and hypopharyngeal carcinoma.Methods10 patients with post-operative laryngeal or hypopharyngeal carcinoma were enrolled in this study.RA plans and HT plans were created for each patient and according to dose-volume histogram (DVH) analysis in terms of PTV homogeneity and conformity indices (HI and CI) as well as OARs dose and volume parameters were compared.Additionally,the cumulative monitor unit (MUs) and treatment delivery times of the different technologies were analyzed.ResultsThe 2 techniques could well achieve the target coverage (95%) and showed a similar dose uniformity.RA showed better in the low dose distribution of the organs such as parotids and oral,but the HT plans have a visible advantage over the RA plans in the high dose,the V40of parotids and oral were reduced by 13.4%,13.7%(P=0.00/0.21).The MU and treatment delivery time of RA and HT were 820 MU/5 367 MU,377 s/150 s.ConclusionThe 2 kinds of treatment plans can provide good dose distribution.And RA seems to be obviously better in low dose distribution and the delivery efficiency.

【Key words】Laryngeal carcinoma;Hypopharyngeal carcinoma;Tomotherapy;Intensity-modulated Arc Therapy;Dosimetry

中圖分類號：R739.65

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5930(2016)01-0120-04

DOI：10.3969/j.issn.1001-5930.2016.01.036

收稿日期(2015-01-20修回日期 2015-06-11)