李全義戴相昆蔡博寧陳高翔王金媛宋明永方春鋒竇超

作者單位：518029 深圳1武警邊防總醫(yī)院放射治療科 深圳武警醫(yī)院放射治療科；100853 北京2解放軍總醫(yī)院放射治療科

臨床研究

鼻咽癌螺旋斷層調(diào)強(qiáng)與快速旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療的劑量學(xué)比較

李全義1戴相昆2蔡博寧2陳高翔2王金媛2宋明永2方春鋒2竇超2

作者單位：518029 深圳1武警邊防總醫(yī)院放射治療科 深圳武警醫(yī)院放射治療科；100853 北京2解放軍總醫(yī)院放射治療科

目的 比較螺旋斷層調(diào)強(qiáng)（helical tomotherapy，HT）與快速旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)（rapid arc，RA）在鼻咽癌放療計(jì)劃中的劑量學(xué)差異。方法 回顧性選取11例接受放療的鼻咽癌患者，分別設(shè)計(jì)HT計(jì)劃與RA計(jì)劃。根據(jù)兩組計(jì)劃的劑量體積直方圖（dose volume histogram，DVH）統(tǒng)計(jì)靶區(qū)劑量、危及器官（organs at risk，OARs）的受照射劑量，并計(jì)算計(jì)劃靶區(qū)的適形度指數(shù)（conformity index，CI）與均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI）。比較兩種計(jì)劃的機(jī)器跳數(shù)（monitor unit，MU）、治療時間和Gamma通過率。結(jié)果 兩組計(jì)劃的靶區(qū)劑量分布以及OARs的受照射劑量均能滿足臨床治療要求，HT計(jì)劃和RA計(jì)劃的Gamma通過率分別為（99.06±0.45）%和（98.7±0.46）%。但HT計(jì)劃的靶區(qū)HI以及對脊髓、晶體和腮腺的保護(hù)優(yōu)于RA計(jì)劃。RA計(jì)劃能夠降低眼球、視神經(jīng)、視交叉以及靶區(qū)外正常組織的受照射劑量，RA計(jì)劃的出束時間和MU較HT計(jì)劃分別降低了60%和85%。結(jié)論 兩種技術(shù)均能滿足鼻咽癌放療的劑量學(xué)要求，但RA計(jì)劃可以顯著提高療效。

鼻咽腫瘤；螺旋斷層調(diào)強(qiáng)；快速旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)；放射療法；劑量學(xué)

放療或同步放化療是鼻咽癌的主要治療手段之一。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，調(diào)強(qiáng)適形放療（intensitymodulated radiation therapy，IMRT）技術(shù)尤其是螺旋斷層放療（helical tomotherapy，HT）與旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療（intensity-modulated arc radio therapy，IMAT）的臨床應(yīng)用，提高了腫瘤的局部控制率?？焖傩D(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)（rapid arc，RA）與容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療（volumetric modulated arc therapy，VMAT）是IMAT的典型商業(yè)系統(tǒng)。由于鼻咽癌靶區(qū)復(fù)雜，危及器官（organs atrisk，OARs）較多，其劑量學(xué)研究一直是放射治療領(lǐng)域的熱點(diǎn)。多位學(xué)者研究了HT或IMAT與傳統(tǒng)固定野調(diào)強(qiáng)放療的劑量學(xué)特性，結(jié)果顯示IMAT不僅具有良好的劑量學(xué)特性，而且能夠顯著縮短治療時間［1～4］，然而由于對照組射野數(shù)不同，取得的結(jié)果也存在差異［5，6］。楊詠強(qiáng)等［7］研究了直腸癌術(shù)前IMAT與HT的劑量學(xué)特性，結(jié)果顯示術(shù)前同期加量放療中采用IMAT技術(shù)可獲得與HT計(jì)劃相當(dāng)?shù)膭┝糠植?，對小腸保護(hù)略有優(yōu)勢，且機(jī)器跳數(shù)（monitorunit，MU）明顯降低。然而對于HT與IMAT在鼻咽癌調(diào)強(qiáng)放療中的劑量學(xué)比較少有報(bào)道，本研究分別設(shè)計(jì)鼻咽癌HT計(jì)劃與RA計(jì)劃，分析比較兩種計(jì)劃的劑量學(xué)差異，為臨床治療提供劑量學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

回顧性選取我科2015年6～12月收治的11例經(jīng)病理檢查證實(shí)為低分化鱗癌的鼻咽癌放療患者，其中男性7例，女性4例，年齡23～54歲，中位年齡38歲。所有患者均采取仰臥位，頭墊C枕，熱塑頭頸肩一體模固定，體表標(biāo)記后，所有患者均行CT掃描，先平掃后增強(qiáng)，掃描范圍為顱頂至氣管隆突，層厚為3 mm。定位CT圖像經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳至Philips Pinancle 7.6治療計(jì)劃系統(tǒng)。

1.2 靶區(qū)及危及器官勾畫

參照ICRU50號、62號報(bào)告和2010年鼻咽調(diào)強(qiáng)放療專家共識。大體腫瘤靶體積（gross target volume，GTV）分為鼻咽部大體腫瘤靶體積（GTVnx）和頸部轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)大體腫瘤靶體積（GTVnd），各方向分別外放3 mm得到計(jì)劃大體腫瘤體積（pGTV），分別對應(yīng)為pGTVnx與pGTVnd；臨床靶體積（clinical targetvolume，CTV）分為高危區(qū)（原發(fā)腫瘤和陽性腫大淋巴結(jié)周圍極有可能侵犯或轉(zhuǎn)移的鄰近區(qū)域，CTV1）與預(yù)防照射區(qū)（可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)移的頸部淋巴結(jié)區(qū)域，CTV2），依據(jù)擺位誤差數(shù)據(jù)外擴(kuò)3 mm得到各部分的計(jì)劃靶體積（planning target volume，PTV），分別對應(yīng)為PTV1與PTV2。危及器官勾畫包括腮腺、腦干、脊髓、眼球、晶狀體、視神經(jīng)、顳頜關(guān)節(jié)、口腔等。

1.3 治療計(jì)劃設(shè)計(jì)

將每例患者圖像及輪廓數(shù)據(jù)分別傳輸至Varian Eclipse 8.6治療計(jì)劃系統(tǒng)（美國Varian公司）與Hi-Art計(jì)劃工作站Ver 4.3（美國Accuray公司），分別設(shè)計(jì)RA計(jì)劃與HT計(jì)劃。RA計(jì)劃采用Varian Clinac iX直線加速器（美國Varian公司）6MV-X射線，采取雙弧照射，兩個照射弧機(jī)架旋轉(zhuǎn)范圍分別是179.9°～180.1°和180.1°～179.9°，準(zhǔn)直器分別旋轉(zhuǎn)±5°，最大劑量率為600 MU/min。HT計(jì)劃鉛門寬度、螺距和調(diào)制因子分別設(shè)置為2.5、0.287和2.7。靶區(qū)處方劑量為pGTV（pGTVnd、pGTVnx），均給予67.5 Gy/30次，PTV1給予60 Gy/30次，PTV2給予54 Gy/30次。所有計(jì)劃要求處方劑量至少覆蓋95%的計(jì)劃靶區(qū)體積，靶區(qū)內(nèi)最大劑量不超過處方劑量的110%，并且危及器官要求符合RTOG 0225標(biāo)準(zhǔn)劑量限制要求：脊髓最大劑量（Dmax）＜45 Gy、腦干Dmax＜54 Gy、腮腺受照射劑量30 Gy的體積所占總體積的百分比（V30）＜50%、晶狀體Dmax＜8 Gy、視交叉Dmax＜54 Gy、顳頜關(guān)節(jié)Dmax＜70 Gy、眼球Dmax＜50 Gy。

1.4 治療計(jì)劃評估參數(shù)

計(jì)劃靶區(qū)評估參數(shù)主要為劑量體積直方圖（dose volume histogram，DVH）、靶區(qū)Dmax、最小劑量（Dmin）、平均劑量（Dmean）以及靶區(qū)適形度指數(shù)（conformity index，CI）與均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI），其計(jì)算公式按文獻(xiàn)［8］。

危及器官評估參數(shù)主要分析脊髓和晶體的Dmax，腦干、神交叉和視神經(jīng)的Dmax及Dmean，腮腺Dmean及V30。將患者定位在CT圖像中，外輪廓以內(nèi)減勾畫靶區(qū)的所有區(qū)域定義為靶區(qū)外正常組織，并分析其受照射劑量5Gy、10Gy和20Gy的體積所占總體積的百分比，即V5、V10和V20。

1.5 劑量驗(yàn)證

兩組計(jì)劃的劑量驗(yàn)證參照AAPM53報(bào)告建議的劑量位置誤差限定為3%/3mm標(biāo)準(zhǔn)，分別行Arc-check

模體驗(yàn)證（分析軟件為SNCP，Sun Unclear公司），并

統(tǒng)計(jì)兩組計(jì)劃合成劑量在模體中的驗(yàn)證結(jié)果。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

計(jì)劃完成后，分別將HT計(jì)劃與RA計(jì)劃傳輸至MIM 6.5.4系統(tǒng)（美國MIMsoftware公司），利用DVH對兩種計(jì)劃的計(jì)劃靶區(qū)、OARs和靶區(qū)外正常組織體積的受照射劑量進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。采用SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）形式表示，兩種計(jì)劃劑量學(xué)的比較采用配對t檢驗(yàn)，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。最后統(tǒng)計(jì)兩種計(jì)劃單次執(zhí)行時的MU和治療時間。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量評估指標(biāo)

2.1.1 劑量體積直方圖 圖1為一例患者的DVH圖，從圖中可以看出兩種計(jì)劃均能滿足臨床治療靶區(qū)劑量覆蓋要求。與RA計(jì)劃相比，HT計(jì)劃（pGTVnx、pGTVnd、PTV1、PTV2）靶區(qū)劑量更為陡峭。兩種計(jì)劃橫斷面等劑量曲線顯示，靶區(qū)劑量包繞完整且適形度較好（等劑量線由內(nèi)到外依次為67.5 Gy、60.0 Gy、54.0 Gy、45.0 Gy）。見圖2。 2.1.2 靶區(qū)劑量比較 HT計(jì)劃中pGTVnx、pGTVnd、PTV1、PTV2的Dmax均小于RA計(jì)劃。除PTV2外，其余均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。CI和HI亦優(yōu)于RA計(jì)劃，其中HI差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見表1。

圖1 兩種計(jì)劃的靶區(qū)DVH比較

圖2 兩種計(jì)劃的橫斷面等劑量線分布比較

表1 兩種計(jì)劃的靶區(qū)劑量、適形度指數(shù)、均勻性指數(shù)比較（±s）

表1 兩種計(jì)劃的靶區(qū)劑量、適形度指數(shù)、均勻性指數(shù)比較（±s）

C I與H I為介于0到1之間的無量綱數(shù)值，C I越接近1，表明靶區(qū)劑量適形度越好；H I越接近0，表明靶區(qū)劑量越均勻。

評價指標(biāo) HT計(jì)劃 RA計(jì)劃 t P pGTVnx Dmax（Gy） 71.91±0.88 72.93±0.42 -3.48 0.03 Dmin（Gy） 62.97±3.85 62.99±1.70 -0.01 0.99 Dmean（Gy） 69.63±0.52 69.64±0.32 -0.07 0.96 CI 0.84±0.04 0.82±0.02 1.02 0.74 HI 0.05±0.01 0.07±0.02 -1.55 0.03 pGTVnd Dmax（Gy） 72.03±0.74 72.91±0.45 -2.41 0.04 Dmin（Gy） 62.99±3.69 62.04±2.35 0.53 0.63 Dmean（Gy） 69.52±0.24 69.73±0.28 -0.95 0.40 CI 0.83±0.04 0.82±0.02 0.67 0.76 HI 0.06±0.01 0.07±0.01 -2.41 0.04 PTV1 Dmax（Gy） 72.15±0.65 73.11±0.35 -4.52 0.01 Dmin（Gy） 45.42±1.87 45.12±5.77 0.39 0.45 Dmean（Gy） 64.14±0.38 64.58±0.34 -1.85 0.14 CI 0.88±0.11 0.87±0.01 1.04 0.96 PTV2 Dmax（Gy） 65.21±4.85 65.34±4.65 -0.04 0.97 Dmin（Gy） 44.86±4.08 35.69±7.51 1.84 0.14 Dmean（Gy） 56.28±0.35 56.62±0.32 -1.76 0.15 CI 0.86±0.06 0.85±0.02 0.07 0.88

2.2 危及器官與靶區(qū)外正常組織劑量比較

兩種計(jì)劃均能滿足臨床劑量限制要求。HT計(jì)劃脊髓、左右晶體的Dmax較RA計(jì)劃小，雙側(cè)腮腺的Dmax、Dmean與V30均低于RA計(jì)劃，除左腮腺Dmean外，其余差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。RA計(jì)劃在左右眼球、左右視神經(jīng)與視交叉的Dmax較HT計(jì)劃小，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。其余二者相似。但HT計(jì)劃靶區(qū)外正常組織體積V5、V10、V20明顯高于RA計(jì)劃，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），隨著劑量的增大，二者的差異逐漸變小。見表2。

表2 兩種計(jì)劃的OARs受照射劑量比較（±s）

表2 兩種計(jì)劃的OARs受照射劑量比較（±s）

評價指標(biāo) HT計(jì)劃 RA計(jì)劃 t P脊髓Dmax（Gy） 33.52±1.46 39.89±1.45 -9.69＜0.01左晶體Dmax（Gy） 3.74±1.43 4.46±1.26 -2.69 0.04右晶體Dmax（Gy） 3.27±0.97 4.62±1.22 -5.99＜0.01視交叉Dmax（Gy） 35.11±7.91 26.01±8.12 4.42 0.01左視神經(jīng)Dmax（Gy） 38.83±12.30 29.56±20.72 4.33 0.02右視神經(jīng)Dmax（Gy）左眼球Dmax（Gy）右眼球Dmax（Gy）37.67±9.56 25.50±8.11 23.14±7.32 27.78±18.27 19.40±9.98 16.72±6.47 3.81 3.68 5.57 0.02 0.02 0.01腦干Dmax（Gy） 49.73±1.49 50.11±3.06 -0.75 0.10 Dmean（Gy） 24.77±3.02 24.96±4.94 -0.11 0.92左腮腺Dmax（Gy） 69.04±2.75 70.19±2.34 -2.81 0.04 Dmean（Gy） 31.72±1.34 32.92±1.62 -1.13 0.32 V30（%） 40.15±5.18 42.05±3.87 -2.15 0.03右腮腺Dmax（Gy） 65.53±0.68 66.99±0.38 -6.62 ＜0.01 Dmean（Gy） 30.84±0.82 33.88±1.56 -2.29 0.08 V30（%） 38.18±6.33 41.45±4.16 -1.98 0.03左顳頜關(guān)節(jié)Dmax（Gy） 52.25±2.43 58.03±4.50 1.36 0.25右顳頜關(guān)節(jié)Dmax（Gy） 50.76±7.44 56.17±3.25 -2.31 0.08靶區(qū)外正常組織體積V5（%） 69.78±16.64 56.83±15.96 15.42 ＜0.01 V10（%） 57.14±17.21 49.59±15.68 17.38 ＜0.01 V20（%） 44.35±15.01 37.18±14.34 12.68 ＜0.01

2.3 治療時間與MU比較

HT計(jì)劃和RA計(jì)劃的單次治療時間（出束時間）分別為（402.34±35.23）s和（157.82±27.15）s，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=14.32，P＜0.01）；MU分別為5 847±561.57和843.66±147.69，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=16.26，P＜0.01）；與HT計(jì)劃比較，RA計(jì)劃的出束時間縮短了65%，MU降低了85%。

2.4 Gamma通過率比較

對兩組計(jì)劃分別進(jìn)行Gamma定量分析，劑量位置誤差限定為3%/3mm標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)Gamma值小于1的測量點(diǎn)百分比大于95%時，則認(rèn)為劑量分布符合臨床治療要求［9］。HT計(jì)劃和RA計(jì)劃的Gamma通過率分別為（99.06±0.45）%和（98.7±0.46）%。

3 討論

調(diào)強(qiáng)放療是目前鼻咽癌主要的治療手段之一，IMRT治療鼻咽癌能較好地保護(hù)腮腺等正常器官，同時提高患者的總生存率。HT和VMAT是近年調(diào)強(qiáng)放療的新技術(shù)，代表了IMAT技術(shù)發(fā)展的兩個方向。國內(nèi)外研究表明螺旋HT放療和VMAT放療在鼻咽癌放療中均具有一定優(yōu)勢［10，11］。

本研究分析比較了11例鼻咽癌HT計(jì)劃與RA計(jì)劃的劑量學(xué)差異，結(jié)果顯示兩種技術(shù)均能較好地滿足臨床治療劑量要求，且二者的Gamma通過率相似，說明兩種技術(shù)均能準(zhǔn)確地執(zhí)行鼻咽癌治療。然而HT計(jì)劃靶區(qū)劑量分布更加均勻，尤其是靶區(qū)Dmax與Dmin方面較RA計(jì)劃有明顯優(yōu)勢。對于OARs，雖然兩種技術(shù)均能滿足劑量預(yù)設(shè)限制要求，但HT計(jì)劃對于靠近靶區(qū)的部分危及器官，如雙側(cè)腮腺等的Dmax、Dmean與V30較低，提示HT計(jì)劃對于降低放療副反應(yīng)，尤其對鼻咽癌局部復(fù)發(fā)的再次治療具有重要意義。Servagi等［12］研究了HT與IMAT在口咽癌中的劑量學(xué)特性，結(jié)果顯示HT具有較好的劑量均勻性，且腮腺等危及器官的受照射劑量更低。HT技術(shù)和IMAT技術(shù)雖然均屬于IMAT范疇，但是兩種技術(shù)的實(shí)施方式明顯不同。HT技術(shù)完全不同于傳統(tǒng)加速器，它采取扇形束螺旋斷層的治療模式，實(shí)現(xiàn)腫瘤靶區(qū)的分層治療，其二進(jìn)制多葉光柵運(yùn)動速度極快，從而提高了劑量調(diào)制能力。而IMAT技術(shù)可以看成是由傳統(tǒng)加速器拉弧治療演化而來，機(jī)架旋轉(zhuǎn)過程中連續(xù)出束并改變多葉準(zhǔn)直器（multi leaf collimator，MLC）的形狀。相對而言，HT技術(shù)由于采取“切片式”治療方法，并且子野數(shù)目更多，具有更“銳利”的高劑量梯度，因此HT技術(shù)能在滿足靶區(qū)劑量的同時更有效地保護(hù)危及器官。然而，RA計(jì)劃在保護(hù)視神經(jīng)、視交叉與眼球等危及器官方面比HT計(jì)劃有明顯優(yōu)勢。這可能與HT劑量投遞方式有關(guān)，HT是通過固定寬度射束在縱軸方向螺旋疊加以實(shí)現(xiàn)對靶區(qū)照射覆蓋，這種方式引起了劑量分布在縱軸方向延伸，而視交叉、視神經(jīng)與眼球在空間解剖位置分布為縱向分布，因此這種劑量延伸會給縱軸方向分布的器官受照射劑量帶來影響，相關(guān)研究表明這種影響會隨著鉛門寬度的變大而增加［13］。對于靶區(qū)外正常組織體積，本研究結(jié)果顯示，與RA計(jì)劃相比，HT計(jì)劃靶區(qū)外正常組織低劑量體積區(qū)域較大，與文獻(xiàn)［12］報(bào)道結(jié)果一致。靶區(qū)外正常組織體積（V5，V10，V20）的增加，使發(fā)生輻射誘發(fā)二次腫瘤的風(fēng)險增高。然而，在晶體的受照射劑量中，HT計(jì)劃可以顯著降低，這一結(jié)果與HT的靶區(qū)外正常組織低劑量區(qū)域較高相矛盾。其主要原因在為HT計(jì)劃設(shè)計(jì)可以全部遮擋晶體，使射線不穿過遮擋區(qū)域，從而降低了晶體的受照射劑量。本文結(jié)果顯示，RA計(jì)劃和HT計(jì)劃的單次治療時間分別為（402.34±35.23）s和（157.82± 27.15）s，MU分別為5 847±561.57和843.66±147.69。RA計(jì)劃的出束時間與MU分別減小了60%與85%。出束時間的縮短有利于提高治療效率，增加放療科患者的“吞吐量”，同時提升患者治療的舒適度，更適于無法長時間堅(jiān)持治療的患者，且減小患者體位移動等不確定性因素對放療精度的影響［14］。MU的減少能夠降低機(jī)器故障率，使放療設(shè)備能發(fā)揮更大的社會效益。

綜上所述，HT計(jì)劃與RA計(jì)劃均能較好地滿足鼻咽癌臨床治療要求，二者在危及器官的保護(hù)上各有所長，RA計(jì)劃能夠顯著提高療效。（本文工作是在解放軍總醫(yī)院完成）

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［2016-03-18收稿］［2016-06-01修回］［編輯 江德吉］

Dosimetric comparison of helical tomotherapy and rapid arc therapy for patients w ith nasopharyngeal carcinoma

Li Quanyi1，Dai Xiangkun2，Cai Boning2，Chen GaoXiang2，Wang Jinyuan2，Song Mingyong2，F(xiàn)ang Chunfeng2，Dou Chao2（1Department of Radiation Oncology，Shenzhen Hospital of CAPF；Department of Radiation Oncology，General Hospital of Border Troops，Shenzhen 518029，P.R.China；2Department of Radiation Oncology，Chinese PLA General Hospital，Beijing 100853，P.R.China）

Dai Xiangkun.E-mail:13520924521@163.com

Objective To compare dosing levels and exposure of organs at risk（OARs）after treating patients with nasopharyngeal carcinoma using helical tomotherapy（HT）or rapid arc therapy（RA）.Methods Eleven patientswere subjected to HT and RA using simultaneously integrated boost，and examined by computed tomography.The two techniques were compared in terms of dose volume histograms（DVH），isodose distribution，dosing of OARs，monitor units（MU），treatment time and Gamma value.Results Both HT and RA showed good target coverage and acceptable OAR sparing.HT was superior to RA for dosing the HI and for sparing certain OARs；for example，HT was associated with lower maximum doses to the cord and lens and parotids.RA was superior to HT for protecting the chiasm and optic nerves and eyes，and it was associated with 60%shorter treatment time and 85%lower MU.Both techniques were associated with a similar Gamma result.Conclusion Both HT and RA are clinically useful for treating nasopharyngeal carcinoma，but RA may bemore efficient.

Nasopharyngeal neoplasms；Helical tomotherapy；Rapid Arc；Radiotherapy；Dosimetry

R739.6，R730.55

A

1674-5671（2016）04-05

10.3969/j.issn.1674-5671.2016.04.07

解放軍總醫(yī)院臨床扶持研究基金資助項(xiàng)目（2015FC-TSYS-1008）

戴相昆。E-mail：13520924521@163.com