方春鋒 解傳濱 徐壽平 戴相昆* 徐 偉 叢小虎 陳高翔 葛瑞剛

基于前列腺螺旋斷層放射治療*不同鉛門模式下的劑量學(xué)研究

方春鋒①解傳濱①徐壽平①戴相昆①*徐 偉①叢小虎①陳高翔①葛瑞剛①

目的：探討前列腺癌螺旋斷層放射治療不同鉛門模式下(靜態(tài)和動(dòng)態(tài))靶區(qū)及危及器官的劑量學(xué)特點(diǎn)。方法：選取8例前列腺癌患者，分別設(shè)計(jì)鉛門寬度為1.05 cm、2.512 cm及5.05 cm的三組靜態(tài)鉛門計(jì)劃(F1.05、F2.512及F5.05)以及寬度為2.512 cm和5.05 cm的兩組動(dòng)態(tài)鉛門計(jì)劃(D2.512和D5.05)。比較五組計(jì)劃靶區(qū)及器官的劑量分布、劑量體積直方圖(DVH)以及出束時(shí)間(Time)和機(jī)器跳數(shù)(MU)。結(jié)果：在兩種鉛門模式下，靶區(qū)及股骨頭的劑量學(xué)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而在膀胱與直腸的劑量學(xué)比較上，當(dāng)鉛門寬度相同時(shí)，動(dòng)態(tài)鉛門計(jì)劃要明顯優(yōu)于靜態(tài)鉛門計(jì)劃；當(dāng)鉛門寬度不同時(shí)，靜態(tài)鉛門計(jì)劃略優(yōu)于比之大一檔鉛門寬度的動(dòng)態(tài)鉛門計(jì)劃，但僅少部分劑量學(xué)參數(shù)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。五組計(jì)劃平均MU、平均出束時(shí)間隨F5.05、D5.05、F2.512、D2.512以及F1.05順序依次遞增。結(jié)論：在前列腺癌螺旋斷層放射治療中，動(dòng)態(tài)鉛門模式可有效降低正常器官受量，并且與比之小一檔寬度的靜態(tài)鉛門計(jì)劃相比較，在得到近乎相當(dāng)?shù)膭┝糠植蓟A(chǔ)上，可有效提高計(jì)劃的實(shí)施效率。

前列腺癌；螺旋斷層調(diào)強(qiáng)技術(shù)；鉛門模式；劑量學(xué)

前列腺癌是老年男性生殖系統(tǒng)最常見的惡性腫瘤，其發(fā)病率隨年齡增長且分布具有明顯地區(qū)差異，歐美地區(qū)較高，但近年來，亞洲地區(qū)發(fā)病率呈現(xiàn)出明顯上升趨勢(shì)，其發(fā)病率和病死率僅次于肺癌，位居癌癥死亡的第二位[1]。前列腺癌的主要治療方法包括手術(shù)治療、放射治療及內(nèi)分泌治療。放射治療是對(duì)前列腺癌局限期和局限進(jìn)展期病程的根治性治療方式[2]。然而，放射治療在殺滅腫瘤細(xì)胞的同時(shí)，會(huì)不可避免的對(duì)人體正常組織器官帶來傷害。為了提高對(duì)腫瘤靶區(qū)的局控率，在單方面提高前列腺腫瘤放射劑量的同時(shí)，會(huì)加劇其周圍膀胱、直腸等危及器官的不良反應(yīng)，而隨著新技術(shù)設(shè)備的發(fā)展應(yīng)用，放射治療劑量正逐漸提高。

螺旋斷層放射治療作為一種新興的調(diào)強(qiáng)放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)技術(shù)，其51個(gè)射野方向相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)加速器IMRT在逆向治療計(jì)劃優(yōu)化過程中擁有更多優(yōu)化角度的優(yōu)勢(shì)，在更好的保護(hù)正常器官的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高度的靶區(qū)劑量適形度和均勻性，從而在眾多癌癥的放射治療中顯示出較明顯的優(yōu)勢(shì)[3-7]。本研究主要探討前列腺癌螺旋斷層放射治療技術(shù)(helical Tomotherapy，HT)靜態(tài)和(或)動(dòng)態(tài)不同鉛門模式下靶區(qū)及危及器官的劑量學(xué)特點(diǎn)，為臨床治療計(jì)劃的選擇提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取經(jīng)病理學(xué)證實(shí)并已在解放軍總醫(yī)院行螺旋斷層放射治療的8例前列腺癌患者的定位CT圖像，根據(jù)美國抗癌協(xié)會(huì)(American joint committee on cancer，AJCC)分期法，8例患者中Ⅰ期4例(T1N0和M0期)，Ⅱ期4例(T2N0和M0期)。年齡69～82歲，中位年齡75歲。

1.2 儀器設(shè)備

患者定位掃描采用大孔徑螺旋CT(德國SIEMENS)，靶區(qū)勾畫采用計(jì)劃設(shè)計(jì)采用Pinnacle 8.0計(jì)劃系統(tǒng)工作站(荷蘭Philips)，計(jì)劃設(shè)計(jì)采用Hi.ART 5.0計(jì)劃系統(tǒng)(美國Accuray)。

1.3 定位方法

患者取仰臥位，雙手交叉上舉抱頭，采用普通低溫?zé)崴荏w膜固定。CT定位掃描層厚3 mm。掃描范圍腰1椎體上緣至恥骨聯(lián)合下8 cm。囑咐每例患者在定位和每次治療前均充盈膀胱到最大限度。

1.4 靶區(qū)定義與處方劑量

將患者的定位CT圖像經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以醫(yī)學(xué)數(shù)字成像及通信(digital imaging and communication of medicine，DICOM)格式傳輸至Pinnacle 8.0計(jì)劃系統(tǒng)工作站。靶區(qū)勾畫：臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)包括前列腺及精囊；計(jì)劃靶區(qū)(planing target volume，PTV)為CTV在頭腳、左右及身體前方外放5 mm，身體后方外放3 mm。同時(shí)勾畫膀胱、直腸和股骨頭等正常器官。處方劑量為71.6 Gy/28次。

1.5 計(jì)劃設(shè)計(jì)與評(píng)估指標(biāo)

將勾畫好的靶區(qū)及正常器官的CT圖像傳輸至Hi.Art計(jì)劃系統(tǒng)(美國Accuray)，由同一物理師分別設(shè)計(jì)鉛門寬度為1.05 cm、2.512 cm及5.05 cm的3組靜態(tài)鉛門(Fixed Jaw)計(jì)劃，分別命名為F1.05、F2.512和F5.05，以及寬度為2.512 cm和5.05 cm的2組動(dòng)態(tài)鉛門(Dynamic Jaw)計(jì)劃D2.512和D5.05。5組計(jì)劃中螺距(pitch)和調(diào)制因子(modulate factor，MF)分別為0.287和2.4，要求處方劑量至少覆蓋95%的靶區(qū)體積。

靶區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)：劑量均勻指數(shù)(homogeneity index，HI)計(jì)算為公式1：

式中D2和D98分別為2%和98%的靶區(qū)體積所受照劑量，Dt為處方劑量，HI越小表明靶區(qū)均勻性越好。

靶區(qū)適形指數(shù)(conformity index，CI)計(jì)算為公式2：

式中VPTVt為處方劑量所覆蓋的靶區(qū)體積，VPTV為靶區(qū)體積，Vt為處方劑量所覆蓋的總體積，CI值越接近1表示適形度越好[8]。

危及器官評(píng)價(jià)指標(biāo)：①膀胱、直腸分別比較其平均受量以及V20～V65；②股骨頭則比較V15～V30以及平均受量。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用SPSS 22統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算結(jié)果均用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x-±s)表示，對(duì)5組數(shù)據(jù)進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量指標(biāo)評(píng)估

在5組計(jì)劃中均能滿足95%的靶區(qū)體積接受處方劑量的照射(如圖1所示)，而對(duì)5組計(jì)劃靶區(qū)的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見表1。5組計(jì)劃矢狀位等劑量曲線分布如圖2所示。

圖1 五組計(jì)劃平均DVH比較

圖2 五組計(jì)劃矢狀位等劑量曲線分布

表1 PTV劑量參數(shù)比較±s)

表1 PTV劑量參數(shù)比較±s)

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表2 直腸劑量參數(shù)比較(±s)

表2 直腸劑量參數(shù)比較(±s)

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2.2 危及器官劑量參數(shù)比較

在5組計(jì)劃中直腸受照劑量明顯呈現(xiàn)出隨F1.05、 D2.512、F2.512、D5.05以及F5.05的順序依次遞增的趨勢(shì)。動(dòng)態(tài)鉛門計(jì)劃在直腸各劑量參數(shù)比較上明顯低于同等鉛門寬度的靜態(tài)鉛門計(jì)劃，且差異皆具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在射野寬度同為2.512 cm情況下，動(dòng)態(tài)鉛門計(jì)劃的直腸平均劑量較靜態(tài)鉛門計(jì)劃降低了7.31%。在射野寬度同為5.05 cm情況下，動(dòng)態(tài)鉛門計(jì)劃直腸平均劑量較靜態(tài)鉛門計(jì)劃降低了11.23%。在各參數(shù)均值比較上，D2.512有略高于F1.05的趨勢(shì)，但僅V40和V50兩項(xiàng)參數(shù)比較具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。同樣，F(xiàn)2.5與D5.0進(jìn)行比較，除V50、V60及V65外其余參數(shù)比較皆無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見表2。

在膀胱受照劑量的比較評(píng)估中體現(xiàn)出了與直腸同樣的遞增趨勢(shì)，且對(duì)于同等鉛門寬度下的計(jì)劃比較也得到與直腸類似的結(jié)果。而對(duì)F1.05與D2.512比較發(fā)現(xiàn)，V20、V40、V65參數(shù)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。同樣，對(duì)F2.5與D5.0進(jìn)行比較，V20、V30參數(shù)差異也無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見表3。

對(duì)股骨頭各項(xiàng)劑量參數(shù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：除F5.05vsD5.0中V15(t=4.057，P=0.001)，Dmean(t=2.974，P=0.009)以及F1.05vsD2.512中V30(t=1.680，P=0.037)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外，其余指標(biāo)差異皆無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見表4。

2.3 計(jì)劃實(shí)施效率

在5組計(jì)劃中機(jī)器跳數(shù)、時(shí)間隨F5.05、D5.05、F2.512、D2.512以及F1.05的順序依次遞增。且在相同鉛門寬度下，動(dòng)態(tài)鉛門計(jì)劃的MU及出束時(shí)間較靜態(tài)鉛門計(jì)劃有增加的趨勢(shì)，見表5。

表3 膀胱劑量參數(shù)比較(±s)

表3 膀胱劑量參數(shù)比較(±s)

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表4 股骨頭劑量參數(shù)比較(±s)

表4 股骨頭劑量參數(shù)比較(±s)

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表5 計(jì)劃實(shí)施效率指標(biāo)比較(±s)

表5 計(jì)劃實(shí)施效率指標(biāo)比較(±s)

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3 討論

近年來，隨著放射治療技術(shù)的飛速發(fā)展，IMRT得到廣泛應(yīng)用，其在提高靶區(qū)劑量的同時(shí)，可顯著降低周圍正常組織的劑量[9-10]。Meerleer等[11]研究證明了靜態(tài)調(diào)強(qiáng)技術(shù)(static intensity-modulated radiation therapy，sIMRT)相較于三維適形放射治療(3 dimensional-conformal radiation therapy，3D-CRT)在顯著提高前列腺癌腫瘤控制率的同時(shí)降低了正常組織并發(fā)癥的概率。Tsai等[12]對(duì)容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療(volumetric-modulated arc radiotherapy，VMAT)、sIMRT及HT在前列腺癌放射治療中的劑量學(xué)參數(shù)做了比較研究，結(jié)果證明了HT技術(shù)相較于其他兩種技術(shù)得到了更高的靶區(qū)適形度與更好的危及器官保護(hù)。Scobioala等[13]研究顯示，在得到近乎相同的靶區(qū)劑量分布同時(shí)，HT技術(shù)在直腸保護(hù)上更具有優(yōu)勢(shì)。目前，對(duì)于HT技術(shù)在前列腺癌放射治療應(yīng)用的相關(guān)研究報(bào)道中大都基于靜態(tài)鉛門模式，而對(duì)于在此基礎(chǔ)上發(fā)展而來的動(dòng)態(tài)鉛門技術(shù)卻鮮有報(bào)道，且此技術(shù)目前在國內(nèi)尚無單位開展。

本研究通過分析研究靜態(tài)鉛門技術(shù)與動(dòng)態(tài)鉛門技術(shù)在前列腺癌放射治療中的劑量學(xué)差異，探討動(dòng)態(tài)鉛門技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。HT技術(shù)提供了三檔鉛門寬度即1.05 cm、2.512 cm及5.05 cm。在靜態(tài)鉛門模式下，整個(gè)治療過程中鉛門一直保持預(yù)設(shè)寬度，通過對(duì)靶區(qū)的螺旋疊加實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)靶區(qū)的劑量覆蓋。因此在較大鉛門寬度條件下，在靶區(qū)縱向邊緣會(huì)發(fā)生明顯的劑量延伸現(xiàn)象，也由此帶來了毗鄰器官及組織的受照劑量增加[14-15]。動(dòng)態(tài)鉛門技術(shù)在靜態(tài)鉛門基礎(chǔ)之上發(fā)展而來，在此模式下，當(dāng)靶區(qū)接近照射場(chǎng)時(shí)，鉛門起始寬度為1.05 cm，隨著靶區(qū)向前移動(dòng)，鉛門隨之逐漸打開直至預(yù)設(shè)寬度，在靶區(qū)離開照射場(chǎng)階段，鉛門隨靶區(qū)的退場(chǎng)而逐漸變窄，直至1.05 cm。這樣在靶區(qū)邊界Y軸方向上，劑量梯度就會(huì)變得更為陡峭，從而很好的克服了靜態(tài)模式下較大鉛門帶來的縱向劑量延伸的缺點(diǎn)，因此得到了各放射治療中心的關(guān)注與青睞[16]。

本研究中8例患者皆為前列腺癌中低危分期，并未行盆腔淋巴引流區(qū)預(yù)防性照射，而前列腺局部照射的靶區(qū)與直腸與膀胱為縱向并行毗鄰關(guān)系，并且膀胱與直腸頭腳方向皆明顯的超出了靶區(qū)縱向邊緣。因此在靜態(tài)鉛門模式下，較大鉛門寬度所帶來的劑量延伸不可避免的造成了其受照體積的增加，尤其是在超出靶區(qū)縱向邊緣的部分。通過對(duì)五組計(jì)劃矢狀位等劑量曲線分布圖比較發(fā)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)鉛門技術(shù)明顯改善了靶區(qū)縱向邊緣的劑量梯度，其兩種寬度計(jì)劃的靶區(qū)縱向劑量分布基本達(dá)到了1.05 cm鉛門寬度計(jì)劃的效果。Chen等[17]在其報(bào)道中指出，在靶區(qū)形狀不復(fù)雜的情況下可以采用動(dòng)態(tài)模式下的較大鉛門寬度來實(shí)現(xiàn)對(duì)靶區(qū)的快速照射，而本研究對(duì)各自劑量學(xué)參數(shù)比較結(jié)果也很好的印證了這一點(diǎn)。當(dāng)鉛門寬度不同時(shí)，動(dòng)態(tài)鉛門模式下的直腸和膀胱平均受量雖然略高于比之鉛門寬度小一檔的靜態(tài)鉛門計(jì)劃，但計(jì)劃的實(shí)施效率卻明顯提高，這在計(jì)劃的實(shí)際執(zhí)行中尤為重要。當(dāng)然，對(duì)于需行盆腔照射的高危患者，由于照射靶區(qū)的復(fù)雜化以及與正常器官毗鄰關(guān)系改變，在不同鉛門模式下的劑量學(xué)比較勢(shì)必顯現(xiàn)出不同的結(jié)果，將在后續(xù)研究中予以探討。

在前列腺癌(局部)螺旋斷層放射治療中，動(dòng)態(tài)鉛門模式可有效降低正常器官受量，并且與比之小一檔寬度的靜態(tài)鉛門計(jì)劃相比較，在得到近乎相當(dāng)?shù)膭┝糠植蓟A(chǔ)上，可有效提高計(jì)劃的實(shí)施效率。

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Dosimetric study of helical tomotherapy for prostate cancer under different Jaw modes/FANG Chun-feng, XIE Chuan-bin, XU Shou-ping, et al//China Medical Equipment,2017,14(7):18-22.

Objective: To explore the dosimetric characteristics of target region and organic at risk (OAR) in helical tomotherapy for prostate cancer under different Jaw modes (static state and dynamic state). Methods: Eight patients with prostate cancer were enrolled in this study. Static state plans were designed into three groups (1.05 cm, 2.512 cm and 5.05 cm) and dynamic state plans were designed into two groups (2.512 cm and 5.05 cm) as Jaw width. The dosage distribution, dose-volume histogram (DVH), beam-on time and monitor unit (MU) of planning target region and organic of five groups were compared. Results: Under the two Jaw mode, the difference of dosimetry in target region and caput femoris were no significant. For the comparison of dosimetry on bladder and rectum, the plan of dynamic Jaw was obviously better than that of static Jaw when the width of Jaw was equality. The plan of static Jaw was better than higher grade plan of dynamic Jaw when the width of Jaw was different, while the difference of one part of dosimetry parameters among them were significant. The average MU and average beam-on time of 5 plans were increase with the increase of sequence (F5.05, D5.05, F2.512, D2.512, F1.05). Conclusion: In the helical tomotherapy for prostate cancer, dynamic Jaw mode can efficiently reduce the

dose of normal organ. And the plan of dynamic Jaw mode compares with the plan lower one grade of static Jaw, it can increase implement efficiency of plan based on the almost equality dosage distribution.

Prostate cancer; Helical tomotherapy; Jaw modes; Dosimetric characteristic

Department of Radiotherapy, Chinese People's Liberation Army General Hospital, Beijing 100853, China.

方春鋒,男,(1992- ),本科學(xué)歷，物理師。解放軍總醫(yī)院放射治療科，研究方向：醫(yī)學(xué)物理和腫瘤精確放射治療的相關(guān)研究。

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.07.005

2017-04-27

1672-8270(2017)07-0018-05

R814.2

A

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFC0904600)“以生物組學(xué)特征與多模態(tài)功能影像為基礎(chǔ)的多線束精準(zhǔn)放療方案研究”；解放軍總醫(yī)院臨床科研扶持基金(2015FC-TSYS-1008)“前列腺癌螺旋斷層自適應(yīng)放療的臨床研究”

①解放軍總醫(yī)院放射治療科 北京 100853

*通訊作者：13520924521@163.com