楊雯娟 曾 彪 邱艷芳 譚劍鋒 徐詩磊 蔡奕龍 王 暉*
局部晚期非小細胞肺癌同期整合推量調(diào)強放射治療對正常組織影響的劑量學(xué)研究*
楊雯娟①曾 彪②邱艷芳①譚劍鋒②徐詩磊②蔡奕龍②王 暉①*
目的:評價使用不同劑量強度同期整合推量調(diào)強放射治療(SIB-IMRT)對局部晚期非小細胞肺癌(NSCLC)正常組織影響的劑量學(xué)分析。方法:收集20例不可手術(shù)的NSCLC患者,根據(jù)國際抗癌聯(lián)盟(UICC)2009年第7版分期,ⅢA期10例,ⅢB期10例,對患者制定常規(guī)IMRT方案、SIB-IMRT-1、SIB-IMRT-2和SIB-IMRT-3的4種放射治療計劃方案,評價不同的SIBIMRT方案的劑量學(xué)特征。在所有方案中均給予計劃靶區(qū)(PTV)60 Gy/30次;在SIB-IMRT-1方案、SIB-IMRT-2方案和SIB-IMRT-3方案中分別給予計劃大體腫瘤區(qū)(PGTV)69 Gy/30次、75 Gy/30次和81 Gy/30次,單次分割劑量分別為2.3 Gy、2.5 Gy和2.7 Gy。評價比較4組方案劑量分布及正常組織受量。結(jié)果:3個SIB-IMRT方案中腫瘤靶區(qū)PGTV劑量顯著增高,IMRT方案為62.1 Gy,SIB-IMRT-1方案為68.5 Gy,SIB-IMRT-2方案為74.2 Gy,SIB-IMRT-3方案為79.6 Gy)。正常肺組織V20無顯著性差異(F=5.511,P>0.05)。SIB-IMRT-3方案的平均肺劑量(MLD)高于其他各方案,且差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=9.441,P<0.05),但仍在正常組織限量要求范圍內(nèi)。隨著處方劑量的增大,食管最大劑量(Dmax)逐漸增大。心臟受量在各組中無顯著性差異(F=1.204,P>0.05)。結(jié)論:在局部晚期NSCLC中使用SIB-IMRT選擇性增加腫瘤靶區(qū)劑量在劑量學(xué)上是可行的,不增加總治療時間,不增加心肺毒性反應(yīng)的風(fēng)險,需注意限制食管最大劑量,且仍需在臨床試驗中進一步驗證其有效性及安全性。
非小細胞肺癌;同期整合推量調(diào)強放射治療;劑量學(xué);醫(yī)用直線加速器
根據(jù)國家癌癥中心發(fā)表的數(shù)據(jù),我國2015年肺癌預(yù)估總發(fā)病數(shù)為73.33萬例,總死亡數(shù)61.02萬例,居全國癌癥發(fā)病率和病死率第一位[1]。非小細胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)占肺癌比例約80%,臨床確診時已達到局部晚期的患者占60%~70%,其中80%患者由于局部侵犯范圍較廣而不再適用手術(shù)治療,這部分患者的標(biāo)準(zhǔn)治療方案是同步放化療,而傳統(tǒng)的常規(guī)放射治療療效仍然欠佳,尤其是局部晚期NSCLC的局控率僅為20%左右。近年來,許多NSCLC的I和(或)Ⅱ期臨床研究表明,提高腫瘤放射治療劑量,可以帶來更好的局部控制率和生存率[2-4]。然而,放射治療帶來的心肺等重要器官的不良反應(yīng)卻是影響肺癌患者生存獲益的重要因素,因此在提高腫瘤放射治療劑量的同時,避免增加放射治療對心肺等重要器官的不良反應(yīng)顯得尤為關(guān)鍵。
目前,在一項采用單純增加放射治療次數(shù)來提高腫瘤放射治療劑量的多中心臨床研究(RTOG 0617)中卻未得到預(yù)期結(jié)果,其原因考慮是由于心肺等正常組織的放射性損傷以及總放射治療時間的延長抵消了提高放射治療劑量所帶來的生存獲益[5-6]。隨著放射治療技術(shù)的發(fā)展,同期整合推量(simultaneous integrated boost,SIB)調(diào)強放射治療(intensity-modulated radiation therapy,IMRT)在腫瘤放射治療中得到了廣泛應(yīng)用[7-8]。同期整合推量調(diào)強放射治療(SIBIMRT)技術(shù)是在每次放射治療分割中,同時給予腫瘤靶區(qū)及亞臨床灶不同的單次劑量,即可以在不延長總治療時間的前提下給予腫瘤更高的單次劑量和總劑量,而不增加周圍組織劑量。而目前對于SIB-IMRT在局部晚期NSCLC中,什么是最合適的劑量強度,以及隨著腫瘤劑量的遞增對周圍正常組織究竟有多大影響尚不清楚?;诖?,本研究對比了20例NSCLC患者的不同劑量的SIB-IMRT方案,分析其對腫瘤局部及正常組織受量的影響。
1.1 一般資料
收集2014-2015年在湖南省腫瘤醫(yī)院(中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院)接受放射治療的20例局部晚期NSCLC患者,均經(jīng)病理學(xué)證實且為中央型肺癌。其中鱗癌17例,腺癌3例;左肺癌11例,右肺癌9例;根據(jù)國際抗癌聯(lián)盟(International Union Against Cancer,UICC)2009年第7版分期,ⅢA期10例,ⅢB期10例。
1.2 儀器設(shè)備
采用Lightspeed RT螺旋CT模擬定位機(美國GE公司);治療計劃系統(tǒng)(TPS)為Pinnacle,7.0版本(荷蘭Philips公司);醫(yī)用直線加速器2510(瑞典Elekta公司)。
1.3 治療方法
1.3.1 定位掃描
患者采用仰臥位,雙手上抬至頭頂,采用熱塑模固定體位,在CT模擬定位機下定位,掃描范圍由上頸至上腹部,掃描層厚5 mm,圖像傳輸至飛利浦Pinnacle(version 7.0)放射治療計劃系統(tǒng)。
1.3.2 靶區(qū)定義
根據(jù)國際放射單位和測量委員會(International Commission on Radiation Units and Measurements,ICRU)62號文件,以及美國國家綜合癌癥網(wǎng)(National Comprehensive Cancer Network,NCCN)的NSCLC臨床指南。大體腫瘤體積(gross tumor volume,GTV)為根據(jù)各項臨床檢查(包括支纖鏡、胸部CT及PET-CT等)可觀察到的大體腫瘤區(qū)域包括:①原發(fā)腫瘤,包括肺窗中所見肺內(nèi)腫瘤范圍及縱隔窗中所見縱隔受累范圍,病變毛刺邊緣;②轉(zhuǎn)移淋巴結(jié),病理陽性,CT上短徑>1.0 cm,一個淋巴結(jié)區(qū)域內(nèi)≥2個成簇的淋巴結(jié),PET-CT陽性。臨床靶區(qū)(clinical target volume,CTV)為GTV外擴6~8 mm。計劃靶區(qū)(planning target volume,PTV)由CTV外擴5 mm。計劃腫瘤體積(planning gross tumor volume,PGTV)由GTV外擴5 mm。同時勾畫正常肺組織、心臟、食管和脊髓等周圍正常組織。
1.3.3 處方劑量
為每個病例制定4個不同處方劑量的放射治療計劃,即常規(guī)IMRT方案、SIB-IMRT-1方案、SIBIMRT-2方案和SIB-IMRT-3方案。所有放射治療方案中,PTV處方劑量均為60 Gy/30次;在SIBIMRT-1方案、SIB-IMRT-2方案和SIB-IMRT-3方案中,PGTV分別給予69 Gy/30次、75 Gy/30次和81 Gy/30次,即PGTV的單次處方劑量分別為2.3 Gy、2.5 Gy和2.7 Gy。危及器官(organ at risk,OAR)限量:雙肺V5≤60%,V20≤30%,平均肺劑量(MLD)≤20 Gy;脊髓最大劑量≤45 Gy;心臟V40≤30%,V30≤40%;食管平均劑量<34 Gy(見表1)。
表1 不同放射治療方案靶區(qū)處方劑量
1.3.4 計劃評估
靶區(qū)劑量要求:95%等劑量曲線包括至少95%的靶區(qū)體積,同時盡量減少正常組織受量。PGTV接受>110%處方劑量的體積<20%,接受<93%處方劑量體積<3%,靶區(qū)以外不能出現(xiàn)>110%劑量熱點。通過劑量體積直方圖(dose volume histograms,DVH)和等劑量曲線分布對各個不同放射治療方案的治療計劃進行評價和比較。
1.4 統(tǒng)計學(xué)方法
采用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析,計數(shù)資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x-±s)表示,采用配對t檢驗和隨機區(qū)組設(shè)計的方差分析,以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
2.1 對腫瘤靶區(qū)受量的影響
在Pinnacle放射治療計劃系統(tǒng)上對20例患者4個放射治療方案靶區(qū)覆蓋及DVH進行比較,獲得95%靶區(qū)體積的實際接受劑量?;颊逫MRT方案、SIBIMRT-1方案、SIB-IMRT-2方案和SIB-IMRT-3方案PTV接受劑量分別為(60.8±0.6)Gy、(60.6±1.7) Gy、(61.7±2.6)Gy和(63.0±3.5)Gy,各組間相比,差異均無明顯統(tǒng)計學(xué)意義(F=0.805,P>0.05);而PGTV受量分別為(62.1±1.2)Gy、(68.5±2.1)Gy、(74.2±3.1)Gy和(79.6±4.4)Gy,隨著給予腫瘤局部處方劑量的升高,可以達到PGTV的劑量明顯增加,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=33.14,P<0.05),而周邊區(qū)域(如PTV)劑量增加不顯著(見表2)。
表2 各組靶區(qū)劑量比較(±s)
表2 各組靶區(qū)劑量比較(±s)
?
表3 各組OAR受量劑量學(xué)比較±s)
表3 各組OAR受量劑量學(xué)比較±s)
*:P<0.05與其他各組兩兩比較
?
2.2 對正常組織接受劑量的影響
4種方案的肺平均接受劑量分別為(15.4±2.5) Gy、(15.7±2.7)Gy、(16.1±2.7)Gy和(16.6±2.8) Gy,其中SIB-IMRT-3方案與其他各治療方案相比,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(F=9.441,P<0.05);各組肺V20無統(tǒng)計學(xué)差異;SIB-IMRT-3方案中肺V5為(49.9±10.7)%,稍高于其他各方案,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=2.765,P=0.033),見表3。
2.2.1 對心臟的影響
隨著腫瘤劑量的逐漸增加,心臟的平均劑量、V5、V40等相關(guān)劑量參數(shù)稍有增加,但無統(tǒng)計學(xué)意義。
2.2.2 對食管的影響
食管平均劑量及V50各組均無顯著差異,但隨著處方劑量的增加,食管最大劑量明顯增加,分別為(64.0±2.3)Gy、(68.0±3.8)Gy、(73.0±5.5)Gy和(77.6±6.9)Gy,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=66.75,P<0.05)。
2.2.3 對脊髓的影響
IMRT方案、SIB-IMRT-1方案、SIB-IMRT-2方案以及SIB-IMRT-3方案脊髓最大劑量分別為(40.6±2.9)Gy、(41.5±2.6)Gy、(42.2±2.7)Gy和(43.1±2.9)Gy;SIB-IMRT-3方案脊髓最大高于其他各種方案,其差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=2.976,P=0.05),但仍在正常耐受限量范圍內(nèi)。
目前,接受的局部晚期NSCLC放射治療的常規(guī)劑量普遍為60~63 Gy,是由RTOG7301臨床研究所確立,已有30年未作修正。隨著放射治療技術(shù)的發(fā)展,很多研究都表明NSCLC的放射治療是存在劑量反應(yīng)關(guān)系[9-10]。同時,許多RTOGI/Ⅱ期臨床試驗也都證實了高于常規(guī)60~70 Gy的劑量,會帶來更好的局部控制率和總生存率,且毒性反應(yīng)可耐受[2-4]。然而,基于I/Ⅱ期臨床研究基礎(chǔ)上開展的Ⅲ期隨機對照多中心臨床研究RTOG 0617卻未得到預(yù)期的結(jié)果,標(biāo)準(zhǔn)劑量組18個月生存率66.9%反而優(yōu)于高劑量組53.9%[5]。在局控和遠轉(zhuǎn)控制方面高劑量組也未體現(xiàn)優(yōu)勢。這一結(jié)果帶來很多爭議,原因仍在進一步分析,可能與放射治療相關(guān)的心肺毒性,以及總治療時間(overall treatment time,OTT)的延長有關(guān)[6]。值得注意的是在這項開始于2007年的臨床研究采用的放射治療技術(shù)是三維適形放射治療和常規(guī)適形調(diào)強放射治療,其高劑量74 Gy是給予相對廣的PTV范圍,且常規(guī)分割2.0 Gy單次劑量必然導(dǎo)致總治療時間的延長,繼而帶來的放射治療相關(guān)毒性和OTT延長導(dǎo)致的腫瘤再增殖[11]可能是影響結(jié)果的重要原因。
提高NSCLC放射治療增益比,很大程度上取決于如何達到提高腫瘤放射治療劑量和控制周圍重要器官放射治療相關(guān)毒性反應(yīng)的平衡。既要提高NSCLC病灶的照射劑量,又要保證心肺等重要正常組織不受嚴(yán)重損失,同時不延長總治療時間,是提高NSCLC放射治療療效的關(guān)鍵技術(shù)難題,因此本研究將目光投向了目前精準(zhǔn)放射治療技術(shù)研究熱點——SIBIMRT。SIB-IMRT是利用調(diào)強放射治療的物理特性原理,可以在每一次放射治療中將不同劑量分別給予GTV及亞臨床CTV病灶,這種非均勻空間照射劑量分布,可以給予腫瘤更高的單次照射劑量,不增加周圍組織劑量和總治療時間。
目前,SIB-IMRT技術(shù)在頭頸部腫瘤、前列腺腫瘤和直腸腫瘤等報道的比較多,但在肺癌中的報道較少[7-8,12]。Han等[13]研究闡明了SIB技術(shù)(GTV 57 Gy/30次、CTV 51 Gy/30次和PTV 45 Gy/30次)在局限期小細胞肺癌中應(yīng)用的可行性可耐受性。也有學(xué)者研究了SIB技術(shù)不同劑量分割方式(如GT 52.5 Gy/ PTV 45 Gy,GTV 75 Gy/CTV 60 Gy/PTV45 Gy)在NSCLC中的應(yīng)用,均證明了其有效性和安全性[14-15]。但SIB技術(shù)在NSCLC應(yīng)用中最佳的劑量強度,以及隨著GTV劑量的升高對周圍正常組織究竟有多大影響,目前尚不清楚。
本研究比較了3種不同的SIB-IMRT劑量分割方式及常規(guī)IMRT的劑量學(xué)參數(shù),分析其可行性及周圍危及器官的受量。大多數(shù)患者不能接受達到控制腫瘤生長的足夠放射治療劑量的主要原因是正常組織的受量限制,胸部腫瘤主要劑量限制的器官是心肺組織。Kong等[16]研究發(fā)現(xiàn),放射性肺毒性與正常肺受量如平均肺劑量(MLD)、肺V20密切相關(guān),而與肺部腫塊劑量無明顯關(guān)系。Bradley等[17]認為,基于MLD的模型對于放射性肺炎有更好的預(yù)測價值。在調(diào)強放射治療中肺低劑量照射范圍(肺V5)被認為也是放射性肺炎的重要相關(guān)因素[18]。在本研究中,SIB組的處方劑量分別達到69 Gy、75 Gy和81 Gy,比較了所有組別的肺V5和V20,均無統(tǒng)計學(xué)差異。在SIBIMRT-3方案中,肺平均劑量較其他各組有所增高,差異具有統(tǒng)計學(xué)意義,但仍在NCCN指南正常限量范圍內(nèi)。本研究發(fā)現(xiàn),隨著使用SIB技術(shù)使腫瘤劑量增加的同時,正常肺組織受量V5、V20與常規(guī)調(diào)強放射治療差異不大,但肺高劑量體積V60有所升高。目前肺V60并無劑量限制要求,其與放射性肺炎的關(guān)系尚未完全明確,且放射療效應(yīng)仍需在臨床試驗中進一步觀察。同時,本研究發(fā)現(xiàn),隨著使用SIB技術(shù)增加GTV劑量,心臟V5、V30、V40和脊髓的最大劑量并無顯著性增加。
但值得注意的是,隨著腫瘤靶區(qū)處方劑量的增加,胸腔內(nèi)另一重要組織——食管接受的最大劑量明顯增加,尤其在SIB-IMRT-2方案和SIB-IMRT-3方案中平均分別達到(73.0±5.5)Gy和(77.6±6.9)Gy。Cannon等[19]在一項大分割放射治療NSCLC的研究中,劑量達到75 Gy/25次時,出現(xiàn)1例4級放射性食管穿孔。Chen[20]等在一項對231例NSCLC患者食管放射性損傷的分析中,發(fā)現(xiàn)食管最大劑量以及急性放射性食管炎的恢復(fù)率與嚴(yán)重晚期食管毒性反應(yīng)密切相關(guān),建立數(shù)據(jù)模型得出食管TD50=76.1 Gy(95%CI:73.2~78.6 Gy)。食管劑量>70~75 Gy時,無疑使放射性食管炎,甚至食管穿孔出血的幾率顯著增加,尤其在一些腫瘤與食管毗鄰緊密的患者中風(fēng)險更大。但在目前精準(zhǔn)放射治療時代,在放射治療計劃設(shè)計之初,注意使食管避讓高劑量區(qū)域是完全可以實現(xiàn)的。因此,建議在臨床應(yīng)用SIB技術(shù)增加腫瘤劑量,尤其在給予高于70 Gy以上劑量時,可考慮食管外擴5 mm,勾畫食管的計劃危及器官靶區(qū)(planning organ at risk,PRV),僅給予常規(guī)處方劑量60 Gy,目的是避免PGTV高劑量點落于食管壁導(dǎo)致穿孔等嚴(yán)重毒副反應(yīng);同時,注意加強急性放射性食管炎的積極處理和營養(yǎng)支持治療也是減少嚴(yán)重食管毒性反應(yīng)的重要手段。
隨著計算機技術(shù)和醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的進步,放射治療技術(shù)得到了突飛猛進的發(fā)展,在使用SIB-IMRT的同時輔助使用更多先進的技術(shù),包括PET-CT、4DCT、呼吸門控、自適應(yīng)放射治療和圖像引導(dǎo)放射治療(image guided radiotherapy,IGRT)等,可能會為患者帶來更多獲益,也將是下一步臨床研究準(zhǔn)備進一步探討的問題。
綜上所述,在局部晚期NSCLC中使用SIBIMRT選擇性增加腫瘤靶區(qū)劑量,在劑量學(xué)上是可行的,不增加心肺毒性反應(yīng)的風(fēng)險,但需注意限制食管最大劑量。本研究目前已有一項Ⅱ期臨床研究正在進行,擬進一步驗證其臨床應(yīng)用的有效性及安全性。
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A dosimetric analysis about the effect of SIB-IMRT for normal tissue of patients with locally advanced NSCLC/YANG Wen-juan, ZENG Biao, QIU Yan-fang, et al//China Medical Equipment,2017,14(7):63-68.
Objective: To explore a dosimetric analysis about the effect of simultaneous integrated boost - intensitymodulated radiation therapy (SIB-IMRT) under different dose for normal tissue of patients with locally advanced non-small cell lung cancer (NSCLC). Methods: 20 patients with NSCLC who couldn't receive operation were divided in IIIA group (10 cases) and IIIB group (10 cases) according to the classification method of Union for International Cancer Control (2009, 7th edition). Every patient
4 radiotherapy plans included one routine IMRT and three SIB-IMRT plans, and then the dosimetric characteristic of different SIB-IMRT plan was evaluated. In all of these plans, the dose of planning target volume (PTV) was 60 Gy/30f, and the planning gross tumor volume (PGTV) of three SIB-IMRT groups (SIB-IMRT-1 group, SIB-IMRT-2 group and SIB-IMRT-3 group) received, respectively, different dose (69 Gy/30f, 75 Gy/30f and 81 Gy/30f), and the single divided doses of the three groups were 2.3 Gy, 2.5 Gy and 2.7 Gy, respectively. The distributed dose of the four groups and received dose of normal group were evaluated and compared. Results: The PGTV doses of three SIB-IMRT groups were significantly increased, and all of dose of four groups were , respectively, 62.1 Gy (IMRT group), 68.5 Gy (SIB-IMRT-1 group), 74.2 Gy(SIB-IMRT-2 group) and 79.6 Gy (SIB-IMRT-3 group) (P<0.05). The differences of V20in normal tissue among four groups were no significant (F=5.511, P>0.05). The mean lung dose (MLD) of SIB-IMRT-3 group was significantly higher than other groups (F=9.441, P<0.05), while it still was within the scope of limited requirement. Besides, the Dmaxof esophagus was gradually increased with increasing of prescriptive dose, and the received doses of heart among various groups were no significant (F=1.204, P>0.05). Conclusion: On dosiology, it is feasible that PGTV dose is selectively increased when SIB-IMRT is used in the locally advanced NSCLC. This method don't increase total curative time and risk of toxic reaction of heart and lung. While the maximum dose of esophagus should be limited and this method still need more verification for its effectiveness and safety in clinical experiment.
Non-small cell lung cancer; Simultaneous integrated boost- intensity module radiation therapy; Dosiology; Medical linear accelerator
Key Laboratory of Translational Radiation Oncology, Hunan Province, Hunan Cancer Hospital (The Affiliated Cancer Hospital of Xiangya School of Medicine, Central South University), Changsha 410013, China.
楊雯娟,女,(1985- ),博士研究生,主治醫(yī)師。湖南省腫瘤醫(yī)院(中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院)腫瘤放射治療轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)湖南省重點實驗室,從事腫瘤放射治療相關(guān)工作。
2017-04-20
10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.07.016
1672-8270(2017)07-0063-06
R814.2
A
湖南省科學(xué)技術(shù)廳重點項目(2013SK2017)“不可手術(shù)肺小細胞癌的同期整合增量調(diào)強放射治療研究”
①湖南省腫瘤醫(yī)院(中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院)腫瘤放射治療轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)湖南省重點實驗室 湖南 長沙 410013
②湖南省腫瘤醫(yī)院(中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院)放療綜合科 湖南 長沙 410013
*通訊作者:wanghui710327@163.com