盧曉光，王峻峰，黃河

(華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院腫瘤科，湖北 武漢 430030)

鼻咽癌(Nasopharyngeal Carcinoma, NPC)是指發(fā)生于鼻咽腔頂部和側(cè)壁的惡性腫瘤。我國鼻咽癌發(fā)病率為耳鼻咽喉惡性腫瘤之首，是高發(fā)惡性腫瘤之一，顯著高于其他大多數(shù)國家，尤以南部地區(qū)其發(fā)病率最高，每10萬人中就有15～50人罹患鼻咽癌[1～3]。

由于鼻咽癌解剖位置關(guān)系明確，而且大多對放射治療具有中度敏感性，調(diào)強(qiáng)放射治療(Intensity Modulated Radiation Therapy, IMRT)成為原發(fā)性鼻咽癌的首選治療方法。鼻咽癌靶區(qū)范圍通常較大，靶區(qū)周圍危及器官(Organ At Risk，OAR)較多且占位復(fù)雜，如何在保證靶區(qū)照射劑量的同時更好地保護(hù)正常組織和危及器官是制定鼻咽癌放療計劃的關(guān)鍵[4～7]。IMRT計劃普遍采用逆向設(shè)計方案，其核心就是利用數(shù)學(xué)算法優(yōu)化設(shè)計治療計劃，治療計劃設(shè)計的優(yōu)劣直接影響放療療效[8]。當(dāng)前IMRT實現(xiàn)方式主要有固定野靜態(tài)調(diào)強(qiáng)(Step and Shoot, S&S)、固定野動態(tài)調(diào)強(qiáng)(Dynamic Multi-leaf Collimator，DMLC)和容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)(Volumetric Modulated Arc Therapy, VMAT)，為比較上述3種模式IMRT計劃的劑量學(xué)差異，本研究在相同優(yōu)化參數(shù)下，利用醫(yī)科達(dá)Monaco5.11治療計劃系統(tǒng)比較了3種鼻咽癌IMRT治療計劃靶區(qū)和危及器官的劑量。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2017年1月至2017年7月收入本院腫瘤科的鼻咽癌患者20例，所有患者均無放療禁忌證?；颊呔捎妙^頸肩熱塑膜固定，雙臂自然平放于身體兩側(cè)，在自由平靜呼吸狀態(tài)下呈仰臥位進(jìn)行CT模擬定位，掃描范圍從頭頂露空至鎖骨頭下緣2cm，掃描層厚為3 mm，通過專用網(wǎng)絡(luò)將患者定位圖像傳輸至Monaco治療計劃系統(tǒng)進(jìn)行三維重建。

1.2 靶區(qū)和危及器官定義

由1名資深醫(yī)師應(yīng)用Monaco治療計劃系統(tǒng)在重建的CT影像上勾畫腫瘤靶區(qū)(Gross Target Volume, GTV)、臨床靶區(qū)(Clinical Target Volume, CTV)和危及器官OARs。腫瘤靶區(qū)包括CT/MRI 所顯示的鼻咽原發(fā)腫瘤區(qū)GTV1和陽性淋巴結(jié)區(qū)GTV2；GTV及其周圍的亞臨床病灶區(qū)(GTV外擴(kuò)0.5～1cm)，還包括完整鼻咽腔的全壁，正常的鼻咽粘膜下0.5cm的軟組織為CTV1；CTV1及其周圍0.5～1cm范圍易受侵犯的區(qū)域，還包括上頜竇、鼻腔的后1/3、蝶竇的下半部分、頸部淋巴引流區(qū)和鎖骨上預(yù)防區(qū)皆為CTV2；由GTV或CTV外放3 mm分別定義為計劃腫瘤靶區(qū)(Planning Gross Target Volume, PGTV)或計劃靶區(qū)(Planning Target Volume, PTV)。同時勾畫出腦干、脊髓、視神經(jīng)、視交叉、晶狀體、顳葉、顳頜關(guān)節(jié)、腮腺、喉部和口腔黏膜等危及器官[9]。

1.3 放療計劃設(shè)計

由1名資深物理師設(shè)計治療計劃，使用6 MV能量X線，對固定射野調(diào)強(qiáng)模式(S&S和DMLC)均采用9野等角度均分設(shè)計，對VMAT模式則采用360°雙弧旋轉(zhuǎn)設(shè)計，劑量計算均采用X線蒙特卡洛算法。PGTV1、PGTV2、PTV1和PTV2的處方劑量要求分別為7000、6600、6000和5400cGy，計劃約束條件為95%靶區(qū)劑量≥處方劑量，靶區(qū)最大劑量Dmax≤107%處方劑量；限定腦干接受6000 cGy劑量體積V60<1%、接受5400cGy劑量體積V54<10%，晶體最大劑量Dmax<800cGy，視神經(jīng)Dmax<5400cGy，脊髓Dmax<4500cGy，腮腺接受3000cGy劑量體積V30<50%，口腔黏膜接受3000cGy劑量體積V30<50%，顳頜關(guān)節(jié)Dmax<5000cGy。

1.4 評估指標(biāo)

計劃設(shè)計完成后通過比較靶區(qū)適形指數(shù)(Conformal Index, CI)、靶區(qū)均勻性指數(shù)(Homogeneity Index, HI)、危及器官及正常組織受量對3種模式的IMRT計劃進(jìn)行評價[10,11]。取CI=(VPTV95/VPTV)×(VPTV95/V95)，其中VPTV95指PTV 接受95%處方劑量的體積，VPTV指PTV的總體積，V95指95%處方劑量覆蓋的總體積。取HI=D2/D98，其中D2指2%靶區(qū)體積對應(yīng)的高劑量，D98指98%靶區(qū)體積對應(yīng)的低劑量。CI指數(shù)與HI指數(shù)越接近1，則靶區(qū)劑量分布越理想。比較腦干、脊髓和晶體的Dmax，比較視神經(jīng)、腮腺、顳頜關(guān)節(jié)和口腔黏膜的V30和Dmean，比較喉部的V40和Dmean。另外還比較了BODY低劑量區(qū)體積和計劃機(jī)器跳數(shù)(Monitor Unit, MU)。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 19.0 對以上各項指標(biāo)進(jìn)行配對t檢驗。P<0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量

3種IMRT計劃靶區(qū)劑量比較結(jié)果如表1所示。兩種固定射野靜態(tài)調(diào)強(qiáng)照射模式間無顯著差異，而容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)相較于前兩者在靶區(qū)劑量均勻性上表現(xiàn)出明顯劣勢。VMAT調(diào)強(qiáng)計劃雖然在靶區(qū)平均劑量上與S&S和DMLC計劃相差無幾，但往往得到更高的靶區(qū)最大劑量和更低的靶區(qū)最低劑量，HI指數(shù)明顯大于S&S和DMLC計劃。

2.2 危及器官劑量

3種IMRT計劃危及器官劑量比較結(jié)果如表2所示。S&S計劃與DMLC計劃危及器官的吸收劑量無顯著差異，VMAT計劃與固定射野角度計劃相比，腮腺、口腔和喉部所受劑量都有明顯增加。

2.3 正常組織劑量

表3所示為除靶區(qū)和危及器官以外，掃描范圍內(nèi)所有正常組織受照射的劑量體積百分比。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，DMLC計劃在減少正常組織受量方面優(yōu)于S&S計劃，而VMAT計劃較固定射野角度調(diào)強(qiáng)計劃對降低正常組織受量更有優(yōu)勢。

表1 IMRT計劃各種靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較 cGy,

注：HI和CI均無單位。

表2 IMRT計劃危及器官劑量學(xué)參數(shù)比較 cGy,

注：V30為器官受3000cGy劑量照射的體積占器官全部體積的百分比(%)，余類推。

表3 IMRT計劃正常組織劑量學(xué)參數(shù)比較 %

表4 IMRT計劃加速器工作效率比較

2.4 機(jī)器跳數(shù)與治療時間

由表4統(tǒng)計結(jié)果可知，執(zhí)行DMLC計劃時加速器工作效率高于執(zhí)行S&S計劃，而VMAT計劃能大幅縮短治療時間，減少多葉準(zhǔn)直器葉片磨損，極大提高加速器工作效率。

3 討論

與傳統(tǒng)放射治療相比，IMRT能夠有效提高靶區(qū)吸收劑量，同時降低危及器官和正常組織受照射劑量，是當(dāng)前提高鼻咽癌治療療效的理想手段[12]。伴隨多葉準(zhǔn)直器在放射治療中的廣泛應(yīng)用，IMRT技術(shù)得到不斷進(jìn)步，IMRT的實現(xiàn)方式也逐漸豐富，了解不同調(diào)強(qiáng)手段之間的差異對增強(qiáng)放療療效、改善放療副反應(yīng)和提高加速器工作效率都有積極意義[13]。

本研究統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，與S&S計劃相比， DMLC計劃能在保證靶區(qū)劑量和危及器官限量的同時，在一定程度上降低了正常組織低劑量，雖然增加了機(jī)器跳數(shù)但縮短了治療時間，是更先進(jìn)更優(yōu)化的固定射野角度調(diào)強(qiáng)技術(shù)；容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)與固定射野角度調(diào)強(qiáng)相比，雖然在靶區(qū)劑量均勻性上有所欠缺，并導(dǎo)致了諸如腮腺、口腔和喉部等危及器官劑量有所增加，但在滿足臨床劑量學(xué)要求的前提下，VMAT計劃未增加機(jī)器跳數(shù)，大大縮短了治療時間，極大程度提高了加速器工作效率，提高了射線利用率，減少了散射線、漏射線及感生射線對患者的影響，減少了正常組織所受低劑量，能夠降低放射治療誘發(fā)惡性腫瘤的發(fā)生幾率。

針對鼻咽癌調(diào)強(qiáng)放療劑量學(xué)的特點，國內(nèi)外已有諸多學(xué)者進(jìn)行了研究。張丹丹等[14]報道VMAT計劃的靶區(qū)劑量覆蓋率略差于S&S，除腦干外,VMAT計劃各OAR的平均劑量和最高劑量均高于S&S調(diào)強(qiáng)計劃，S&S和VMAT治療時間分別為803.7s和389.3s；劉同海等[15]報道VMAT計劃靶區(qū)適形指數(shù)更優(yōu)，腦干和脊髓的最大劑量都明顯增加，其他OAR劑量未見明顯差異；Radhakrishnan等[16]報道VMAT計劃降低了脊髓的最大劑量。

筆者認(rèn)為，所使用計劃系統(tǒng)算法、加速器物理參數(shù)和多葉準(zhǔn)直器葉片物理參數(shù)都影響劑量計算的結(jié)果。本研究使用的Monaco治療計劃系統(tǒng)采用X線蒙特卡洛算法進(jìn)行劑量計算，機(jī)器參數(shù)則采集自一臺醫(yī)科達(dá)Versa HD 醫(yī)用直線加速器。該加速器配備一套AgilityTM多葉準(zhǔn)直器系統(tǒng)，該多葉準(zhǔn)直器形成最大射野范圍為40cm x 40cm，在患者左右方向沿射野中心軸對稱配置80對葉片，單個葉片在射野等中心位置投影寬度為0.5cm，葉片半影典型值為0.6cm，在等中心投影運動速度為3.5cm/s。使用不同的治療計劃系統(tǒng)和不同的加速器參數(shù)進(jìn)行計算，所得到的劑量分布則會產(chǎn)生一定程度差異。

本研究比較了3種不同模式的IMRT調(diào)強(qiáng)治療計劃的劑量學(xué)差異，結(jié)果表明VMAT調(diào)強(qiáng)治療能在保證靶區(qū)劑量和保護(hù)危及器官的前提下，極大提高加速器治療效率，比固定射野調(diào)強(qiáng)治療更具優(yōu)勢。但由于VMAT調(diào)強(qiáng)治療會導(dǎo)致部分危及器官受量增加，在臨床應(yīng)用時需綜合考慮患者實際情況及加速器實際條件，不能一味盲目采用。