鼻咽癌是我国常见的恶性肿瘤之一,鼻咽癌调强放疗(IMRT)有明显的剂量学优势,不仅可提高患者的生活质量,而且可改善放疗疗效[1, 2]。但是,鼻咽癌静态调强放疗的照射子野数多,治疗时间长;研究表明,在照射总剂量相同时,延长照射时间将明显降低肿瘤的生物效应[3, 4]。本研究采用直接机器参数优化(DMPO)方法,在保证靶区剂量分布满足临床治疗需要的前提下,通过优化尽可能减少鼻咽癌IMRT的照射子野数和照射时间,为临床应用提供依据。
1. 一般临床资料:回顾性分析在河北医科大学第四医院确诊并治疗的10例鼻咽癌患者。其中,男7例,女3例;中位年龄47岁(33~52岁)。
2. 靶区勾画:所有患者均采用热塑头颈肩体膜固定,仰卧位进行CT模拟定位。在三维重建图像上,由一名主任医师勾画靶区和危及器官。其中,靶区包括原发肿瘤区(GTV-T)和颈部转移淋巴结(GTV-N)。与之对应的亚临床病灶区(CTV)分别定义为 CTV-T(GTV-N外扩0.5 cm,包括鼻咽及咽旁间隙)和CTV-N(GTV-T外扩0.5 cm),上颌窦、鼻腔的后1/3、蝶窦的下半部分、颈部淋巴引流区和锁骨上预防区外扩0.3 cm定义为计划靶体积(PTV)。处方剂量分别为70、64、54 Gy,分30次治疗。危及器官耐受剂量限制:晶状体最大剂量<8 Gy,视神经最大剂量<50 Gy,脊髓最大剂量<40 Gy,脑干最大剂量<50 Gy,腮腺V35<50%。
3. IMRT计划设计:使用美国飞利浦公司的Pinnacle 8.0m版本治疗计划系统设计治疗计划。选用瑞典Elekta公司的Synergy VMAT直线加速器,6 MV X射线。患者治疗计划均采用9个固定方向照射野,角度分别为0°、40°、80°、120°、160°、200°、240°、280°、320°。采用DMPO技术进行静态调强优化计算,优化前设置机器参数,单个子野最小跳数5 MU,最小子野面积4 cm2;最大子野数分别设定为60、70、80、90、100、110、120个来进行逆向优化运算,并以120个子野的计划结果作为标准,对优化条件进行调整,最后分别得到子野数为<60、70~61、80~71、90~81、100~91、110~101和120~111个的7组IMRT计划。所有计划均达到处方剂量要求。
4. IMRT计划比较:通过治疗计划系统提供的剂量体积直方图(DVH),评价GTV-T、GTV-N、CTV-T、CTV-N、PTV的最小剂量、最大剂量、平均剂量,危及器官受照剂量(包括脊髓、脑干、腮腺、眼晶状体、视神经)。IMRT计划适形指数(CI)=(Vt,ref/Vt)×(Vt,ref/Vref)。式中,Vt,ref 为参考等剂量线所包绕的靶区体积,cm3;Vt为靶区体积,cm3;Vref为参考等剂量线面所包绕的所有区域的体积,cm3[5]。CI值范围是0~1,CI值越大,表示适形度越好。分别将90%、95%、100%和105%的处方剂量定义为参考等剂量线计算GTV-T、GTV-N、CTV-T、CTV-N、PTV的CI105%、CI100%、CI95%和CI90%。
5. 统计学处理:数据以±s表示。采用SPSS 13.0软件包进行统计学分析,计量资料采用单因素方差分析,进一步两两比较采用LSD检验。P<0.05为差异有统计学意义。
1. 不同子野数鼻咽癌IMRT计划的参数比较:鼻咽癌不同计划子野数的实际子野数、靶区剂量和CI结果列于表1。由表1可知,7个IMRT计划的实际子野数、CTV-T和PTV CI100%比较,差异有统计学意义(P<0.05)。与<60组比较,其余6组的实际子野数随设定子野数依次逐渐减少,各组两两比较,差异均有统计学意义(P<0.05)。与<60组相比,100~、110~和120~组的GTV-T最大靶区剂量降低,结果差异均有统计学意义(P<0.05);除70~组外的其余5组的CTV-T最大靶区剂量降低,结果差异均有统计学意义(P<0.05);110~和120~组的PTV靶区最大剂量也降低,结果差异均有统计学意义(P<0.05)。各个计划间实际总跳数(MU),GTV-T、GTV-N、CTV-T、CTV-N和PTV的最小剂量,GTV-N、CTV-N和PTV的最大剂量,GTV-T、GTV-N、 CTV-T、CTV-N和 PTV的平均剂量比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。
GTV、CTV和PTV的平均体积分别为(91.39±71.13)、(177.27±92.16)和(1 028.05±167.03)cm3。与<60组相比,其余6组的靶区适形指数PTV CI100%明显提高(P<0.05);GTV和CTV的CI105%、CI100%、CI95%和CI90%及PTV的CI95%和CI90%在不同子野数的IMRT计划间比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。
2. 不同子野数鼻咽癌IMRT计划的危及器官剂量比较:单因素方差分析显示,危及器官脊髓、脑干、眼晶状体、视神经的最大剂量,以及两侧腮腺的V30和V35,7个子野数不同的鼻咽癌IMRT计划比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。
鼻咽癌调强放疗时子野数多、治疗时间长,增加了治疗的不确定性[6, 7]。迟子锋等[7]报道,在IMRT计划中子野数增多,增加剂量偏差,建议IMRT计划总子野数应控制在80个以内。李龙根等[8]采用DMPO技术,设计总子野数100~70个不同的4个鼻咽癌调强放疗计划均能满足临床治疗需要,4个IMRT计划的治疗计划总跳数无明显变化,但总子野数由100减至70个,平均出射线束时间10.2减至8.5 min,总治疗时间由17.3减至14.3 min。关莹等[9]利用子野权重优化(SWO)技术设计前列腺癌及鼻咽癌患者IMRT计划,与静态调强计划相比,鼻咽癌SWO-IMRT计划子野数减少,MU数增加,治疗时间减少;而前列腺癌SWO-IMRT计划总子野数、总MU数、治疗时间均减少。李毅等[10]和查元梓等[11]采用SWO技术,在宫颈癌IMRT计划中既减少了总子野数、也降低了机器总跳数。采用DMPO技术,曹彦坤等[12]使食管癌总子野数减少23%,总MU数减少9%。Qi和Xia[13]采用直接子野优化(DAO)技术,在DMPO基础上进一步降低了鼻咽癌和前列腺癌的总子野数和总跳数。本研究采用DMPO技术设计的鼻咽癌IMRT计划中,最小子野跳数5 MU,子野数从120~61个的6个IMRT计划,肿瘤靶区和正常组织剂量均能满足临床要求,子野数减少到70个以下时,缩短单次治疗时间,减少误差,提高治疗效率;与上述报道结果基本一致。当总子野数减少到60个以下时,GTV-T、CTV-T及PTV的最大剂量明显增加、PTV CI100%降低,IMRT计划已不能满足临床要求。
总之,本研究显示,通过Pinnacle治疗计划系统的DMPO技术设计总子野数60~70个的9野鼻咽癌IMRT计划,能满足临床治疗需要。
[1] | 张瑜,林志安,潘建基,等. 初治鼻咽癌调强放疗与常规放疗的同期对照研究[J]. 癌症, 2009, 28(11): 1143-1148. |
[2] | Fang FM, Chien CY, Tsai WL, et al. Quality of life and survival outcome for patients with nasopharyngeal carcinoma receiving three-dimensional conformal radiotherapy vs. intensity-modulated radiotherapy-a longitudinal study[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2008, 72(2): 356-364. |
[3] | Mu XK, Löfroth PO, Karlsson M, et al. The effect of fraction time in intensity modulated radiotherapy: theoretical and experimental evaluation of an optimisation problem[J]. Radiother Oncol, 2003, 68(2): 181-187. |
[4] | Zheng XK, Chen LH, Yan X, et al. Impact of prolonged fraction dose-delivery time modeling intensity-modulated radiation therapy on hepatocellular carcinoma cell killing[J]. World J Gastroenterol, 2005, 11(10):1452-1456. |
[5] | International Commission on Radiation Units and Measurements. ICRU Report 83. Prescribing, recording and reporting intensity-modulated photon-beam radiation therapy (IMRT)[R]. Oxford: Pergamon Press, 2010. |
[6] | Jiang Z, Earl MA, Zhang GW, et al. An examination of the number of required apertures for step-and- shoot IMRT[J]. Phys Med Biol, 2005, 50(23): 5653-63. |
[7] | 迟子锋, 刘丹, 曹彦坤, 等. IMRT计划剂量误差与射野特征参数相关性分析[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2013, 32(3): 294-296. |
[8] | 李龙根, 徐志勇, 胡伟刚. 直接机器参数优化技术在鼻咽癌调强放疗的应用[J]. 中国癌症杂志, 2006, 16(12): 1038-1042. |
[9] | 关莹, 戴建荣, 金大伟, 等. 两种调强放疗计划设计模式的比较[J]. 中华放射肿瘤学杂志, 2007, 16(2): 147-151. |
[10] | 李毅, 陈鑫, 李文荣, 等. 子野权重优化在宫颈癌术后IMRT计划中的应用研究[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2013, 33(6): 619-672. |
[11] | 查元梓, 张松方, 屠永清, 等. 子野权重优化对CMS XiO宫颈癌调强计划的影响[J]. 中国医学物理学杂志, 2013, 30(1): 3866-2869. |
[12] | 曹彦坤, 迟子锋, 焦广青, 等. 食管癌IMRT计划设计降低子野数及MU数方法研究[J].中国医学物理学杂志, 2011, 28(2): 2460-2463. |
[13] | Qi P, Xia P. Relationship of segment area and monitor unit efficiency in aperture- based IMRT optimization[J]. J Appl Clin Med Phys, 2013, 14(3): 4056. |