中华放射医学与防护杂志  2015, Vol. 35 Issue (4): 261-264   PDF    
引用本文
周冲, 任洪荣, 卜祥兆, 丁纪, 阮晓博, 张伟, 李向阳, 郭林, 刘凌, 殷海涛. 胸上段食管癌无均整器容积弧形调强与固定野调强放疗计划的剂量学比较[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2015, 35(4): 261-264, DOI: 10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2015.04.006.
胸上段食管癌无均整器容积弧形调强与固定野调强放疗计划的剂量学比较
周冲, 任洪荣, 卜祥兆, 丁纪, 阮晓博, 张伟, 李向阳, 郭林, 刘凌, 殷海涛     
221007 徐州, 东南大学附属徐州市中心医院
收稿日期: 2014-10-07
基金项目： 徐州市青年后备人才项目(2014005)
通信作者：殷海涛,Email:baixia1108@126.com
[摘要]    目的 探讨在瓦里安TrueBeamTM直线加速器中使用无均整器出束容积弧形调强(RA-FFF)及常规固定野调强(IMRT)两种计划剂量学差异.方法 选择10例分期为cT2-3N0-1M0-1a胸上段食管癌患者定位CT资料,使用ECLIPSETM 10.0.4治疗计划系统分别设计RA-FFF、IMRT根治性放疗计划,处方剂量为60 Gy/30次,比较2种计划的剂量学参数和执行效率.结果 2种计划靶区适形度相似,差异无统计学意义;IMRT计划的均匀性指数高于RA-FFF计划(t=7.298,P=0.008);RA-FFF计划中肺组织的V20、V5低于IMRT计划(t=2.451、2.604,P<0.05).RA-FFF及IMRT两种计划制定时间分别为(5.3±1.4)、(3.5±1.7)h(t=2.585,P<0.05),机器总跳数分别为632±213及734±132(t=-1.287,P=0.084),治疗执行时间分别为(2.2±0.9)、(4.5±1.3)min(t=4.60,P<0.01).结论 与IMRT计划相比,RA-FFF在胸上段食管癌治疗中具有相似的靶区剂量分布,可更好地保护肺组织,计划制定时间较长但执行效率较高.
[关键词]     容积弧形调强     调强放疗     食管癌     剂量学    
Dosimetric comparison of volumetric modulation arc radiotherapy with flattening filter-free beams with IMRT for upper thoracic esophageal cancer
Zhou Chong, Ren Hongrong, Bu Xiangzhao, Ding Ji, Ruan Xiaobo, Zhang Wei, Li Xiangyang, Guo Lin, Liu Ling, Yin Haitao     
Department of Radiation Oncology, The Central Hospital of Xuzhou, The Cancer Institute of Southeast University, Xuzhou 221006, China
[Abstract]    Objective To compare the dosimetric difference between RapidArc with flattening filter-free Beams (RA-FFF) and static gantry intensity-modulated radiotherapy (IMRT) for upper thoracic esophageal cancer by means of Varian TrueBeamTM accelerator. Methods A total of 10 patients with upper thoracic esophageal cancer staged cT2-3N0-1M0 were enrolled. RA-FFF and IMRT treatment plans with radical intent were generated by Varian EclipseTM TPS 10.0.4 for each patient. All plans were prescribed 60 Gy in 30 fractions. The RA-FFF plans were compared with IMRT in terms of dosimetric quality and delivery efficiency. Results Both of the two plans provided similar conformity index, while IMRT had a improved homogeneity index than that of RA-FFF(t=7.298, P=0.008). For the lung, the values of V20, V5 in RA-FFF plan was lower than that of IMRT plan(t=2.451, 2.604 P<0.05). The treatment planning time of RA-FFF plans were longer than that of IMRT plans[(5.3±1.4), (3.5±1.7) h, t=2.585,P<0.05]. The monitor units for RA-FFF and IMRT were 632±213 and 734±132(t=-1.287,P=0.084), respectively. The treatment time of RA-FFF and IMRT were 2.2±0.9 and 4.5±1.3, respectively(t=4.60, P<0.01). Conclusions For patients with upper thoracic esophageal cancer, RA-FFF plan, compared with IMRT plan, has a similar target coverage and better dose sparing to the lungs. In addition, RA-FFF plan has fewer MUs, less treatment time and better treatment efficiency.
[Key words]     Volumetric modulated arc therapy     Intensity-modulated radiotherapy     Esophageal cancer     Dosimetry    

胸上段食管癌首选放疗作为根治性治疗手段。但因胸上段食管癌靶区不规则,毗邻心脏、肺、脊髓等危及器官,计划设计较为复杂。传统的固定野调强放疗(IMRT)技术可在给予靶区处方剂量的同时尽可能的降低周围正常组织的照射剂量。但IMRT具有治疗时间长、总治疗跳数较多的缺点。容积弧形调强(volumetric modulated arc therapy,VMAT)在加速器出束过程中机架位置及多叶准直器可连续改变,与普通IMRT技术相比靶区剂量分布相似,但可明显降低治疗时间。瓦里安公司特有的容积弧形调强技术(RapidArc)属VMAT的一种,其TruebeamTM直线加速器配备无均整器(flattening filter-free,FFF)出束方式。本研究拟比较胸上段食管癌采用IMRT、无均整器容积弧形调强(RA-FFF)两种计划方式剂量学及治疗效率方面的差异,为临床胸上段食管癌合理选择调强方式提供参考依据。

资料与方法

1.病例选择及靶区勾画:随机数字表法选择10例胸上段食管鳞癌(AJCC 2009 TNM分期,T2~T4,N0~N1,M0~M1a)患者定位CT数据作为研究对象。其中男性7例,女性3例,平均年龄65.5岁(45~79岁)。定位CT在患者自然呼吸状态下静脉注射造影剂增强扫描,扫描体位为仰卧位,双臂下垂至身体两侧,颈肩热塑膜固定。扫描范围上至颅底,下至第一胸椎水平,扫描层厚5 mm。CT图像传输至治疗计划系统后进行靶区勾画。危及器官(OAR)包括脊髓、双肺(除外CTV部分)及心脏。肿瘤大体靶区(GTV)为参考胃镜、定位CT、PET/CT、食管造影所见的原发肿瘤区及CT所示的短径≥1.0 cm或PET/CT示代谢阳性的转移性颈部及纵隔肿大淋巴结。临床靶区(CTV)为GTV前后左右外扩0.5~0.8 cm,上下两端外扩3 cm,同时包括双锁骨上、食管旁、2、4、5、7淋巴引流区,根据椎体、血管等解剖屏障适当调整。计划靶区(PTV)为CTV上下外扩1.0 cm,前后左右外扩0.5 cm。PTV处方剂量60 Gy,分次剂量2.0 Gy/次。

2.计划设计:所有计划均由两位经验丰富的物理师共同完成。使用ECLIPSETM 10.0.4治疗计划系统行计划设计。对10例患者每位均分别设计IMRT和RA-FFF两种放疗计划。所有计划均基于瓦里安TruebeamTM直线加速器设计,该机配备120叶多叶光栅(MLC),中心20 cm内叶片宽度5 mm,外10 cm处叶片宽度10 mm。使用6 MV X射线,剂量计算均选用各向异性分析算法(anisotropic analytical algorithm,AAA)[1],计算网格为2.5 mm。IMRT:调强计划采用固定机架角动态滑窗法(sliding window)实现,出束方式为带均整器方式出束,设计5~7个共面野,固定输出剂量率600 MU/min。RA-FFF:出束方式为不在均整器出束。设计2个共面的360°旋转弧,准直器设置角度介于20°~30°,最大输出剂量率为1 200 MU/min,机架旋转速度6°/s。为方便不同计划可以比较,以上两种计划方式均设定95% PTV接受处方剂量为归一方式。

3.计划目标及剂量评估:计划设计目标:PTV大于95%体积接受≥95%的处方剂量,≥107%的处方剂量＜1%。对于OAR,双肺V20≤28%(Vx定义为≥x Gy照射的体积),V5≤40%,平均剂量≤13 Gy;脊髓最大剂量D1 cm3(D1 cm3定义为1 cm3体积接受的最高剂量)<45 Gy;心脏V30≤30%,V40≤20%。计划评估:均匀性指数(homogeneity index,HI),HI=D5%-D95%,其中,D5%为接受5%体积的最高剂量,D95%为95%体积的最低剂量[2]。适形指数(conformity index,CI),,其中,Vt为靶区体积,Vt,ref为处方剂量线面包绕的靶区体积,Vref为处方剂量线面所包绕的所有区域的体积。

4.执行效率评估:统计各计划的优化时间、计划总跳数和计划执行时间。计划执行时间为计划验收时的执行时间,指在直线加速器上执行放疗计划开始出束至结束的时间。

5.统计学处理:使用SAS 9.1软件进行统计分析,结果用x±s表示。配对t检验用于两组计量资料的比较。P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.靶区剂量分布:所有IMRT及RA-FFF计划均满足剂量学要求。靶区剂量分布方面,RA-FFF与IMRT计划的CI相似,差异无统计学意义。IMRT计划的均匀性指数高于RA-FFF计划(t=7.298,P=0.008),见表 1。

表 1 10例胸上段食管癌患者计划靶区及危及器官DVH参数比较(x±s)

2.OAR剂量分布:PTV为(463.74±155.43) cm3,双肺CTV为(2190±431)cm3。两组计划均能较好地保护正常组织,结果见表 1。RA-FFF计划中肺组织的V20、V5低于IMRT计划(t=2.451、2.604,P<0.05)。肺平均剂量、心脏V30及V40方面,两组计划差异均无统计学意义。脊髓组织2组计划D1 cm3差异无统计学意义。

3.执行效率:RA-FFF及IMRT两种计划制定时间分别为(5.3±1.4)、(3.5±1.7)h(t=2.585,P=0.019),机器总跳数分别为(632±213)及(734±132) MU(t=-1.287,P=0.084),治疗执行时间为(2.2±0.9)和(4.5±1.3)min(t=4.60,P<0.01)。RA-FFF的治疗执行时间较IMRT缩短了51%。

讨 论

胸上段食管癌具有类"T"形靶区,由于周围毗邻脊髓等重要器官传统的三维适形放疗计划很难完成理想的靶区覆盖。既往临床研究表明,IMRT技术较三维适形放疗具有更好的靶区适形度,同时可更好的保护周围正常组织[3]。但IMRT技术在胸上段食管癌中的应用也存在一些亟待解决的问题,如治疗总跳数较高、执行效率偏低等特点。研究表明,IMRT治疗时间延长可能会增加第二原发癌的概率[4],同时治疗时间长也会增加治疗误差[5]。随着放疗技术的发展,容积弧形调强技术应运而生。RapidArc是瓦里安公司在Otto[6]工作基础上建立的一种容积弧形调强实现方式。有研究表明在上段食管癌中RA与IMRT计划比较,具有相似的靶区覆盖及危及器官保护,但可明显降低治疗跳数[7]。瓦里安TrueBeam直线加速器配备FFF出束方式,既往一些研究表明,FFF模式相比传统带均整器出束方式,可以降低头向散射和电子污染,从而降低野外剂量,更好地保护正常组织[8]。去掉均整器意味着剂量率可进一步提升,这不仅可进一步提高治疗效率,节约治疗时间降低患者治疗期间不适感,而且,体外实验也证实高剂量率可能会带来更好的肿瘤杀伤效应[9]。

近年来,已有一些RA-FFF技术在鼻咽癌[10]、乳腺癌[11]、立体定向放疗[8]中的应用报道。有关RA-FFF在胸上段食管癌的相关报道较少,本研究将RA-FFF与IMRT两种放疗技术在胸上段食管癌放疗进行了剂量学的比较。研究表明,在靶区适形度方面,RA-FFF较IMRT相似,但IMRT剂量均匀性较好。张瑞等[12]比较了VMAT和IMRT放疗计划在胸上段食管癌中的差异,研究结果显示VMAT和IMRT具有相似的靶区分布。Yin等[13]研究表明,VMAT较IMRT适形度更高,均匀度方面则是IMRT较VMAT略好。Nicolini等[2]比较了RA-FFF模式和静态野调强计划在食管癌中的剂量学差异,表明RA-FFF和IMRT近似的靶区覆盖和均匀性。以上结果表明,RA-FFF与VMAT和IMRT三者在靶区剂量分布上较为接近,均能满足临床要求。危及器官方面,本研究结果显示RA-FFF较IMRT在心脏和脊髓方面剂量学差异无统计学意义,但具有更好的肺组织保护。这些获益可能是由于去掉均整器导致的照射野外散射线较少有关。放射性肺炎是食管癌放疗尤其是同步化疗中最严重的不良反应。目前普遍认为肺组织的V5及V20和平均剂量3个参数是重要的预测放射性肺炎的剂量体积因子[14]。Nicolini等[2]研究表明RA-FFF食管癌放疗计划的肺平均剂量,V20及V5 3个指标均低于普通IMRT计划。本研究结果和其相似,但两种计划的平均剂量差异无统计学意义,分析原因可能与入组病例的病变部位及计划优化策略有一定关系。值得注意的是,部分文献报道由于VMAT特有的低剂量"沐浴"效应,VMAT会增加低剂量照射肺组织的体积[15],本研究RA-FFF计划的肺组织低剂量区V5低于IMRT计划,分析原因除FFF的临床获益外也可能与IMRT计划制定过程中方向角的选择有关。

治疗效率方面,多数文献报道,VMAT执行效率较IMRT高。本研究10例患者RA-FFF计划的平均执行时间较IMRT减少约一半。IMRT执行时间受到总的跳数、机器剂量率、射野数目、TPS算法等因素影响较大。RA-FFF执行时间主要受机架旋转速度和多叶光栅运动速度影响,而与剂量率关系不大。RA-FFF计划由于无均整器,其剂量分布在射野中心及边缘极不均匀,为了实现大野均匀照射,RA-FFF计划较之普通VMAT计划总跳数增高,但仍较IMRT为低[2]。本研究RA-FFF总跳数较IMRT计划减少13.9%。值得注意的是,计划设计阶段,RA-FFF设计时间明显高于IMRT,当然计划设计时间同样和物理师的计划设计熟练度、计算机配置、TPS算法等因素有很大关联。

综上所述,胸上段食管癌中无论采用RA-FFF或IMRT设计计划均能满足临床要求,靶区均匀性方面,RA-FFF较IMRT略差,但对肺的保护方面有优势,同时RA-FFF计划执行效率较高,计划执行时间短。针对这些特点,胸上段食管癌临床上可酌情选择合适的放疗技术。

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