2016, Vol. 38
近年来，食管癌放疗的常规技术是利用常规加速器进行适形放疗(CRT)和固定野调强放疗(IMRT)，螺旋断层固定野调强放疗TomoDirect(TD)技术应用于食管癌放疗的研究还没有开展。TD技术是螺旋断层放疗(HT)的固定野调强形式[1-3]，即治疗床沿靶区头脚方向移动时，加速器机头固定在某一个角度出束，通过调节二进制的多叶准直器的开启和关闭时间对到达靶区和危及器官的射线进行强度调节，满足靶区和危及器官的临床剂量学要求，根据治疗计划设计需要可选择多个射野方向。食管癌以食管中段癌最常见，故该研究针对食管中段肿瘤的根治性放疗进行回顾性分析，分别在Pinnacle3计划系统设计瓦里安Unique加速器IMRT计划，在TomoTherapy计划系统设计TD和HT计划进行分析，探究TD技术是否具有剂量学和执行效率优势，与HT技术相比在射线利用率和治疗时间方面是否具有优势，与IMRT技术相比是否存在剂量学优势，为食管癌的放疗提供新的治疗手段。
资料与方法1. 病例资料：对本院近两年收治的10例局部晚期中段食管癌患者(T3-4N0-1M0)进行回顾性分析，6例男性患者，4例女性患者，年龄55～81岁。临床医生根据临床体检、影像学检查等信息在Pinnacle3治疗计划系统勾画大体肿瘤靶区(GTV)，包括原发肿瘤、淋巴结转移和其他转移的病变；考虑肿瘤可能侵犯的范围勾画临床靶区(CTV)，包括GTV周围的亚临床病灶以及可能已经发生转移的淋巴引流区；考虑分次治疗中的摆位误差将CTV三维均匀外扩5 mm得到计划靶区(PTV)，PTV长度10～20 cm，中位值18 cm，体积130～530 cm3，中位值287 cm3。
2. 布野方案：综合考虑临床和计划比较的需要，TD和IMRT计划均采用5野沿纵隔方向和沿靶区长轴方向布野，射野夹角尽可能大，所有射野均照射全靶区，射野角度分别为180°、230°、320°、30°和130°，HT计划进行遮挡设置，选择部分遮挡方式，保留沿纵隔方向与固定野照射范围一致的照射区间。
3. 计划参数设置：所有患者均采用仰卧位，双臂交叉举于前额头，用胸部体模固定，采用荷兰Philips或德国Siemens公司模拟定位CT进行扫描。患者体位中轴线位于CT孔径中心轴附近，扫描层厚均为5 mm，扫描范围从颈部到腹部。将扫描后的CT图像传输至Pinnacle3 9.0治疗计划系统，由主管医生勾画PTV和危及器官(OARs)，OARs包括双肺、脊髓、心脏和气管等，将勾画好的结构传输至Tomotherapy Hi-Art V4.0治疗计划系统，分别在Pinnacle3 9.0治疗计划系统设计瓦里安Unique加速器执行的IMRT计划和TomoTherapy治疗计划系统设计TD和HT计划。考虑计划比较的方便，最终将所有的治疗计划均导入RayStation计划系统进行分析，导出所需的剂量体积直方图(DVH)和三维的剂量分布。
HT和TD计划参数设置：铅门宽度2.5 cm，调制因子2.0，螺距0.25。其中，螺距在HT和TD计划中的定义不同，在HT计划中定义为机架旋转一圈床前进的距离除以铅门宽度，而在TD计划中定义为单个投影间床前进的距离，默认值是铅门宽度的1/10。IMRT计划参数设置：最大子野数50，最小子野面积5 cm2，最小子野跳数5 MU。
本研究所给予的处方剂量为60 Gy，单次剂量2 Gy，共30次，要求处方剂量覆盖95%的PTV体积。危及器官的限量要求为双肺V20＜30%，心脏V30＜40%、V40＜30%，气管最大剂量＜80 Gy，脊髓PRV(脊髓均匀外扩5 mm)最大剂量＜45 Gy。
4. 计划评价指标：靶区的评价采用适形度指数(CI)和均匀性指数(HI)。CI的计算公式为CI=(TVPV)2/(TV×PV) [4]。式中，TVPV为处方剂量所覆盖的PTV的体积，cm3；TV为PTV的体积，cm3；PV为处方剂量线所覆盖的总体积，cm3。CI越接近1，表明靶区适形度越好。HI的计算公式为HI=(D2%-D98%)/D50%[5]。式中，D2%、D98%和D50%为包围PTV体积的2%、98%和50%的最小剂量，Gy，D50%用作归一化处理。HI值越接近0，表明靶区均匀性越好。OARs的评价指标参考国际辐射单位和测量委员会(ICRU)83号报告[5]，包括双肺至少受到5、20和30 Gy剂量的体积(V5、V20 和V30)，双肺平均剂量(Dmean)，脊髓和脊髓PRV的最大剂量(Dmax)，心脏至少受到30和40 Gy的体积(V30和V40)，心脏平均剂量和最大剂量，正常组织(NT)的平均剂量，NT定义为除PTV外的所有正常组织。加速器执行效率和射线利用率的评价采用治疗时间和机器跳数(MU)，其中IMRT和TD计划的治疗时间是通过在加速器实际执行得到的，包括出束时间和机架旋转时间。
5. 统计学处理：数据用x±s表示。采用SPSS 22.0软件进行统计学分析，利用双侧配对t检验，对TD、HT和IMRT治疗计划的剂量学差异、治疗时间以及机器跳数进行分析。P＜0.05为差异有统计学意义。
结 果1.3组计划的剂量学结果：TD、HT和IMRT计划的靶区和危及器官在10例患者中的平均值和统计分析结果列于表 1。与IMRT计划相比，TD和HT计划的靶区平均剂量、CI和HI具有剂量学优势(t=-3.865、-4.914、5.261、10.419、-5.463、-6.862，P＜0.05)；与HT计划相比，TD计划的靶区平均剂量、CI和HI要差(t=2.444、-7.055、2.325，P＜0.05)。IMRT、TD和HT计划的平均双肺V5差异无统计学意义(P>0.05)；与IMRT计划相比，TD和HT计划的平均双肺V20、V30和平均剂量显著变低(t=-5.372、-6.296、-6.991、-4.646、-2.865、-4.632，P＜0.05)；与HT计划相比，TD计划的平均双肺V20和平均剂量要高(t=4.808、3.576，P＜0.05)。IMRT、TD和HT计划的平均心脏V30和V40差异无统计学意义(P>0.05)；与HT计划相比，TD和IMRT计划的心脏平均剂量要低(t=-3.112、2.829，P＜0.05)、心脏最大剂量要高(t=3.154、-3.348，P＜0.05)；与IMRT计划相比，TD计划的心脏平均剂量和最大剂量差异无统计学意义(P>0.05)。与HT计划相比，TD计划的脊髓最大剂量要高(t=3.071，P＜0.05)，IMRT计划的差异无统计学意义(P>0.05)；与IMRT计划相比，TD计划的脊髓最大剂量差异无统计学意义(P>0.05)；IMRT、TD和HT计划的脊髓PRV最大剂量差异无统计学意义(P>0.05)。与HT计划相比，TD计划的正常组织平均剂量要高(t=5.076，P＜0.05)，IMRT计划的差异无统计学意义(P>0.05)；与IMRT计划相比，TD计划的正常组织平均剂量差异无统计学意义(P>0.05)。
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表 1 3组计划的靶区和危及器官比较(x±s) Table 1 Comparison of PTV and OARs among three treatment plans(x±s) |
2. 治疗计划的执行效率以及机器的利用效率：TD、HT和IMRT的治疗计划平均执行时间分别为436、496和235 s，与HT计划相比，TD计划的执行时间平均短12.0%(t=-4.095，P＜0.05)，IMRT计划的执行效率最高；TD和HT计划的机器跳数分别为4 294和6 842 MU，与HT计划相比，TD的机器跳数平均少了37.2%(t=-12.559，P＜0.05)。TD计划从执行效率和机器利用率上要明显优于HT计划。
讨论TD技术源于Topotherapy概念[6]，即加速器机头固定，通过治疗床的步进和二元多叶准直器的开合控制射线强度，对每一个固定野，患者沿头脚方向通过扇形束直到遍布整个靶区。目前，TD技术主要应用于乳腺癌的放疗[7-14]。Reynders等[7]研究了TomoTherapy、TD和常规放疗技术在术后乳腺恶性肿瘤中的应用，TomoTherapy和TD技术可以得到临床接受的治疗计划，从危及器官的保护角度看还要好于常规放疗技术；Hashimoyo等[8]探究了多野和切线野TD照射技术在右乳术后放疗中的应用，在没有增加全身剂量的情况下多野TD技术改善了靶区和危及器官的剂量分布；Chung等[11]研究了TD的调强和适形技术在早期乳腺癌中的剂量学比较，与TD的适形技术相比，调强技术可以得到更好的靶区覆盖和患侧肺受到更好的保护；TD技术为乳腺癌的放疗提供了新的治疗手段。TD技术在全身和全脑全脊髓的放疗等方面也有相关的应用[15-16]，Salz等[15]探究了TD调强技术在全身放疗(TBI)中应用的可行性，与传统肺部遮挡方法比较可以得到更好的均匀性，为临床应用提供了新的方法；徐英杰等[16]研究了TD技术在全脑全脊髓放疗中的全新布野方案，5野的TD技术具有一定优势。考虑目前国内外还没有课题组开展TD技术在食管癌放疗中的应用研究，故该研究探究TD技术在食管癌放疗中的剂量学和执行效率方面是否具有优势，为食管癌的放疗提供新的临床技术。
食管癌以中段食管癌最为常见，临床上中段食管癌放疗应用比较多的是利用常规加速器的IMRT技术，布野原则一般是沿纵隔方向交错布野，通过动态多叶准直器调节射线强度。考虑与IMRT技术剂量学和执行效率比较的需要，TD技术采用同样的布野方案，只是患者的靶区利用扇形束进行照射，通过二元多叶准直器调节射线强度。实验结果表明，TD技术在靶区的适形度和均匀性方面具有优势，危及器官双肺的V20、V30和平均剂量受量低，对双肺有更好地保护，脊髓和心脏受到的剂量差异不具有统计学意义；TD技术的治疗时间要长于IMRT技术，相对执行效率要低。为充分理解TD技术的剂量学和执行效率特点，该文还比较了与HT计划的区别，要求设计HT计划时利用遮挡技术，遮挡食管两侧的双肺，使靶区的最大照射范围与固定野照射范围基本一致，还要求计划设计参数(调制因子、铅门宽度和螺距)与TD计划保持一致。实验结果表明，HT计划在靶区适形度和均匀性方面要更好，危及器官双肺的V20和平均剂量的受量更低，脊髓和心脏的最大剂量受量更低，心脏的平均剂量要高；但是由于HT进行了遮挡设置，治疗射束的方向减少，增加了治疗圈数，使得治疗时间延长，而且射线的利用率变低，TD比HT计划执行时间少了约12.0%，而机器跳数减少了约37.2%。如果HT计划不进行遮挡设置，治疗时间和射线利用率会得到改善，但是低剂量区域范围会变大，尤其是对于本应只有散射剂量的区域受到了更多的照射。
综合考虑，TD技术在中段食管癌放疗中的应用，与IMRT技术相比具有靶区适形度和均匀性好，双肺的V20、V30和平均剂量受量低的优势，与进行遮挡设置的HT技术相比具有心脏平均剂量受量低，治疗时间短，射线利用率高的优势。对于只有螺旋断层放疗设备的单位，综合考虑计划质量和执行效率，建议中段食管癌的放疗采用TD技术，可以提高设备的使用效率，缩短治疗时间。对于既有常规加速器又有螺旋断层放疗设备的单位，从执行效率的角度考虑，建议使用常规加速器进行治疗，从计划质量的角度考虑，建议使用TD技术进行治疗。该研究表明TD技术在中段食管癌放疗中具有应用价值，可以为食管癌的放疗提供新的治疗手段。
利益冲突 无作者贡献声明 刘志强负责实验设计、数据整理、数据分析和论文撰写；胡志辉和黄鹏负责实验数据采集；徐英杰和张可负责技术指导；田源、苗俊杰和陈佳赟负责数据核查；许猜负责临床指导；戴建荣负责实验总体安排、论文修改
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