食管癌是目前最常见的消化道恶性肿瘤之一，其发病率和死亡率分别居我国癌症的第3和4位^[1]。食管癌靶区通常形状不规则，周围危及器官较多，如肺、脊髓和心脏等，在计划设计中对靶区和危及器官有严格的要求。容积弧形调强(VMAT)技术在出束时通过动态调节剂量率、机架运动速度和子野形状获得更多的自由度^[2-4]。VMAT技术相比于调强适形放射治疗(IMRT)技术可以获得更优的靶区适形度指数(CI)、均匀性指数(HI)、降低危及器官受照射剂量的同时可以有效地缩短治疗时间，提高治疗效率^[5-7]，逐渐被广泛的应用于食管癌的放射治疗^[8-10]。Monaco计划系统在VMAT优化时，提供了3种通量平滑度选项，分别是高、中和低。随着通量平滑度的降低将会增加子野数、优化时间以及机器跳数。本研究旨在比较3种通量平滑度在胸中上段食管癌中的剂量学差异，选取最优的通量平滑度，为该参数在临床应用提供参考。

1.患者资料：选择2018年10月至2019年2月四川省肿瘤医院收治的15例局部晚期中上段食管癌患者，10例男性，5例女性，年龄45~65岁，中位年龄49岁。所有患者均无放疗禁忌证。本研究中的靶区体积为：大体肿瘤体积(GTV)(原发病灶、阳性淋巴结)；临床靶区(CTV)为GTV周围外扩0.5 cm，头脚方向外扩3 cm；计划靶区(PTV)为CTV各方向均匀外扩0.5 cm。

2.计划设计：患者CT模拟定位采用仰卧位，体部热塑膜固定体位，双手交叉抱肘置于额头，采用荷兰Philips公司生产的16排V Brilliance TM CT BigBore4型号的CT机定位扫描，扫描层厚为3 mm，扫描范围从颈部到腹部。扫描后将患者CT数据传送至美国MIM Software公司的MIM Maestro软件由主管医生勾画PTV和危及器官(双肺、心脏、脊髓和气管等)，勾画完成后将结构传输至瑞典医科达公司Monaco计划系统，分别设计通量平滑度为高、中和低的3组VMAT计划。直线加速器采用医科达Infinity(6 MV X射线)，剂量率为0~600 MU/min，双弧VMAT计划(弧1顺时针181°~179°，弧2逆时针179°~181°)，3种通量平滑度优化时靶区和危及器官的条件一致。PTV的处方剂量为60 Gy/30次，单次剂量2 Gy，处方剂量覆盖95%的靶区体积。危及器官的限量要求为双肺V₂₀ < 30%，脊髓危及器官的计划体积(PRV) D_max < 45 Gy，心脏V₃₀ < 40%、V₄₀ < 30%，气管D_max < 80 Gy。

3.计划评估：靶区和危及器官的评估参考国际辐射单位和测量委员会(ICRU)83号报告^[11]建议，其中靶区评估采用95%PTV体积的剂量D₉₅、平均剂量D_mean、适形度指数(CI=V_prescribed/V_PTV，其中V_prescribed为处方剂量包裹的体积，V_PTV为靶区的体积)以及均匀性指数(HI=D₁/D_prescribed，其中D₁为1%靶区体积所对应的剂量，D_prescribed为处方剂量)。HI越接近1均匀性越好，CI越接近1适形度越高。双肺V₅、V₁₀、V₂₀、平均剂量D_mean；心脏V₃₀、V₄₀、平均剂量D_mean；脊髓PRV的D_max和脊髓的D_max；统计3种计划的总机器跳数。V_n < m表示n Gy剂量所包裹的危及器官的体积 < m%。

4.统计学处理：计量资料经检验符合正态分布，数据以$\bar x \pm s$表示。采用SPSS 23.0软件进行分析，对3组计划的剂量学参数进行配对t检验。P < 0.05为差异有统计学意义。

1.靶区和危及器官剂量学比较：3组计划靶区和危及器官剂量参数结果列于表 1。3组计划得到的靶区和危及器官的剂量参数均能满足临床需求。3组计划得到的靶区D₉₅、D_mean、CI和HI等参数相比差异均无统计学意义(P>0.05)；高组得到的心脏V₄₀、D_mean与中和低组相比，差异无统计学意义(P>0.05)，而高组心脏的V₃₀低于中组和低组，差异有统计学意义(t=-0.400、-0.999，P < 0.05)；与中组相比，低组的心脏V₃₀和D_mean均增加，差异有统计学意义(t=0.411、0.589，P < 0.05)，V₄₀差异无统计学意义(P>0.05)。对于双肺的V₅高组高于中组和低组，差异有统计学意义(t= 1.306、-2.027、P < 0.05)，而高组得到的双肺的V₁₀、V₂₀和D_mean等参数与中和低组相比差异无统计学意义(P>0.05)；与中组相比，低组的肺V₅降低，差异有统计学意义(t= 0.423、P < 0.05)，而V₁₀、V₂₀和D_mean等参数差异均无统计学意义(P>0.05)。高组脊髓的最大值低于中组和低组，差异有统计学意义(t=-1.190、-2.167、P < 0.05)；与中组相比，低组的脊髓的最大值增加，差异有统计学意义(t= 0.013、P < 0.05)。

表 1(Table 1)

表 1 3组计划靶区和危及器官剂量参数($\bar x \pm s$) Table 1 Comparison of dosimetric parameters of targets and OARs among three groups($\bar x \pm s$) 计划 例数 PTV 心脏 双肺 脊髓PRV 子野数 跳数(MU) D95(Gy) Dmean(Gy) CI HI V30(%) V40(%) Dmean(Gy) V5(%) V10(%) V20(%) Dmean(Gy) Dmax(Gy) 高 15 60.1±0.2 61.7±0.5 1.2±0.1 1.1±0.0 14.9±6.6 8.6±4.3 12.7±4.7 60.3±5.4 45.0±3.6 25.8±2.3 13.7±0.9 36.8±2.7 190.7±7.0 930.1±128.8 中 15 60.2±0.2 61.7±0.3 1.2±0.0 1.1±0.0 15.3±6.9a 9.3±4.3 12.8±4.8 59.8±5.8a 44.0±2.8 25.3±1.7 13.3±0.8 37.7±1.7a 192.1±6.5 1 055.8±152.3a 低 15 60.1±0.1 62.1±0.5 1.2±0.0 1.1±0.0 15.8±7.6ab 10.0±5.3 12.9±5.0b 58.5±5.7ab 43.7±3.7 25.4±2.1 13.3±1.0 38.7±1.3ab 194.3±5.0a 1 242.9±189.6a 注：a与高组相比，t=-0.40、-0.999、1.306、-2.027、-1.190、-2.167、-2.040、-3.148、-6.692，P < 0.05；b与中组相比，t=0.411、0.589、0.423、0.013，P < 0.05；PRV.危及器官的计划体积；PTV.计划靶区

表 1 3组计划靶区和危及器官剂量参数($\bar x \pm s$) Table 1 Comparison of dosimetric parameters of targets and OARs among three groups($\bar x \pm s$)

2.子野数和机器跳数比较：高组的子野数与中组相比差异无统计学意义(P>0.05)，低于低组1.9%，差异有统计学意义(t=-2.040、P < 0.05)；高组、中组和低组的平均机器跳数为930.1、1 055.8和1 242.9 MU，高组与中组和低组相比分别减少了13.5%和33.6%，差异有统计学意义(t=-3.148、-6.692、P < 0.05)。与中组相比，低组的子野数和机器跳数差异均无统计学意义(P>0.05)。

Monaco计划系统采用的蒙特卡罗(Monte Carlo)算法是目前剂量计算较精确的算法之一^[12]，该算法进一步提高了光子线在非均匀组织中剂量计算的准确性^[13-14]。Monaco计划系统使用的蒙特卡罗算法因其优化过程复杂，运算速度慢于卷积/叠加算法。随着计算机运算能力的提升，蒙特卡罗算法的运算速度较以往有较大的提升。因此，Monaco在临床地应用越来越广泛。Monaco计划系统设计调强计划时需要设置的参数众多，例如通量平滑度、每个弧的最大控制点个数以及优化模式等，不同的优化参数将会直接影响放疗计划的质量和治疗效率。如何在特定的病例里选择最优的优化参数需要通过临床剂量学数据作为依据。

本研究比较了3种通量平滑度在中上段食管癌VMAT中的应用。结果表明，高组可以获得与中组和低组类似的计划质量，并且可以提高治疗效率。高组对于脊髓的保护优于其他两组，脊髓最大值与其他两组相比分别减少了0.9和1.9 Gy。食管癌放射治疗时心脏的放射性损伤主要跟V₃₀和V₄₀相关^[15-16]。Monaco计划系统在优化时增加了靶区两侧的照射剂量，减少了靶区上下方向的入射剂量。因此，3组计划得到的心脏剂量均远低于剂量限值。高组心脏的V₃₀低于其他两组，差异有统计学意义(t=-0.400、-0.999，P < 0.05)。而肺的V₂₀和平均剂量与放射性肺炎的发生概率和严重程度密切相关，当V₂₀ < 20%，发生放射性肺炎的概率为0；V₂₀为22%~31%时，发生2级放射性肺炎的患者占到8%；V₂₀>32%时，可能会发生3级放射性肺炎^[17]。3组计划肺的V₅和V₂₀均满足剂量限值，其中高组肺的V₅和V₂₀与中组和低组相比高了0.5%、1.8%、0.5%和0.4%，但差异均无统计学意义。

Monaco计划系统提供的3种通量平滑度可以不同程度地控制第一步通量优化的平滑度，改变子野数和机器跳数。本研究结果表明，3种通量平滑度得到的计划质量并没有显著的差异，本研究可知，随着通量平滑度的降低，3种通量平滑度的子野数并没有明显的增加，这可能是导致3种通量平滑度计划质量没有显著差异的原因之一。为了保证计划的执行效率满足临床实际情况，本研究中将每个弧的最大控制点数设置为100，3组计划得到的控制点数均接近200，最大控制点数设置偏少可能是导致3组计划差异不显著的另一原因。除此之外，计划的最终结果与第一步通量优化和第二步子野优化有关，降低通量平滑度可以提高第一步通量优化的结果，但是该结果不一定会提高第二步子野优化的结果。另外，改变通量平滑度将会显著改变机器跳数，通量平滑度增加会减少机器跳数，高组的机器跳数与中组和低组相比分别减少了11.9%和25.2%。根据第8版美国癌症联合委员会/国际抗癌联盟(AJCC/UICC)发布的食管癌病变部位分段标准，将食管癌分为：颈段、胸上段、胸中段和胸下段^[18]。本研究选取的胸中上段食管癌靶区与危及器官的交叠情况与其他部位的食管癌有较大差异。因此，本研究得到的结果具有局限性，不一定适用于其他部位的食管癌，需要进一步研究。

总之，3种通量平滑度计划均能满足临床要求，计划质量没有显著差异，但是高组可以减少机器跳数、缩短治疗时间，从而提高治疗效率。因此，建议在胸中段食管癌VMAT计划设计中使用高通量平滑度。

利益冲突  无

作者贡献声明  吴凡负责实施研究和起草文章；刘敏负责计划系统的指导；康盛伟负责分析、解释数据；王培、黎杰负责对文章的知识性内容作批评性审阅；唐斌负责统计分析；吴骏翔负责酝酿和设计实验