食管癌有无均整器模式下的容积旋转调强放疗剂量学比较

赖沛宝，王丹丹，管世王，王继宇，孟凡军

（揭阳市人民医院 放疗科，广东 揭阳 522000）

0 引言

放疗是食管癌一种较为重要的治疗手段，既可作为术前、术后的辅助治疗，也可作为根治性治疗。容积旋转调强技术（VMAT）是目前一种常用的调强放疗技术，具有靶区的均匀性和适形性较高、危及器官的剂量较低及治疗时间相对较短等优势[1，2]。其中均整器的应用可以使靶区的剂量分布更均匀，但同时有其自身缺点：降低了剂量率、延长出束时间及机头漏射和散射辐射增加等，移除均整器理论上可以改善上述缺点。因此有研究探索移除均整器后放疗计划的改变，例如在肺癌计划的研究中发现无均整器模式是安全有效的，甚至在靶区剂量及危机器官保护方面具有一定优势[3，4]。目前关于食管癌无均整器模式方面的研究比较少，既往有关于胸上端食管癌无均整器（FFF）模式下的固定野适形调强（IMRT）与容积旋转调强(VMAT)两种计划的靶区剂量学比较，显示VMAT-FFF 模式在肺组织保护方面具有一定优势，且执行时间更短、执行效率高，但在靶区均匀性方面较差[5]。目前关于食管癌在VMAT 技术下有无均整器的对比研究较少，本文就食管癌上述两种放疗技术的靶区进行剂量学比较。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2018 年10 月至2019 年9 月在我院就诊并行根治性放疗的食管癌患者20 例。其中男13 例，女7 例；平均年龄（58.47±8.20）；病变位于颈段者1 例，胸上端者7 例，胸中段者9 例，胸下段者3 例；病理类型：全部为鳞癌；分期：IIB期1例，IIIA 期4例，IIIB 期6 例，IVA 期9 例（AJCC 第八版）。

1.2 体位固定及CT 扫描

患者仰卧位，双臂自然下垂放于身体两侧，使用真空袋固定，采用西门子大孔径CT 进行定位扫描，层厚及层间距均为5mm。扫描范围上界至颅底，下界至第二腰椎下缘，然后将获得的CT 图像传输至瓦里安Eclipse 15.5 版本的计划系统。

1.3 靶区勾画

大体肿瘤区(gross tumor volume，GTV)包括食管原发病灶及食管旁肿大淋巴结。临床肿瘤区(clinical tumor volume，CTV)包括高危临床肿瘤区CTVl 及低危临床肿瘤区CTV2；CTVl 轴向在GTV外扩5～10mm，纵向包括GTV 外10mm 食管及食管旁组织，不包括区域淋巴结：CTV2 在CTVl 基础上轴向外扩20～40mm，加上相应层面纵隔淋巴引流区及纵膈2、4 淋巴引流区以及双侧锁骨上淋巴引流区，CTV 根据椎体、血管等解剖屏障适当调整。如考虑患者耐受性差，则不包括锁骨上淋巴引流区。计划靶区(planning target volume，PTV)在各CTV 基础上立体均匀外扩5mm。危及器官(OAR)包括脊髓、双肺(除外CTV 部分)及心脏。

1.4 靶区处方要求

①食管癌靶区处方剂量：PTV60（CTV1 外扩5mm 形成）总剂量6000 cGy/28-29F，PTV54（CTV2外扩5mm 形成）总剂量5400 cGy/28-29F。PTV 大于95%体积接受≥100%的处方剂量，小于1%的体积接受≥107%的处方剂量。②危及器官剂量限制：双肺V5 ≤65%，V20 ≤30%，V30 ≤20%；心脏D40 ≤60%；脊髓Dmax＜40Gy，脊髓计划区Dmax＜45Gy。

1.5 计划设计

放射治疗计划基于瓦里安Trilogy 直线加速器6MV-X 射线及Varian Eclipse(Version 15.5)三维放疗计划系统，采用了容积旋转调强技术（VMAT）分别使用了FF 和FFF 两种模式，每位患者共设计了2 个放射治疗计划。VMAT 计划均采三弧照射(其中两个断弧照射整个靶区，360 度避开角度为60°-120°，300°-240°，一个360 度全弧，只照射颈部）。最大剂量率为600 MU/min，机架角度间隔为2，机架旋转速率为4.8deg/s。

1.6 评估方法

治疗计划评估指标：均匀性指数(homogeneity index，HI)，HI=D5%/D95%，其中，D5%、D95%分别为靶区5%高剂量区域剂量及其他95%区域的剂量。适形指数(conformity index，CI），其中，TVpi 为处方剂量线面包绕的靶区体积，TV 为靶区体积，Vpi 为处方剂量线面所包绕的所有区域的体积。D95%、D5%为靶区95%、5%体积受量的相关参数。

1.7 统计处理

数据用均数±标准差形式表示。采用SPSS 21.0 统计软件，分别对VMAT-FF 和VMAT-FFF 这两种计划的剂量学参数进行统计，符合正态分布的两组数据进行t检验。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 靶区剂量参数

VMAT-FF 和VMAT-FFF 计划均可满足临床需求。靶区剂量分布方面，两靶区的PTV60 及PTV54 在平均剂量、均匀性、适形性方面均未见明显差别，无统计学意义（P＞0.05），见表1。

表1 20 例胸中段食管癌病例VMAT-FF 和VMAT-FFF 两种计划的靶区剂量学参数比较

2.2 危及器官剂量

两种计划在脊髓最大值、心脏（Dmean、V10、V20、V40）以及双肺（Dmean、V5、V20、V30）均未见明显统计学差异（P＞0.05），见表2。

表2 20 例胸中段食管癌病例VMAT-FF 和VMAT-FFF 两种计划的危及器官剂量学参数比较

续表2

2.3 机器跳数及出束时间

VMAT-FF 和VMAT-FFF 的机器跳数分别为（684.4±98.7）及（930.9±191.9），且差异有统计学意义（P＜0.05）。两者的出束时间分别为（60.28±12）s 及（36.15±18）s，且差异有统计学意义（P＜0.05）（见表1）。

3 讨论

食管癌在我国是一种常见的恶性肿瘤，在恶性肿瘤中居第7 位，发病率达14.9/10 万[6]，放疗是食管癌的重要治疗手段。随着技术的进步，放疗技术由常规放疗发展到三维适形放疗再到调强放疗，靶区适形性及周围器官保护都有极大的提升[7]。其中均整器的应用使放疗技术得到大幅发展，可使靶区剂量均匀分布，但同时应用均整器会降低剂量率、增加治疗时间、增加机头的散射辐射和漏射辐射及增加了射野外的放射剂量[7-8]。因此关于无均整器模式的研究逐渐兴起，FFF 模式与FF 模式在物理学上的差异主要表现为剂量率高；空气中输出因子（机头散射因子/准直器散射因子）较低；射线质软；小面积射野产生更高的表面剂量，大面积射野产生相当的或更低的表面剂量；半影较小；射野外剂量（外围剂量）较小。近年来，FFF 模式已在立体定向放疗中有较多研究：国内外均有研究[9-10]表明早期肺癌采用容积旋转调强在FFF 模式下进行立体定向放疗（SBRT）是安全可行的，同时一些肺转移瘤及肝癌的SBRT 均可应用FFF 模式。常规剂量下的FFF模式尚未广泛应用[11-12]，但既往有关于乳腺癌在保乳术后调强放疗的研究表明，有无均整器两种模式的IMRT 放疗计划均可满足临床治疗需求，并且有着相似靶区剂量分布，CI 和HI 无明显差异[13]。本研究也有类似发现：食管癌的VMAT-FF 和VMAT-FFF 两种计划中PTV60 及PTV54 的最大值、平均值、D98、D95、CI、HI 均无明显差异，且均满足临床计划需要。同时在本研究结果显示，两种模式下的危及器官剂量也无统计学差异，因此移除均整器并未对靶区整体的剂量分布产生明显影响。

但本研究中两种计划的机器跳数有明显差异：VMAT-FF 模式跳数明显小于VMAT-FFF 模式（473.9±70.5 VS 735.7±98.2，P＜0.05），且差异有统计学意义。原因考虑为FFF 模式移除了均整器更换成薄铜片，因此导致射线软化，FFF 模式的6MV-X射线质更接近4MV-X 射线质，因此在相同剂量下FFF模式需要输出更多机器跳数以满足深部区域处的靶区剂量[14]。FFF 模式的最大剂量率达1400MU/min，而FF 模式下最大剂量率为600MU/min。高剂量率的优势表现为同一控制点剂量率的调制范围大，较少的子野数即可满足该方向的剂量要求，单个控制点的治疗时间缩短，进而引起机架旋转速度相对较快，因此FFF 模式的出束时间比后者短。在本研究中确实证实了这一点：VMAT-FFF 模式的出束时间明显小于VMAT-FF 模式（57.0±6.6s VS 36.6±17s，P＜0.05），且差异有统计学意义，因此VMAT-FFF模式的治疗时间明显缩短。治疗时间是评估放疗技术优劣的重要参数，因为治疗时间的减少可以降低患者体位改变的概率，从而可提高了治疗的精度。既往有研究表明治疗时间的延长或可导致目标靶区在治疗过程中移位从而导致“脱靶”[15]，且对于一些特殊固定体位的病人，减少治疗时间可大大减少治疗不适感，提高病人的顺应性。既往肺癌的无均整器模式的立体定向放疗研究中表明相比于均整模式，非均整模式可大幅缩短治疗时间，且靶区的剂量相当，正常组织的受量未增加[16]。此外，一些临床前的研究表明[17-18]，非均整射线可减少低剂量区边缘的光子污染，且减少MLC 多叶光栅的泄漏。有研究表明，非均整器模式可减少约70%的光子散射污染，因此或可减少二次肿瘤的发生概率[19]。Hall等人的研究也表明应用FFF 模式能有效减少正常组织的受照剂量、缩短治疗时间，因此也可以降低放疗后二次癌症发生的概率[20]。高剂量率的另一个优势为可能有更好的肿瘤杀伤效应，不过该结论目前仅在体外实验中被证实[21]。即使在常规剂量的放疗计划中，非均整治疗模式仍可能有潜在获益。

综上所述，本研究通过对比20 例胸中段食管癌VMAT-FF 和VMAT-FFF 两种模式的放疗计划，发现二者在靶区剂量学及危及器官剂量参数方面均无明显差异，均可满足临床需求。而VMAT-FFF 模式可以减少出束时间进而提高治疗效率，具有一定优势。