局部晚期非小细胞肺癌同期整合推量调强放射治疗对正常组织影响的剂量学研究*

杨雯娟 曾 彪 邱艳芳 谭剑锋 徐诗磊 蔡奕龙 王 晖*

局部晚期非小细胞肺癌同期整合推量调强放射治疗对正常组织影响的剂量学研究*

杨雯娟①曾 彪②邱艳芳①谭剑锋②徐诗磊②蔡奕龙②王 晖①*

目的：评价使用不同剂量强度同期整合推量调强放射治疗(SIB-IMRT)对局部晚期非小细胞肺癌(NSCLC)正常组织影响的剂量学分析。方法：收集20例不可手术的NSCLC患者，根据国际抗癌联盟(UICC)2009年第7版分期，ⅢA期10例，ⅢB期10例，对患者制定常规IMRT方案、SIB-IMRT-1、SIB-IMRT-2和SIB-IMRT-3的4种放射治疗计划方案，评价不同的SIBIMRT方案的剂量学特征。在所有方案中均给予计划靶区(PTV)60 Gy/30次；在SIB-IMRT-1方案、SIB-IMRT-2方案和SIB-IMRT-3方案中分别给予计划大体肿瘤区(PGTV)69 Gy/30次、75 Gy/30次和81 Gy/30次，单次分割剂量分别为2.3 Gy、2.5 Gy和2.7 Gy。评价比较4组方案剂量分布及正常组织受量。结果：3个SIB-IMRT方案中肿瘤靶区PGTV剂量显著增高，IMRT方案为62.1 Gy，SIB-IMRT-1方案为68.5 Gy，SIB-IMRT-2方案为74.2 Gy，SIB-IMRT-3方案为79.6 Gy)。正常肺组织V20无显著性差异(F=5.511，P＞0.05)。SIB-IMRT-3方案的平均肺剂量(MLD)高于其他各方案，且差异有统计学意义(F=9.441，P＜0.05)，但仍在正常组织限量要求范围内。随着处方剂量的增大，食管最大剂量(Dmax)逐渐增大。心脏受量在各组中无显著性差异(F=1.204，P＞0.05)。结论：在局部晚期NSCLC中使用SIB-IMRT选择性增加肿瘤靶区剂量在剂量学上是可行的，不增加总治疗时间，不增加心肺毒性反应的风险，需注意限制食管最大剂量，且仍需在临床试验中进一步验证其有效性及安全性。

非小细胞肺癌；同期整合推量调强放射治疗；剂量学；医用直线加速器

根据国家癌症中心发表的数据，我国2015年肺癌预估总发病数为73.33万例，总死亡数61.02万例，居全国癌症发病率和病死率第一位[1]。非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)占肺癌比例约80%，临床确诊时已达到局部晚期的患者占60%～70%，其中80%患者由于局部侵犯范围较广而不再适用手术治疗，这部分患者的标准治疗方案是同步放化疗，而传统的常规放射治疗疗效仍然欠佳，尤其是局部晚期NSCLC的局控率仅为20%左右。近年来，许多NSCLC的I和(或)Ⅱ期临床研究表明，提高肿瘤放射治疗剂量，可以带来更好的局部控制率和生存率[2-4]。然而，放射治疗带来的心肺等重要器官的不良反应却是影响肺癌患者生存获益的重要因素，因此在提高肿瘤放射治疗剂量的同时，避免增加放射治疗对心肺等重要器官的不良反应显得尤为关键。

目前，在一项采用单纯增加放射治疗次数来提高肿瘤放射治疗剂量的多中心临床研究(RTOG 0617)中却未得到预期结果，其原因考虑是由于心肺等正常组织的放射性损伤以及总放射治疗时间的延长抵消了提高放射治疗剂量所带来的生存获益[5-6]。随着放射治疗技术的发展，同期整合推量(simultaneous integrated boost，SIB)调强放射治疗(intensity-modulated radiation therapy，IMRT)在肿瘤放射治疗中得到了广泛应用[7-8]。同期整合推量调强放射治疗(SIBIMRT)技术是在每次放射治疗分割中，同时给予肿瘤靶区及亚临床灶不同的单次剂量，即可以在不延长总治疗时间的前提下给予肿瘤更高的单次剂量和总剂量，而不增加周围组织剂量。而目前对于SIB-IMRT在局部晚期NSCLC中，什么是最合适的剂量强度，以及随着肿瘤剂量的递增对周围正常组织究竟有多大影响尚不清楚。基于此，本研究对比了20例NSCLC患者的不同剂量的SIB-IMRT方案，分析其对肿瘤局部及正常组织受量的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集2014-2015年在湖南省肿瘤医院(中南大学湘雅医学院附属肿瘤医院)接受放射治疗的20例局部晚期NSCLC患者，均经病理学证实且为中央型肺癌。其中鳞癌17例，腺癌3例；左肺癌11例，右肺癌9例；根据国际抗癌联盟(International Union Against Cancer，UICC)2009年第7版分期，ⅢA期10例，ⅢB期10例。

1.2 仪器设备

采用Lightspeed RT螺旋CT模拟定位机(美国GE公司)；治疗计划系统(TPS)为Pinnacle，7.0版本(荷兰Philips公司)；医用直线加速器2510(瑞典Elekta公司)。

1.3 治疗方法

1.3.1 定位扫描

患者采用仰卧位，双手上抬至头顶，采用热塑模固定体位，在CT模拟定位机下定位，扫描范围由上颈至上腹部，扫描层厚5 mm，图像传输至飞利浦Pinnacle(version 7.0)放射治疗计划系统。

1.3.2 靶区定义

根据国际放射单位和测量委员会(International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)62号文件，以及美国国家综合癌症网(National Comprehensive Cancer Network，NCCN)的NSCLC临床指南。大体肿瘤体积(gross tumor volume，GTV)为根据各项临床检查(包括支纤镜、胸部CT及PET-CT等)可观察到的大体肿瘤区域包括：①原发肿瘤，包括肺窗中所见肺内肿瘤范围及纵隔窗中所见纵隔受累范围，病变毛刺边缘；②转移淋巴结，病理阳性，CT上短径＞1.0 cm，一个淋巴结区域内≥2个成簇的淋巴结，PET-CT阳性。临床靶区(clinical target volume，CTV)为GTV外扩6～8 mm。计划靶区(planning target volume，PTV)由CTV外扩5 mm。计划肿瘤体积(planning gross tumor volume，PGTV)由GTV外扩5 mm。同时勾画正常肺组织、心脏、食管和脊髓等周围正常组织。

1.3.3 处方剂量

为每个病例制定4个不同处方剂量的放射治疗计划，即常规IMRT方案、SIB-IMRT-1方案、SIBIMRT-2方案和SIB-IMRT-3方案。所有放射治疗方案中，PTV处方剂量均为60 Gy/30次；在SIBIMRT-1方案、SIB-IMRT-2方案和SIB-IMRT-3方案中，PGTV分别给予69 Gy/30次、75 Gy/30次和81 Gy/30次，即PGTV的单次处方剂量分别为2.3 Gy、2.5 Gy和2.7 Gy。危及器官(organ at risk，OAR)限量：双肺V5≤60%，V20≤30%，平均肺剂量(MLD)≤20 Gy；脊髓最大剂量≤45 Gy；心脏V40≤30%，V30≤40%；食管平均剂量＜34 Gy(见表1)。

表1 不同放射治疗方案靶区处方剂量

1.3.4 计划评估

靶区剂量要求：95%等剂量曲线包括至少95%的靶区体积，同时尽量减少正常组织受量。PGTV接受＞110%处方剂量的体积＜20%，接受＜93%处方剂量体积＜3%，靶区以外不能出现＞110%剂量热点。通过剂量体积直方图(dose volume histograms，DVH)和等剂量曲线分布对各个不同放射治疗方案的治疗计划进行评价和比较。

1.4 统计学方法

采用SPSS 20.0统计软件进行数据分析，计数资料以均数±标准差(x-±s)表示，采用配对t检验和随机区组设计的方差分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 对肿瘤靶区受量的影响

在Pinnacle放射治疗计划系统上对20例患者4个放射治疗方案靶区覆盖及DVH进行比较，获得95%靶区体积的实际接受剂量。患者IMRT方案、SIBIMRT-1方案、SIB-IMRT-2方案和SIB-IMRT-3方案PTV接受剂量分别为(60.8±0.6)Gy、(60.6±1.7) Gy、(61.7±2.6)Gy和(63.0±3.5)Gy，各组间相比，差异均无明显统计学意义(F=0.805，P＞0.05)；而PGTV受量分别为(62.1±1.2)Gy、(68.5±2.1)Gy、(74.2±3.1)Gy和(79.6±4.4)Gy，随着给予肿瘤局部处方剂量的升高，可以达到PGTV的剂量明显增加，差异有统计学意义(F=33.14，P＜0.05)，而周边区域(如PTV)剂量增加不显著(见表2)。

表2 各组靶区剂量比较(±s)

表2 各组靶区剂量比较(±s)

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表3 各组OAR受量剂量学比较±s)

表3 各组OAR受量剂量学比较±s)

*:P＜0.05与其他各组两两比较

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2.2 对正常组织接受剂量的影响

4种方案的肺平均接受剂量分别为(15.4±2.5) Gy、(15.7±2.7)Gy、(16.1±2.7)Gy和(16.6±2.8) Gy，其中SIB-IMRT-3方案与其他各治疗方案相比，差异均有统计学意义(F=9.441，P＜0.05)；各组肺V20无统计学差异；SIB-IMRT-3方案中肺V5为(49.9±10.7)%，稍高于其他各方案，差异有统计学意义(t=2.765，P=0.033)，见表3。

2.2.1 对心脏的影响

随着肿瘤剂量的逐渐增加，心脏的平均剂量、V5、V40等相关剂量参数稍有增加，但无统计学意义。

2.2.2 对食管的影响

食管平均剂量及V50各组均无显著差异，但随着处方剂量的增加，食管最大剂量明显增加，分别为(64.0±2.3)Gy、(68.0±3.8)Gy、(73.0±5.5)Gy和(77.6±6.9)Gy，差异有统计学意义(F=66.75，P＜0.05)。

2.2.3 对脊髓的影响

IMRT方案、SIB-IMRT-1方案、SIB-IMRT-2方案以及SIB-IMRT-3方案脊髓最大剂量分别为(40.6±2.9)Gy、(41.5±2.6)Gy、(42.2±2.7)Gy和(43.1±2.9)Gy；SIB-IMRT-3方案脊髓最大高于其他各种方案，其差异有统计学意义(F=2.976，P=0.05)，但仍在正常耐受限量范围内。

3 讨论

目前，接受的局部晚期NSCLC放射治疗的常规剂量普遍为60～63 Gy，是由RTOG7301临床研究所确立，已有30年未作修正。随着放射治疗技术的发展，很多研究都表明NSCLC的放射治疗是存在剂量反应关系[9-10]。同时，许多RTOGI/Ⅱ期临床试验也都证实了高于常规60～70 Gy的剂量，会带来更好的局部控制率和总生存率，且毒性反应可耐受[2-4]。然而，基于I/Ⅱ期临床研究基础上开展的Ⅲ期随机对照多中心临床研究RTOG 0617却未得到预期的结果，标准剂量组18个月生存率66.9%反而优于高剂量组53.9%[5]。在局控和远转控制方面高剂量组也未体现优势。这一结果带来很多争议，原因仍在进一步分析，可能与放射治疗相关的心肺毒性，以及总治疗时间(overall treatment time，OTT)的延长有关[6]。值得注意的是在这项开始于2007年的临床研究采用的放射治疗技术是三维适形放射治疗和常规适形调强放射治疗，其高剂量74 Gy是给予相对广的PTV范围，且常规分割2.0 Gy单次剂量必然导致总治疗时间的延长，继而带来的放射治疗相关毒性和OTT延长导致的肿瘤再增殖[11]可能是影响结果的重要原因。

提高NSCLC放射治疗增益比，很大程度上取决于如何达到提高肿瘤放射治疗剂量和控制周围重要器官放射治疗相关毒性反应的平衡。既要提高NSCLC病灶的照射剂量，又要保证心肺等重要正常组织不受严重损失，同时不延长总治疗时间，是提高NSCLC放射治疗疗效的关键技术难题，因此本研究将目光投向了目前精准放射治疗技术研究热点——SIBIMRT。SIB-IMRT是利用调强放射治疗的物理特性原理，可以在每一次放射治疗中将不同剂量分别给予GTV及亚临床CTV病灶，这种非均匀空间照射剂量分布，可以给予肿瘤更高的单次照射剂量，不增加周围组织剂量和总治疗时间。

目前，SIB-IMRT技术在头颈部肿瘤、前列腺肿瘤和直肠肿瘤等报道的比较多，但在肺癌中的报道较少[7-8，12]。Han等[13]研究阐明了SIB技术(GTV 57 Gy/30次、CTV 51 Gy/30次和PTV 45 Gy/30次)在局限期小细胞肺癌中应用的可行性可耐受性。也有学者研究了SIB技术不同剂量分割方式(如GT 52.5 Gy/ PTV 45 Gy，GTV 75 Gy/CTV 60 Gy/PTV45 Gy)在NSCLC中的应用，均证明了其有效性和安全性[14-15]。但SIB技术在NSCLC应用中最佳的剂量强度，以及随着GTV剂量的升高对周围正常组织究竟有多大影响，目前尚不清楚。

本研究比较了3种不同的SIB-IMRT剂量分割方式及常规IMRT的剂量学参数，分析其可行性及周围危及器官的受量。大多数患者不能接受达到控制肿瘤生长的足够放射治疗剂量的主要原因是正常组织的受量限制，胸部肿瘤主要剂量限制的器官是心肺组织。Kong等[16]研究发现，放射性肺毒性与正常肺受量如平均肺剂量(MLD)、肺V20密切相关，而与肺部肿块剂量无明显关系。Bradley等[17]认为，基于MLD的模型对于放射性肺炎有更好的预测价值。在调强放射治疗中肺低剂量照射范围(肺V5)被认为也是放射性肺炎的重要相关因素[18]。在本研究中，SIB组的处方剂量分别达到69 Gy、75 Gy和81 Gy，比较了所有组别的肺V5和V20，均无统计学差异。在SIBIMRT-3方案中，肺平均剂量较其他各组有所增高，差异具有统计学意义，但仍在NCCN指南正常限量范围内。本研究发现，随着使用SIB技术使肿瘤剂量增加的同时，正常肺组织受量V5、V20与常规调强放射治疗差异不大，但肺高剂量体积V60有所升高。目前肺V60并无剂量限制要求，其与放射性肺炎的关系尚未完全明确，且放射疗效应仍需在临床试验中进一步观察。同时，本研究发现，随着使用SIB技术增加GTV剂量，心脏V5、V30、V40和脊髓的最大剂量并无显著性增加。

但值得注意的是，随着肿瘤靶区处方剂量的增加，胸腔内另一重要组织——食管接受的最大剂量明显增加，尤其在SIB-IMRT-2方案和SIB-IMRT-3方案中平均分别达到(73.0±5.5)Gy和(77.6±6.9)Gy。Cannon等[19]在一项大分割放射治疗NSCLC的研究中，剂量达到75 Gy/25次时，出现1例4级放射性食管穿孔。Chen[20]等在一项对231例NSCLC患者食管放射性损伤的分析中，发现食管最大剂量以及急性放射性食管炎的恢复率与严重晚期食管毒性反应密切相关，建立数据模型得出食管TD50=76.1 Gy(95%CI：73.2～78.6 Gy)。食管剂量＞70～75 Gy时，无疑使放射性食管炎，甚至食管穿孔出血的几率显著增加，尤其在一些肿瘤与食管毗邻紧密的患者中风险更大。但在目前精准放射治疗时代，在放射治疗计划设计之初，注意使食管避让高剂量区域是完全可以实现的。因此，建议在临床应用SIB技术增加肿瘤剂量，尤其在给予高于70 Gy以上剂量时，可考虑食管外扩5 mm，勾画食管的计划危及器官靶区(planning organ at risk，PRV)，仅给予常规处方剂量60 Gy，目的是避免PGTV高剂量点落于食管壁导致穿孔等严重毒副反应；同时，注意加强急性放射性食管炎的积极处理和营养支持治疗也是减少严重食管毒性反应的重要手段。

随着计算机技术和医学影像技术的进步，放射治疗技术得到了突飞猛进的发展，在使用SIB-IMRT的同时辅助使用更多先进的技术，包括PET-CT、4DCT、呼吸门控、自适应放射治疗和图像引导放射治疗(image guided radiotherapy，IGRT)等，可能会为患者带来更多获益，也将是下一步临床研究准备进一步探讨的问题。

综上所述，在局部晚期NSCLC中使用SIBIMRT选择性增加肿瘤靶区剂量，在剂量学上是可行的，不增加心肺毒性反应的风险，但需注意限制食管最大剂量。本研究目前已有一项Ⅱ期临床研究正在进行，拟进一步验证其临床应用的有效性及安全性。

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A dosimetric analysis about the effect of SIB-IMRT for normal tissue of patients with locally advanced NSCLC/YANG Wen-juan, ZENG Biao, QIU Yan-fang, et al//China Medical Equipment,2017,14(7):63-68.

Objective: To explore a dosimetric analysis about the effect of simultaneous integrated boost - intensitymodulated radiation therapy (SIB-IMRT) under different dose for normal tissue of patients with locally advanced non-small cell lung cancer (NSCLC). Methods: 20 patients with NSCLC who couldn't receive operation were divided in IIIA group (10 cases) and IIIB group (10 cases) according to the classification method of Union for International Cancer Control (2009, 7th edition). Every patient

4 radiotherapy plans included one routine IMRT and three SIB-IMRT plans, and then the dosimetric characteristic of different SIB-IMRT plan was evaluated. In all of these plans, the dose of planning target volume (PTV) was 60 Gy/30f, and the planning gross tumor volume (PGTV) of three SIB-IMRT groups (SIB-IMRT-1 group, SIB-IMRT-2 group and SIB-IMRT-3 group) received, respectively, different dose (69 Gy/30f, 75 Gy/30f and 81 Gy/30f), and the single divided doses of the three groups were 2.3 Gy, 2.5 Gy and 2.7 Gy, respectively. The distributed dose of the four groups and received dose of normal group were evaluated and compared. Results: The PGTV doses of three SIB-IMRT groups were significantly increased, and all of dose of four groups were , respectively, 62.1 Gy (IMRT group), 68.5 Gy (SIB-IMRT-1 group), 74.2 Gy(SIB-IMRT-2 group) and 79.6 Gy (SIB-IMRT-3 group) (P＜0.05). The differences of V20in normal tissue among four groups were no significant (F=5.511, P＞0.05). The mean lung dose (MLD) of SIB-IMRT-3 group was significantly higher than other groups (F=9.441, P＜0.05), while it still was within the scope of limited requirement. Besides, the Dmaxof esophagus was gradually increased with increasing of prescriptive dose, and the received doses of heart among various groups were no significant (F=1.204, P＞0.05). Conclusion: On dosiology, it is feasible that PGTV dose is selectively increased when SIB-IMRT is used in the locally advanced NSCLC. This method don't increase total curative time and risk of toxic reaction of heart and lung. While the maximum dose of esophagus should be limited and this method still need more verification for its effectiveness and safety in clinical experiment.

Non-small cell lung cancer; Simultaneous integrated boost- intensity module radiation therapy; Dosiology; Medical linear accelerator

Key Laboratory of Translational Radiation Oncology, Hunan Province, Hunan Cancer Hospital (The Affiliated Cancer Hospital of Xiangya School of Medicine, Central South University), Changsha 410013, China.

杨雯娟,女,(1985- ),博士研究生，主治医师。湖南省肿瘤医院(中南大学湘雅医学院附属肿瘤医院)肿瘤放射治疗转化医学湖南省重点实验室，从事肿瘤放射治疗相关工作。

2017-04-20

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.07.016

1672-8270(2017)07-0063-06

R814.2

A

湖南省科学技术厅重点项目(2013SK2017)“不可手术肺小细胞癌的同期整合增量调强放射治疗研究”

①湖南省肿瘤医院(中南大学湘雅医学院附属肿瘤医院)肿瘤放射治疗转化医学湖南省重点实验室 湖南 长沙 410013

②湖南省肿瘤医院(中南大学湘雅医学院附属肿瘤医院)放疗综合科 湖南 长沙 410013

*通讯作者：wanghui710327@163.com