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   复旦学报(医学版)  2021, Vol. 48 Issue (1): 132-135      DOI: 10.3969/j.issn.1672-8467.2021.01.021
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基于DMLC技术的不同布野方式治疗复杂食管癌的剂量学研究
花蕾 , 孙菁 , 张建英 , 肖寒 , 郭根武     
复旦大学附属中山医院放疗科 上海 200032
摘要:为研究复杂食道癌放疗动态多叶光栅(dynamic multi-leave collimator,DMLC)技术中9野方式的可行性,我们选取13例复杂食道癌患者,使用DMLC在相同的优化条件下分别使用7野和9野进行优化。确保两种方式95%的计划靶区(planning target volume,PTV)体积都达到处方剂量,比较两种布野方式危及器官受量、计划靶区的适形度指数(conformity index,CI)、均匀性指数(heterogeneity index,HI)、计划体积最大剂量(maximum dose,Dmax)以及机器跳数(monitor unit,MU)和控制点数(control point,CP)的差异。9野DMLC计划危及器官受量降低,差异有统计学意义; HI和CI改善,Dmax降低,但差异均无统计学意义; CP,MU增加,差异有统计学意义。因此,9野方式较7野方式具有更好的剂量学优势,可以减少正常组织的高剂量照射区域。
关键词食管癌    放射治疗    布野方式    剂量学    
Dosimetric differences of different methods of fields distribution in complex esophageal cancer based on DMLC therapy
HUA Lei , SUN Jing , ZHANG Jian-ying , XIAO Han , GUO Gen-wu     
Department of Radiotherapy, Zhongshan Hospital, Fudan University, Shanghai 200032, China
Abstract: In order to study the feasibility of 9-field plan in treating patients with complex esophageal cancer based on dynamic multi-leave collimators (DMLC) technology, we selected 13 patients with complex esophageal cancer and optimized 7-field and 9-field plans respectively under the same optimization conditions with DMLC technology.By ensuring that 95% of planning target volume (PTV) volume of the two ways can both reach the prescription dose, we compared the differences between the two ways in terms of organs at risk, conformality index (CI), heterogeneous index (HI), maximum dose (Dmax) of the planned volume, monitor unit (MU) and control point (CP).We found that in the 9-field plan, the dose of organs at risk decreased, the difference was statistically significant; the improvement of HI and CI was not statistically significant; the reduction of Dmax was not statistically significant; the increase of CP and MU was statistically significant.Therefore, 9-field DMLC plan has better dosimetric advantages compared with 7-field plan and it can reduce the high-dose radiation area of normal tissue.
Key words: esophageal cancer    radiation therapy    method of fields distribution    dosimetry    

食管癌是我国的常见的消化道恶性肿瘤[1],放疗是其主要治疗手段之一[2],可供选择的技术有三维适形放疗(3-dimensional conformal radiotherapy,3DCRT)、调强放疗(intensity modulated radiation therapy,IMRT)和螺旋断层调强技术[3]。对于纯颈段、胸段食管癌,有研究表明旋转容积调强放疗(volumetric modulated arc radiotherapy,VMAT)优于固定野调强放疗,优于适形放疗[4]。但是面对全段食管癌和淋巴结众多的上中段食管癌,采用VMAT及5~7野的静态调强(step-and-shoot IMRT,SS-IMRT)并不具有优势[5],无法有效降低肺、心脏及脊髓的受量[6]。动态多叶光栅(dynamics multi-leave collimators,DMLC)虽然也是固定野调强,但相对于SS-IMRT有更高的调制力,相对于VMAT又限制了入射角度,因此在复杂食管癌的计划设计中有其独特优势。在2019版的《中国食管癌放射治疗指南》中,建议固定野采用5~7野6 MV的X线,尽量避开穿射双侧肩膀设野。虽然指南建议使用5~7野,但是对于复杂食管癌患者,基于DMLC技术的9野计划可能获得剂量学优势。本文通过比较基于DMLC技术的9野和7野计划的剂量学研究,讨论复杂食管癌9野方式的可行性。

资料和方法

选取2018—2019年复旦大学附属中山医院放疗科收治的13例全段食管癌及上中段食管癌患者,进行回顾性研究,患者均知情同意。入组标准:(1)具有食管肿瘤原发灶及转移性淋巴结,且包括两个及以上区域淋巴引流区;(2)靶区长度 > 15 cm;(3)靶区最大横径大于10 cm,纵膈段靶区最大横径 > 6 cm。入组病例中全段食管癌9例,上中段食管癌4例,均为晚期,有淋巴结转移,行同步化疗。患者的肿瘤靶区(gross target volume,GTV)、肿瘤转移淋巴结(gross target volume of nodes,GTVnd)和临床靶区(clinical target volume,CTV)均由本科食管癌组医师勾画,CTV包括GTV、GTVnd及相应的淋巴引流区:GTV平面外放0.8~1 cm,上下外放3~5 cm;GTVnd平面外放0.8~1 cm,上下外放1.5~2 cm,所有层面遇到自然解剖屏障时酌情调整收回。将各GTV、GTVnd及CTV三维均匀外扩0.5~1 cm获得计划肿瘤靶区(PGTV及PGTVnd)及计划临床靶区(PCTV)。PTV长度17.97~34.86 cm,中位长度27.13 cm,平均长度26.66 cm。PTV最大横径10.58~16.51 cm,平均值13.67 cm。PTV纵隔段最大横径6.26~8.73 cm,平均值7.53 cm。PTV体积431.35~1 555.76 cm3,平均体积892.79 cm3

靶区勾画及计划设计  患者扫描定位后CT图像传至治疗计划系统进行靶区及正常组织勾画。采用常规分割,分30次,PGTV及PGTVnd分别给予处方剂量60及66 Gy,PCTV给予处方剂量45~54 Gy。

两种布野方式均采用避开双侧臂膀上下布野,7野计划Gantry角度为180°、150°、45°、15°、345°、315°及210°;9野计划上野权衡避肺及Gantry使用效率,结合临床经验,边侧射野角度以最多切约1/3单侧肺为限,下野避开脊髓均分。Gantry角度为168°、143°、50°、25°、0°、335°、310°、217°及192°,Colli角度均为45°。两种方式保持等中心一致,最大控制点数为60,最小子野宽度为0.6 cm,剂量优化模式采用约束优化,优化函数保持不变,评价标准保持一致。

计划评估  通过体积剂量直方图(dose volume histograms,DVH)进行数据统计,用PTV内的最大剂量来评估靶区热点,靶区的均匀度及适形度采用均匀性指数(heterogeneity index,HI)及适形指数(conformity index,CI)进行评价。CI=Vrx2/TV× Vri,其中TV为PTV体积;Vrx为感兴趣剂量曲线所覆盖的PTV体积;Vri为感兴趣剂量曲线所覆盖的总体积,CI越接近1越好。HI=D5%/D95%,其中D5%是指5%PTV体积所受的照射剂量,D95%是指95%PTV体积所受的照射剂量,HI越接近1越好。双肺评估至少受到5、10、20和30 Gy的体积(V5、V10、V20和V30)及双肺平均剂量(mean dose,Dmean)。心脏评估至少受到40 Gy的体积(V40)及Dmean。脊髓评估最大剂量(maximum dose,Dmax)和脊髓外扩5 mm(planning risk volume of 5 mm,PRV5)最大剂量。用控制点数(control point,CP)评价加速器使用效率,用机器跳数(monitor unit,MU)评价射线的使用效率。

统计学处理  通过SPSS 18.0进行数据分析,对优化结果进行双侧配对t检验。结果用x±s表示,P < 0.05为差异有统计学意义。

结果

9野计划PCTV的HI和PGTV的CI均优于7野计划,差异有统计学意义(P=0.030和0.003);PGTVnd和PCTV的CI劣于7野计划,但差异无统计学意义(P=0.104和0.078);PGTV和PGTVnd的HI及Dmax优于7野计划,但差异无统计学意义(P=0.799、0.389和0.151,表 1)。

表 1 不同布野方式HI、CI及Dmax的差异比较 Tab 1 Comparison of differences in HI, CI and Dmax of different field design plans  
(x±s)
Plan PGTV PGTVnd PCTV Dmax (%)
HI CI HI CI HI CI
B9 1.07±0.01 0.79±0.07 1.07±0.01 0.00±0.00 1.32±0.06 0.37±0.08 110.99±2.29
B7 1.07±0.02 0.76±0.09 1.07±0.02 0.01±0.01 1.34±0.07 0.38±0.08 111.79±1.88
t -0.261 3.731 -0.894 -1.758 -2.459 -1.927 -1.535
P 0.799 0.003 0.389 0.104 0.030 0.078 0.151
HI:Heterogeneity index; CI:Conformity index; Dmax:Maximum dose.Paired t-test, df=12.

9野计划双肺V20、V30、Dmean,心脏V40、Dmean,脊髓PRV5 Dmax均优于7野计划,差异有统计学意义(P < 0.001、< 0.001、P=0.009、0.017、0.022和0.018);双肺V5、V10劣于7野计划,差异有统计学意义(P=0.003和0.042);脊髓Dmax优于7野计划,但差异无统计学意义(P=0.087,表 2~3)。

表 2 不同布野方式下双肺受量的差异比较 Tab 2 Comparison of differences in the volumes of lungs with different field design plans 
(x±s)
Plan V5 (%) V10 (%) V20 (%) V30 (%) Dmean (Gy)
B9 71.06±7.22 50.64±6.68 23.72±5.34 10.64±3.98 1 383.09±185.26
B7 67.56±7.60 48.64±5.58 27.81±4.48 12.19±4.21 1 418.95±184.67
t 3.781 2.270 -5.461 -5.510 -3.088
P 0.003 0.042 < 0.001 < 0.001 0.009
表 3 不同布野方式下心脏、脊髓受量及机械参数的差异比较 Tab 3 Comparison of differences in the volumes of heart and spinal, and mechanical parameters with different field design plans 
(x±s)
Plan Heart SC Mechanical parameters
V40 (%) Dmean (Gy) Dmax (Gy) Dmax of PRV5 (Gy) CP MU
B9 15.25±7.16 2 761.89±431.29 3 976.95±513.15 4 564.65±613.36 395.15±49.18 1 025.37±232.58
B7 16.02±7.72 2 835.17±429.99 4 059.23±462.77 4 646.44±626.00 344.77±33.00 915.96±191.38
t -2.767 -2.619 -1.860 -2.725 5.247 4.753
P 0.017 0.022 0.087 0.018 < 0.001 < 0.001
CP:Control point; MU:Monitor unit; SC:Spine cord; PRV5:Planning risk volume of 5 mm.

9野计划CP及MU均高于7野计划,差异有统计学意义(P均 < 0.001,表 3)。

讨论  研究显示,除了PGTVnd和PCTV的CI劣于7野计划(无统计学差异),DMLC技术9野计划的HI、CI及热点控制均优于7野计划。这是由于PGTVnd照射剂量较高,优化心肺高剂量区对其影响较大;而PCTV内包含多个靶区的剂量梯度,内部各GTV的优化降低了整体的适形度。从整体上来说,还是由于患者计划靶区很大且极不规则,在计划调制中考虑优先保护危及器官挤压了HI及CI的优化空间。

9野计划显著降低了心脏及脊髓的受量,对于心脏功能较弱的患者及有心脏疾病患者可提供更好的获益。而在脊髓的保护上,9野计划中的脊髓及PRV5的Dmax均低于7野计划,根据ICRU 83号报告[7],串联器官的评价指标为D2%用以代替最大剂量,9野计划脊髓V45及脊髓PRV5 V50均满足此指标,7野中则有3例无法达到。所以对于靶区多层抵近脊髓的复杂食管癌患者,9野计划可以为脊髓提供更好的保护,降低呼吸运动及摆位不确定性带来的风险。

对于双肺的保护,9野计划增加了V5、V10,降低了V20、V30及Dmean。这是由于9野计划扩大了射线的入射范围,进而增加了双肺低剂量区域的照射体积。有研究表明V5及V10是放射性肺炎的发生风险因素之一[8],而V20及Dmean不仅是放射性肺炎发生的危险因素,且与其严重程度相关[9],Tsujino等[10]研究了71例同步化疗的肺癌患者:V20为20%~30%时,放射性肺炎发生率为38%;V20 > 30%时,放射性肺炎发生率为56%。9野计划只有1例V20 > 30%,而7野计划有4例。9野计划有效降低了双肺V20、V30及Dmean,在一定程度上降低了放射性肺炎的发生率及其危险程度。

9野计划CP及MU均高于7野计划,表明前者增加了治疗时间,降低了射线的使用效率。食管癌患者一般预后较差,生存率较低[11]。而复杂的食管癌患者往往处于病理晚期,增加治疗时间导致的主观不良体验感及MU增加导致的第二原发肿瘤风险可以适当忽略。

综上所述,对于复杂食管癌患者,基于DMLC技术的9野计划具有剂量学优势,可以减少正常组织的高剂量照射区域,使患者获益。建议根据患者实际情况,将9野计划作为优选方案之一。

作者贡献声明  花蕾  论文构思、撰写和修订,数据统计和分析。孙菁  提供病例,靶区及正常组织勾画。张建英  论文构思和修订。肖寒,郭根武  收集病例,完成患者知情同意工作。

利益冲突声明   所有作者均声明不存在利益冲突。

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花蕾, 孙菁, 张建英, 肖寒, 郭根武
HUA Lei, SUN Jing, ZHANG Jian-ying, XIAO Han, GUO Gen-wu
基于DMLC技术的不同布野方式治疗复杂食管癌的剂量学研究
Dosimetric differences of different methods of fields distribution in complex esophageal cancer based on DMLC therapy
复旦学报医学版, 2021, 48(1): 132-135.
Fudan University Journal of Medical Sciences, 2021, 48(1): 132-135.
Corresponding author
ZHANG Jian-ying, E-mail:shzjy@126.com.

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