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)。
(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)。
(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 |
(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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