杜乐辉 戴相昆 解传滨 俞 伟 黄 祥 徐寿平 曲宝林*

断层径照技术在中下段食管癌放射治疗中的应用*

杜乐辉①戴相昆①解传滨①俞 伟①黄 祥①徐寿平①曲宝林①*

目的：分析比较断层径照调强技术(TD)与调强放射治疗(IMRT)技术治疗中下段食管癌的剂量学差异，评估TD治疗中下段食管癌的可行性。方法：回顾性选取10例中下段食管癌患者，处方剂量为肿瘤靶区计划肿瘤体积(PGTV)给予63 Gy/30 次，预防照射区计划靶区(PTV)给予54 Gy/30次。10例患者均按原各自IMRT计划照射野角度重新设计TD计划，评估两种计划靶区以及危及器官剂量参数，比较治疗时间和机器跳数的差异。结果：TD计划靶区PGTV的Dmean、D2及靶区剂量均匀度指数(HI)优于IMRT计划，且差异有统计学意义(t=-2.737，t=-3.471，t=-3.709；P＜0.05)。TD计划的双肺受量均低于IMRT计划，其中V10、V20及V30均有统计学差异(t=-2.165，t=-3.40，t=-4.114；P＜0.05)。脊髓和心脏受量均无统计学差异。在实施效率上，TD治疗时间略长于IMRT。结论：相同照射野时TD技术对肺的保护要明显优于IMRT技术，但是治疗时间稍长，可以作为临床应用的选择。

断层径照；调强放射治疗；食管癌；剂量学

食管癌是我国高发恶性肿瘤之一，其发病率及病死率分别位于恶性肿瘤第4位[1]。目前，放射治疗已成为临床上食管癌无法手术患者的主要治疗手段，随着放射治疗技术的发展，调强放射治疗(intensity modulated radiation therapy，IMRT)已经成为治疗食管癌常用的技术[2-3]。IMRT技术可以降低正常组织并发症发生率(normal tissue complication probability，NTCP)、提高肿瘤区照射剂量，从而提高肿瘤控制率(tumor control probability，TCP)。断层径照调强(tomo direct，TD)技术是在Tomotherapy加速器上新发展的治疗方式，其治疗方式不同于螺旋断层放射治疗(helical Tomotherapy，HT)，可以避免因照射范围广而带来的低剂量区域大的问题。TD治疗技术与HT相比，其治疗方式为保持机架在某一角度固定不变，但其延续了照射时同步进床“切片式”治疗的技术特点，因此TD技术兼具了常规IMRT与HT的特点[4]。基于此，本研究比较了中下段食管癌在相同射野角度下TD技术和IMRT技术两种计划结果，分析两者剂量学差异以及执行效率，为临床应用及选择提供依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2017年1-4月解放军总医院放射治疗科同一医生收治的10例中下段食管癌患者，年龄40～64岁，中位年龄50岁。所有患者均采用仰卧位，热塑体模固定，使用SIEMENS大孔径CT进行模拟定位，扫描层厚为3 mm。

1.2 仪器设备

CT扫描采用SIEMES大孔径CT(德国西门子)模拟定位，IMRT计划用Pinnacle 9.1(荷兰Philips)计划系统设计，TD计划用Hi ART 4.3(美国Accuray)计划系统设计。

1.3 定位方法

靶区定义与处方剂量。将患者的定位CT图像经网络以DICOM格式传输至Pinnacle 9.1计划系统工作站，由同一医师进行靶区及正常器官勾画。将影像学上可见的病灶定义为肿瘤体积(gross tumor volume，GTV)，计划肿瘤体积(planning gross tumor volume，PGTV)为GTV外扩0.5 cm；临床靶区(clinical target volume，CTV)定义为病灶及受侵纵隔淋巴引流区，计划靶区(planing target volume，PTV)为CTV外扩5 mm。处方剂量为：PGTV63 Gy/30次；PTV54 Gy/30次。

1.4 治疗计划设计

在Pinnacle 9.1计划系统上勾画完成后将所有患者CT图像传输至HT计划系统Hi ART 4.3(美国Accuray)，IMRT计划和TD计划分别由同一物理师优化完成，且各靶区及危及器官(organ at risk，OAR)限量基本一致。TD计划中铅门设置为2.51 cm，螺距为默认值0.251，在TD计划中螺距定义为单个投影间床前进的距离，默认值是铅门宽度的1/10，调制因子均为2.0。IMRT计划中准直器为0°，子野25～45个，最小子野面积为5 cm2，最小机器跳数为5 MU，两种计划照射角度完全一致。要求处方剂量至少覆盖95%的靶区体积。OAR剂量限制为双肺V5≤60%、V20≤30%，脊髓最大剂量要求Dmax＜45 Gy，心脏V30＜40%、V40＜30%。

表1 两种技术PGTV剂量参数比较±s)

表1 两种技术PGTV剂量参数比较±s)

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表2 两种技术PTV剂量参数比较±s)

表2 两种技术PTV剂量参数比较±s)

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1.5 物理参数及剂量学评估

靶区评价指标：剂量均匀指数(homogeneity index，HI)计算为公式1：

式中D2，D98分别为2%和98%的靶区体积所受照剂量，DT为处方剂量，

HI越小表明剂量均匀性越好[5]。

靶区适形指数(conformity index，CI)计算为公式2：

式中TVpv为处方剂量所覆盖的靶区体积，TV为靶区体积，PV为处方剂量所覆盖的总体积，CI值越接近1表示适形度越好[6]。

比较全肺的平均剂量Dmean及V5、V10、V20、V30，脊髓评估Dmax，心脏评估V30和V40等。统计并分析两种治疗计划的机器跳数和治疗时间，评估两种技术的执行效率。

1.6 统计学方法

采用SPSS 22.0软件进行统计学分析，计量资料结果以均值±标准差(x-±s)表示，利用双侧配对t检验，对TD和IMRT治疗计划的剂量学、治疗时间以及机器跳数进行分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 靶区剂量分布及参数

TD和IMRT两种计划均能满足95%的靶区体积接受处方剂量的照射。两种计划PGTV和PTV靶区的剂量参数比较结果见表1、表2。表1数据显示，TD计划PGTV的Dmean、D2以及HI优于IMRT计划，且差异有统计学意义(t=-2.737，t=-3.471，t=-3.709；P＜0.05)。表2数据显示，TD计划中PTV的D95%优于IMRT，差异有统计学意义(t=4.857，P＜0.05)，但是TD计划PTV的CI劣于IMRT，且差异有统计学意义(t=-3.306，P＜0.05)。总体而言，TD技术在靶区剂量分布方面具备一定的优势。

2.2 OAR剂量参数比较

全肺的各剂量参数及比较结果显示，TD计划的双肺受量均低于IMRT，其中V10、V20以及V30均有统计学差异(t=-2.165，t=-3.40，t=-4.114；P＜0.05)。TD计划的双肺V5以及Dmean受量均低于IMRT，但无统计学差异，见表3。

对脊髓的最大剂量Dmax进行统计分析发现两种计划之间无统计学差异(t=-0.678，P＞0.05)。心脏的V30和V40均无统计学差异(t=-2.529，t=-3.586；P＞0.05)，见表4。

表3 两种技术全肺剂量参数比较±s)

表3 两种技术全肺剂量参数比较±s)

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表4 两种技术脊髓和心脏剂量参数比较(±s)

表4 两种技术脊髓和心脏剂量参数比较(±s)

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2.3 治疗时间及机器跳数比较

加速器执行效率和射线利用率的评价采用总治疗时间和机器跳数来表示，其中IMRT和TD计划的治疗时间是通过在加速器实际执行所得到，包括出束时间和机架旋转时间，见表5。

表5 两种技术时间和机器跳数比较(±s)

表5 两种技术时间和机器跳数比较(±s)

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3 讨论

TD固定野断层调强技术是在螺旋断层加速器上实现的一种新型调强照射方式，即在螺旋断层治疗机上实施固定野照射的技术。实施治疗时加速器机头固定于某个角度，通过床的移动来对整个靶区长度实施照射，其多叶准直器为二进制多叶光栅，可设置调制因子调节多叶的开闭时间来对野内射线强度进行调制，因此TD技术兼具常规调强和螺旋断层调强的特点[4]。

国外诸多文献报道了TD技术在乳腺癌以及全中枢放射治疗中的应用[7-10]。TD技术出现时多用于乳腺癌放射治疗，Reynders等[11]研究了TD技术在术后乳腺恶性肿瘤中的应用，并与常规放射治疗技术进行比较，结果发现，TD技术在危及器官保护方面优于常规放射治疗技术，TD技术在其他病种放射治疗中的应用逐渐开展。戴相昆等[4]研究了TD调强技术在非小细胞肺癌中应用的可行性，研究发现TD技术在治疗中央型非小细胞肺癌中优于常规调强技术，该结果证实TD-IMRT可能具备比常规IMRT更强的剂量调制能力。

放射治疗是食管癌主要治疗手段之一，多项研究表明，调强放射治疗应用于食管癌具有明显的剂量学优势。本研究在临床中发现，中下段食管癌与上段食管癌相比，靶区结构较为简单，其靶区与中央型非小细胞肺癌相比，位置以及周边的解剖结构均具有一定的相似性，而前期研究发现中央型非小细胞肺癌TD技术优于常规调强技术[4]。因此，本研究探讨了TD技术在中下段食管癌放射治疗中剂量学和执行效率方面是否也同样具有优势，为中下段食管癌的放射治疗提供新的临床技术。目前，临床中下段食管癌放射治疗多采用常规IMRT技术。在常规IMRT计划设计过程中，考虑到双侧肺受量，通常采用沿纵隔方向交错的布野原则，通过多叶准直器调节射线强度。本研究中IMRT计划均采用五野计划，布野方式采用前三后二或者前一后四，照射角度为180°，230°，320°，300°，30°或是0°，140°，160°，220°，240°，考虑TD技术与IMRT技术剂量学和执行效率比较的需要，TD技术采用同样的布野方案。

本研究结果表明，TD技术与IMRT技术在靶区剂量均能满足临床要求，但TD计划中靶区剂量在均匀性、最小剂量以及最大剂量等方面具备一定的优势。食管癌放射治疗中通常考虑最多的危及器官并发症是放射性肺炎，而相关研究表明，放射性肺炎的发生概率与正常肺组织剂量体积参数正相关。诸多研究也认为，双肺剂量体积参数是预测放射性肺炎发生的主要因素，正常肺组织平均剂量、V5-30等剂量学参数可以较好的预测放射性肺炎的发生，其中双肺V5可能是最有价值的预测指标，当V5＞55%时，2级以上的急性放射性肺炎发生率可能会明显增高[12-14]。本研究结果中TD技术计划中双肺受量均低于IMRT，其中V10、V20以及V30有统计学差异，双肺V5以及Dmean受量均低于IMRT，但无统计学差异。对脊髓的最大剂量Dmax进行统计分析发现两种计划之间无统计学差异，心脏的V30和V40均无统计学差异。但TD技术的治疗时间要长于IMRT技术，执行效率相对要低。

本研究认为，TD和IMRT均能实现良好的剂量分布，满足靶区和危及器官各项剂量限制要求，均可用于中下段食管癌放射治疗。TD技术剂量调制能力更强，全肺受量具有一定的优势，对于需要严格限制双肺受量的患者可优先选用；而IMRT技术则具备一定的效率优势，更适用于无法坚持较长时间治疗的患者，并能提高治疗效率降低设备损耗。因此，TD技术在中下段食管癌放射治疗中具有一定的临床应用价值，可以作为中下段食管癌放射治疗新的治疗手段选择之一。

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[4]戴相昆，杜乐辉，陈高翔，等.断层径照技术在非小细胞肺癌放疗中的应用[J].中国医学物理学杂志，2017，34(2)：126-130.

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Application of Tomo Direct in the radiotherapy for esophageal carcinoma of mid-lower part/ DU Le-hui, DAI Xiang-kun, XIE Chuan-bin, et al//China Medical Equipment,2017,14(7):28-31.

Objective: To compare and analyze dosimetric differences between tomo direct (TD) and intensity modulated radiation therapy (IMRT) in the treatment for esophageal carcinoma of middle and lower part, and evaluate the feasibility of TD in the treatment. Methods: 10 patients with esophageal carcinoma of middle and lower part were enrolled in this retrospective study. The prescription dose was 63 Gy/30 F for planned gross target volume (PGTV), and 54 Gy/30 F for planned target volume (PTV). All of 10 patients were redesigned in TD plan as original radiation angle of IMRT plan apiece, and two kinds of planning target region and dose parameter of organ at risk (OAR) were evaluated, and the differences of treatment time and monitor unit (MU) also were compared, respectively. Results: For PGTV, the Dmean, D2and homogeneity index (HI) of TD plans were significantly better than those of IMRT plans (t=-2.737, t=-3.471, t=-3.709, P＜0.05). The

doses of double lung of TD plan were lower than that of IMPT plan, and the differences of V10, V20and V30between the TD plan and IMRT plan were statistically significant (t=-2.165, t=-3.40, t=-4.114, P＜0.05). While the received dose of spinal cord and heart between them were not significant. In the implement efficiency, the treatment time of TD plan was longer than that of IMRT plan. Conclusion: The preventive effect for lung of TD plan is obviously superior to IMRT plan when the same radiation field is chosen. Although treatment time of TD plan is longer, it still is a recommendable choice in clinical application.

Tomo direct; Intensity-modulated radiation therapy; Esophageal carcinoma; Dosimetry

Department of Radiotherapy, Chinese People's Liberation Army General Hospital, Beijing 100853, China.

杜乐辉,女,(1981- ),博士，主治医师。解放军总医院放射治疗科，研究方向：胸部恶性肿瘤的精确放射治疗。

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.07.007

2017-04-22

1672-8270(2017)07-0028-04

R815

A

；国家重点研发计划(2016YFC0904600)“以生物组学特征与多模态功能影像为基础的多线束精准放疗方案研究”

①解放军总医院放射治疗科 北京 100853

*通讯作者：qubl6212@sina.com