解傳濱 徐壽平 戴相昆 鞏漢順 葛瑞剛 馬 林 杜 鐳

鼻咽癌作為我國常見的惡性腫瘤之一，放射治療已成為其最主要且行之有效的治療手段。由于鼻咽部解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，臨近許多危及器官包括腦干、眼球、晶體、視神經(jīng)、視交叉、垂體、顳頜關(guān)節(jié)、內(nèi)耳、脊髓、腮腺、口腔和喉-氣管-食管等，且靶區(qū)與危及器官耐受劑量差別較大，因而鼻咽癌調(diào)強(qiáng)放療(IMRT)計(jì)劃設(shè)計(jì)始終在臨床研究中扮演著較為重要的地位[1～5]。螺旋斷層治療(helical tomotherapy,HT)作為1種新興的調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)，其51個(gè)射野方向(約每隔7°)相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)加速器IMRT(7～9個(gè)固定射野)在逆向治療計(jì)劃優(yōu)化過程中擁有額外角度的自由度優(yōu)勢，從而以良好的劑量均勻性和更好的正常組織保護(hù)在復(fù)雜的頭頸部放射治療中顯示出較明顯的優(yōu)勢[6,10～13]。螺旋斷層治療采用傳統(tǒng)加速器中不曾有的鉛門寬度、螺距和調(diào)制因子3種重要物理參數(shù)，而這些參數(shù)與計(jì)劃優(yōu)化質(zhì)量、治療照射時(shí)間間的相互影響如何，目前未曾見太多報(bào)道。我們?cè)谏钊肜斫饴菪龜鄬又委熤形锢韰?shù)的基礎(chǔ)上，探討實(shí)現(xiàn)鼻咽癌計(jì)劃設(shè)計(jì)的參數(shù)最佳組合及其劑量學(xué)影響，從而為臨床計(jì)劃設(shè)計(jì)提供較為現(xiàn)實(shí)的臨床依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 圖像采集

選取5例在我院接受螺旋斷層治療的鼻咽癌患者。患者采用頭枕仰臥位，S型頭頸肩熱塑體模固定。應(yīng)用Philips BrillianceTM大孔徑CT進(jìn)行平掃+增強(qiáng)掃描，掃描范圍從頭頂?shù)綒夤苈⊥?掃描層厚為3 mm。

1.2 靶區(qū)勾畫

將定位圖像傳至Pinnacle38.0 m TPS上進(jìn)行圖像融合后，在平掃圖像序列上勾畫靶區(qū)及危及器官輪廓，包括腦干、顳葉、眼球、晶體、視神經(jīng)、視交叉、垂體、顳頜關(guān)節(jié)、內(nèi)耳、脊髓、腮腺、口腔和喉-氣管-食管，靶區(qū)定義參考ICRU50、62號(hào)文件，將CT或MRI可見的腫瘤范圍定義為GTVnx，外擴(kuò)5 mm命名為pGTVnx(根據(jù)情況調(diào)整靶區(qū)與腦干、脊髓、視交叉、視神經(jīng)的距離)；頸部轉(zhuǎn)移性腫大淋巴結(jié)定義為GTVnd，外擴(kuò)3 mm命名為pGTVnd。將高危淋巴引流區(qū)命名為CTV1，范圍包括pGTV、全鼻咽黏膜、顱底、斜坡、咽旁間隙、咽后間隙、蝶竇下部、翼腭窩、鼻腔及上頜竇后1/3、口咽及淋巴引流區(qū)中的Ⅱ、Ⅴ區(qū)。CTV1外擴(kuò)3 mm命名為PTV1，并根據(jù)情況在臨近腦干、脊髓等危及器官部分調(diào)整外擴(kuò)距離，與皮膚至少保持3 mm的距離。CTV2為低危區(qū)，給予預(yù)防照射劑量,CTV2外擴(kuò)3 mm命名為PTV2。

1.3 處方劑量及計(jì)劃要求

采用鼻咽癌常規(guī)處方劑量及分割方式。pGTVnx和pGTVnd給予70 Gy/33F，2.12 Gy/F；PTV1給予60 Gy/33F，1.82 Gy/F；PTV2給予54 Gy/33F，1.64 Gy/F。計(jì)劃優(yōu)化結(jié)果要求處方劑量覆蓋95%的靶體積。正常器官限量要求：腮腺V30<50%，口腔V40<30%，喉-氣管-食管(E-T)V40<30%，腦干<54 Gy，脊髓<45 Gy，內(nèi)耳、顳頜關(guān)節(jié)<60 Gy,晶體<7 Gy等。

1.4 治療計(jì)劃優(yōu)化

將勾畫好的患者圖像傳到TomoTherapy (Hi-ART 3.1.2.9)計(jì)劃系統(tǒng)后，在選用1.05 cm、2.5 cm、5.0 cm鉛門寬度情況下，分別與不同螺距(0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50)進(jìn)行組合，生成不同治療計(jì)劃，并選用相同的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化過程中調(diào)整強(qiáng)度調(diào)制因子，在達(dá)到較理想劑量分布的基礎(chǔ)上保證計(jì)劃的機(jī)架旋轉(zhuǎn)周期在16～20 s間(盡量接近理想值17 s)。 計(jì)劃設(shè)計(jì)中網(wǎng)格大小的計(jì)算采用正常模式,優(yōu)化算法采用卷積/迭代算法，優(yōu)化目標(biāo)統(tǒng)一定為PTV1體積的95%接受60 Gy的處方劑量。

1.5 計(jì)劃評(píng)估

2 結(jié)果

2.1 物理參數(shù)比較

表1 3種鉛門寬度計(jì)劃組物理參數(shù)比較

2.2 劑量學(xué)比較

選用JW=1.05 cm情況下，各螺距組合通過優(yōu)化調(diào)整后，其劑量分布(DVH)易達(dá)到理想結(jié)果，危及器官可得到較好的避讓，同時(shí)靶區(qū)劑量達(dá)到較高的均勻性與適形度，基本不存在"冷熱點(diǎn)"劑量(圖1a)。選用JW=2.5 cm情況下，不同螺距計(jì)劃所得到的劑量分布較均勻，但縱向劑量分布隨螺距增大而變差(圖1b)。而當(dāng)JW=5.0 cm時(shí)劑量分布明顯變差，且隨螺距增大變化更明顯，而且縱軸方向出現(xiàn)明顯的螺紋效應(yīng)(圖1c)。而在相同JW情況下，隨螺距增加劑量分布逐漸變差，并且在較大螺距情況下縱軸亦體現(xiàn)了螺紋效應(yīng)的存在(圖2)。

圖1 不同鉛門寬度情況下各計(jì)劃冠狀位等劑量曲線的比較

圖2 不同螺距情況下冠狀位等劑量曲線

靶區(qū)評(píng)估選用JW=1.05/2.5/5.0 cm及Pitch=0.20/0.25/0.30/0.35/0.40/0.45/0.50計(jì)劃組,由表2、3可見，在靶區(qū)劑量包繞(D95,V100)方面無明顯差異，但靶區(qū)適形度及均勻性方面JW小及螺距小具有明顯優(yōu)勢，特別是pGTV(含 pGTVnx、pGTVnd)上更為突出。各計(jì)劃組中危及器官劑量亦存在一定的差異，由表4可見，較小的JW對(duì)降低危及器官的劑量具有一定優(yōu)勢，其中與靶區(qū)呈縱向分布的眼球、晶體以及分布于靶區(qū)側(cè)向邊緣的內(nèi)耳、顳頜關(guān)節(jié)的最大劑量，受JW大小的影響尤為明顯，JW越大其劑量最大值越大。然而在縱軸方向上與靶區(qū)并行分布的腦干、脊髓卻無明顯差異。由表5可見，相同JW情況下螺距越小更有利于降低危及器官受量，特別是腮腺、口腔，表現(xiàn)較為突出，而對(duì)靶區(qū)縱向邊緣范圍外眼球、晶體則無明顯差異。

表2 不同鉛門寬度計(jì)劃分組靶區(qū)劑量評(píng)估比較

表3 不同螺距計(jì)劃分組靶區(qū)劑量比較

3 討論

類似于傳統(tǒng)大多數(shù)IMRT計(jì)劃設(shè)計(jì)過程，螺旋斷層治療計(jì)劃可通過逆向優(yōu)化每個(gè)投影子野的束流強(qiáng)度以更好地滿足臨床目標(biāo)函數(shù)，其優(yōu)化過程通常分為兩步，首先根據(jù)靶區(qū)位置、鉛門寬度和螺距計(jì)算出所使用的子野；然后基于每個(gè)子野的權(quán)重優(yōu)化得到所需的劑量分布[8]。這些物理參數(shù)包括：鉛門寬度(JW)相當(dāng)于CT的層厚即射野打開的寬度，治療過程中通常為固定值。螺距(Pitch)定義為機(jī)架旋轉(zhuǎn)1個(gè)周期間床運(yùn)動(dòng)的距離與旋轉(zhuǎn)軸上所投影的鉛門寬度(即層厚)之間的比值，其值決定了機(jī)架旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)；較小的螺距則意味著每個(gè)點(diǎn)接受到更多的旋轉(zhuǎn)周束流照射，典型值為0.2～0.5。而調(diào)制因子(MF) 決定了束流的強(qiáng)度調(diào)制水平,其定義為葉片最大強(qiáng)度與所有非零開啟葉片的平均強(qiáng)度水平之比；MF=1則意味其子野不存在強(qiáng)度調(diào)制，更高M(jìn)F則意味著可能提供更高的劑量梯度。

表4 不同鉛門寬度計(jì)劃危及器官劑量評(píng)估比較

表5 不同螺距計(jì)劃分組危及器官劑量評(píng)估比較

計(jì)劃中設(shè)定JW越大，相同靶區(qū)照射所需機(jī)架旋轉(zhuǎn)圈數(shù)也就越少，治療實(shí)施效率也就越高，治療照射時(shí)間與JW成近似反比關(guān)系。螺距越大機(jī)架旋轉(zhuǎn)周期(GP)則越長，同時(shí)劑量會(huì)在靶區(qū)側(cè)向邊緣形成螺旋梯形狀的分布；而若選較小的螺距，這種螺紋重疊效應(yīng)將會(huì)不明顯。因此為減少劑量分布中螺紋效應(yīng)的產(chǎn)生，我們推薦根據(jù)公式 (n為整數(shù))選擇設(shè)定螺距如0.43/0.287/0.215等[14]，而本研究未給予探討。

當(dāng)然，計(jì)劃過程中為滿足GP 16～20 s的要求(常規(guī)約2.0 Gy/F而言)，較大螺距時(shí)需將MF設(shè)定較小值。Pitch>0.4時(shí)，MF則需小于2.0，而使得計(jì)劃難以得到理想結(jié)果；可適當(dāng)增加MF解決，但這勢必會(huì)增加治療時(shí)間。而當(dāng)Pitch<0.3時(shí)，為滿足GP要求MF一般需大于3.0；這種情況下計(jì)劃雖會(huì)理想，但Final Dose運(yùn)算后則會(huì)出現(xiàn)靶區(qū)欠量可能。這是由于計(jì)劃最后分次計(jì)算模式需考慮到照射執(zhí)行系統(tǒng)的物理限制如將刪除時(shí)間太短的子野。

螺旋斷層治療中理論上若不考慮臨床治療時(shí)間因素，更小JW、更緊Pitch和更高M(jìn)F將產(chǎn)生更好的計(jì)劃質(zhì)量。Woch等[15]通過在不同部位腫瘤設(shè)定更大Pitch可有效地減少治療時(shí)間。Daveau等[16]認(rèn)為JW、MF比Pitch在計(jì)劃質(zhì)量有更大的影響。而其他研究表明[7,17～19]利用更大JW實(shí)施頭頸部腫瘤、全身放療(TBI)、全淋巴照射(TMI)及同時(shí)避讓、補(bǔ)量照射全腦放療的計(jì)劃設(shè)計(jì)，可減少約50%治療時(shí)間；但這種治療時(shí)間的減少會(huì)以計(jì)劃質(zhì)量為代價(jià)的。我們研究分析了潛在的物理參數(shù)優(yōu)化組合，需得到較理想的靶區(qū)適形度和周圍危及器官保護(hù)的前提下，探討了降低螺旋斷層治療鼻咽癌的治療時(shí)間可能。實(shí)驗(yàn)研究表明靶區(qū)復(fù)雜(如徑向變化梯度大)計(jì)劃更趨向于選擇小JW，原因在于小JW允許縱向上實(shí)現(xiàn)劑量的快速遞降，從而最大限度地減小相鄰像素間"涂抹"劑量的可能。本著提高臨床實(shí)施效率以及減少機(jī)器損耗的原則，在較為理想機(jī)架旋轉(zhuǎn)周期17s以及劑量分布條件下，建議對(duì)鼻咽癌治療計(jì)劃選擇FW=2.5 cm、Pitch=0.287～0.43、MF= 2.0～3.0的物理參數(shù)實(shí)施優(yōu)化。

總之，JW比Pitch在治療時(shí)間和計(jì)劃質(zhì)量上有更大的影響，而MF增加提升劑量分布同時(shí)會(huì)輕微地影響治療時(shí)間的改變。

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