双弧与对偶弧技术在胸中下段食管癌VMAT计划中的剂量学研究.pdf

窑医疗卫生装备窑 2024年1月第45卷第1期悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造 窑 灾燥造援 45 窑 晕燥援 1 窑 January 窑 20240引言食管癌是我国十大恶性肿瘤之一，其标准治疗方法之一是放射治疗。自20世纪90年代末临床引入调强放射治疗（itensity-modulated radiotherapy，IMRT）双弧与对偶弧技术在胸中下段食管癌VMAT计划中的剂量学研究冯永富，龙雨松，谭军文，贺先桃，李钢，王占宇*（柳州市工人医院肿瘤科，广西柳州545005）摘要目的院对比双弧（two arc，TA）和对偶弧（dual arc，DA）技术在胸中下段食管癌容积旋转调强放射治疗（volu-metric modulated arc therapy，VMAT）中对计划靶区（planning target volume，PTV）与危及器官（organs at risk，OAR）剂量分布的影响。方法院回顾性选取2020年7月至2022年6月于某院接受放射治疗的10例胸中下段食管癌患者，使用RayStation 4.7.5.4计划系统的RayArc模块为每例患者分别制订TA和DA放射治疗计划，并对比2种计划的PTV D2、D5、D50、D95、D98、均匀性指数（homogeneity index，HI）、适形性指数（conformity index，CI）、出束时间、总机器跳数，以及OAR肺V5、V10、V20、V30、Dmean，心脏V30、V40、Dmean和脊髓Dmax等剂量学参数。采用SPSS 22.0软件进行统计学分析。结果院2种计划PTV的CI、HI、D2、D5、D50、D95及出束时间比较，差异无统计学意义（P跃0.05），而DA计划的D98及总机器跳数均高于TA计划，差异有统计学意义（P约0.05）。在OAR保护方面，DA计划的心脏V30、V40、Dmean较TA计划略有下降，但差异无统计学意义（P跃0.05）；肺V5、V30、Dmean及脊髓Dmax较TA计划显著降低，差异有统计学意义（P约0.05）。结论院DA技术相比于TA技术在PTV剂量分布和OAR受量方面更具优势，选择DA技术制订食管癌VMAT计划，对患者治疗效果的提升有一定意义。关键词胸中下段食管癌；双弧；对偶弧；容积旋转调强放射治疗；剂量学参数中国图书资料分类号R318曰R815文献标志码A文章编号1003-8868渊2024冤01-0062-05DOI院10.19745/j.1003-8868.2024010Dosimetric study of two-arc and dual-arc techniques in VMAT programfor lower mid-thoracic esophageal cancerFENG Yong-fu,LONG Yu-song,TAN Jun-wen,HE Xian-tao,LI Gang,WANG Zhan-yu*(Department of Oncology,Liuzhou Workers Hospital,Liuzhou 545005,Guangxi Zhuang Autonomous Region,China)AbstractTo compare the effects of two arc(TA)and dual arc(DA)techniques on the dose distribution to theplanning target volume(PTV)and organs at risk(OAR)in volumetric modulated arc therapy(VMAT)for lower mid-thoracicesophageal cancer.Ten patients with lower mid-thoracic esophageal cancer who received radiation therapy at somehospital from July 2020 to June 2022 were selected retrospectively.A TA radiation therapy plan and a DA radiation therapyplan were developed for each patient using the RayArc module of RayStation 4.7.5.4 planning system,and the two kinds ofradiation plans were compared in terms of dosimetric parameters including D2,D5,D50,D95,D98,homogeneity index(HI),conformity index(CI),beam-on time and total monitor unit for PTV and lung V5,V10,V20,V30and Dmeanand heart V30,V40andDmeanand spine cord Dmaxfor OAR.SPSS 22.0 was used for statistical analysis.TA and DA radiation therapy plans hadno significant differences in PTV CI,HI,D2,D5,D50,D95and beam-on time(P跃0.05),and DA plan had D98and total monitorunit higher obviously than those of TA plan(P0.05),while lung V5,V30and Dmeanand spine cord Dmaxsignificantly lower(P0.05).DA technique gains advantages over TA technique in PTV dose distribution anddose to OAR,and the involvement of DA technique in preparing the VMAT plan for esophageal cancer contributes toenhancing the treatment efficacy.悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造袁2024袁45渊1冤院62-66Key wordslower mid-thoracic esophageal cancer;two arc;dual arc;volumetric modulated arc therapy;dosimetricparameter栽澡藻泽蚤泽论著冯永富，龙雨松，谭军文，等.双弧与对偶弧技术在胸中下段食管癌VMAT计划中的剂量学研究J.医疗卫生装备，2024，45（1）：62-66.62 窑医疗卫生装备窑 2024年1月第45卷第1期悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造 窑 灾燥造援 45 窑 晕燥援 1 窑 January 窑 2024以来，放射治疗技术得到了快速发展，为放射肿瘤学家提供了新的技术手段。与三维适形放射治疗（three-dimensional conformal radiotherapy，3D-CRT）技术相比，IMRT、螺旋断层治疗和容积旋转调强放射治疗（volumetric modulated arc therapy，VMAT）能够使靶区得到更好的剂量分布。特别是VMAT技术在治疗过程中可同时变化射野形态、剂量率和机架旋转速度等，相对于IMRT，VMAT具有更好的调制能力1。越来越多的国内外学者将VMAT应用于鼻咽癌、肺癌、直肠癌、前列腺癌、宫颈癌和脑胶质母细胞瘤等肿瘤的治疗中2-5。单弧和双弧（two arc，TA）VMAT技术已被证明在危及器官（organs at risk，OAR）保护方面优于IMRT技术，而三弧非共面VMAT技术较IMRT和共面VMAT技术提供了更好的靶区覆盖和适形度、更大的剂量跌落以及对OAR更低的辐射剂量6。对偶弧（dual arc，DA）是一种应用于VMAT的技术，该技术可使2个治疗弧互补、提高靶区剂量并保护OAR7。本研究旨在对比TA与DA技术在胸中下段食管癌放射治疗中对靶区与OAR剂量分布的影响，以为临床放射治疗技术应用提供参考。1资料与方法1.1临床资料回顾性选取2020年7月至2022年6月在本院接受放射治疗的10例胸中下段食管鳞癌患者的临床资料。纳入标准：（1）病理证实为食管鳞癌；（2）首次接受放射治疗。排除标准：（1）合并其他部位肿瘤，患有严重内科合并症者；（2）无法完成定位CT扫描者。10例患者均为男性，年龄47耀76岁，平均（61.8依10.2）岁；计划靶区（planning target volume，PTV）体积139.4耀496.7 cm3，平均（314.1依106.6）cm3；依据国际抗癌联盟（Union for International Cancer Control，UICC）第八版TNM分期，10例患者中T2N0M01例、T2N1M01例、T3N1M04例、T3N2M03例、T3N3M01例。1.2模拟定位患者取仰卧位，平躺于碳纤维治疗床板，体中线与纵激光重合，双手后举平放于手臂支撑架。用恒温烤箱加热体膜至预设温度，根据患者轮廓对体膜塑形。CT扫描层厚5 mm，扫描位置从颅底至肝下缘。将CT图像传至YINO人工智能（artificial intelligence，AI）勾画系统，勾画肺、脊髓和心脏等OAR，之后将图像及OAR结构导入RayStation 4.7.5.4计划系统。由医师对OAR进行审核并根据ICRU 62号报告勾画大体肿瘤体积、临床靶区和PTV。1.3放射治疗计划设计使用RayStation 4.7.5.4计划系统的RayArc模块为每个患者分别制订TA和DA放射治疗计划。为减少肺低剂量区体积，采用6段分段弧8进行照射，每段弧角度为44毅或90毅，TA患者计划弧的角度及顺序依次为：135毅179毅、179毅135毅、45毅315毅、225毅181毅、181毅225毅、315毅45毅，总共6段共面弧。DA放射治疗计划利用RayArc模块的Creat dual arc功能，创建时只需生成3段弧：135毅179毅、45毅315毅和225毅181毅，在优化过程中会自动生成角度相同但方向相反的另3段弧7。子野间隔设定为3毅，准直器设置为10毅以减少漏射线，计算网格为3 mm伊3 mm。辅助线勾画采用相同脚本，并且2种计划优化条件也相同。放射治疗实施选用Varian Trilogy电子直线加速器，射线为6 MV光子线。该加速器具有60对叶片，中心40对叶片投影宽度为5 mm。处方剂量：60 Gy/30次，PTV 95%以上体积包绕处方剂量，PTV D1（PTV 1%最大剂量体积所接受的最小剂量，以此类推）110%处方剂量。OAR剂量体积限制：脊髓Dmax（最大剂量）40 Gy、全肺V5（接受5 Gy剂量的百分体积，以此类推）60%、V2030%、心脏V3040%、V4030%。在PTV达到处方要求的前提下，对所有计划进行充分优化，尽可能降低OAR受量，特别是肺剂量。1.4计划评估计划评估前将所有PTV处方剂量归一至96%。评估参数包括：PTV D2、D5、D50、D95、D98、适形性指数（conformity index，CI）和均匀性指数（homogeneity in-dex，HI）9，肺V5、V10、V20、V30和Dmean（平均剂量），心脏V30、V40和Dmean，脊髓Dmax。其中HI=（D2-D98）/D50，CI=（V60，PTV/VPTV）伊（V60，PTV/V60，Body）（VPTV指PTV的体积，V60，PTV指60 Gy剂量包绕PTV的体积，以此类推）。1.5统计学分析采用SPSS 22.0统计分析软件进行数据处理，计量资料以x軃依s表示，行配对样本t检验，P0.05），D98高于TA计划，差异有统计学意义（P0.05）。DA计划总机器跳数比TA计划多33.54 MU，差异有统计学意义（P0.05）。详见表1。（c）TA与DA计划的剂量分布对比图图21例食管癌患者2种VMAT计划的剂量分布及对比图图11例食管癌患者的DA与TA计划的DVH10080604020TA计划心脏TA计划脊髓TA计划PTVTA计划肺DA计划心脏DA计划脊髓DA计划PTVDA计划肺01 0002 0003 0004 0005 0006 000剂量/cGy（a）TA计划的剂量分布图（b）DA计划的剂量分布图2.32种计划的OAR剂量比较2种计划的OAR剂量均符合剂量限制要求。与TA计划相比，DA计划的肺V5、V30和Dmean显著降低，差异有统计学意义（P0.05）。虽然DA计划的心脏V30、V40和Dmean较TA计划略有下降，但差异无统计学意义（P0.05）。此外，DA计划的脊髓Dmax较TA计划低85.20 cGy，差异有统计学意义（P0.05）。详见表2。3讨论与3D-CRT和IMRT技术相比，VMAT技术在出束时能够同时旋转机架、移动叶片以及调整射束剂量率，从而具有更大的自由度来优化PTV和OAR的剂量分布，实现更优秀的放射治疗计划。目前已有多位学者研究了VMAT技术在食管癌放射治疗中的应栽澡藻泽蚤泽论著冯永富，龙雨松，谭军文，等.双弧与对偶弧技术在胸中下段食管癌VMAT计划中的剂量学研究J.医疗卫生装备，2024，45（1）：62-66.64 窑医疗卫生装备窑 2024年1月第45卷第1期悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造 窑 灾燥造援 45 窑 晕燥援 1 窑 January 窑 2024用2，10-11。本研究则采用RayStation 4.7.5.4计划系统提供的Creat dual arc功能，基于Varian Trilogy电子直线加速器分别设计TA与DA VMAT计划，比较了2种计划的PTV和OAR的剂量学参数差异。唐正等12进行了TOMO、VMAT及IMRT在中段食管癌放射治疗中剂量特点的对比研究。与IMRT相比，虽然VMAT能够降低心脏损伤的风险，但肺剂量增加显著（P0.01），这可能与VMAT计划采用全弧照射有关。王清鑫等13通过编程实现了VMAT间断出束，在保证靶区和OAR剂量分布的同时进一步降低肺受量。本研究参考中国食管癌放射治疗指南（2020年版）14，制订计划时采用非全弧，避开横向穿射肺以减少肺低剂量区体积。本研究中2种VMAT计划均能达到满意的处方剂量要求，其中DA计划在近似最小剂量（D98）方面具有优势。尽管DA计划的总机器跳数更多（P约0.05），但2种计划的出束时间相近（P跃0.05）。另外，在OAR保护方面，DA计划可以显著降低肺部受照剂量以及脊髓的最大受照剂量（P约0.05）。有学者研究了食管癌放化疗术后肺部并发症的临床和剂量学因素，发现逸5 Gy的肺低剂量区体积是唯一独立的剂量学因子15。肺V5和V20与射线诱导的肺部损伤有关16，确保足够的肺体积不暴露于辐射中，也许能够降低食管癌术后肺部并发症的发生率。中国食管癌放射治疗指南14指出：限制肺V20臆30%，可使有症状的放射性肺炎风险约20%；当肺Dmean为13.00 Gy时，放射性肺炎风险为10%。本研究中2种计划的肺V20均30%，肺Dmean均13.00 Gy。然而，DA计划在减少肺V5、V30和Dmean方面表现出明显优势。食管癌放射治疗引起的心血管并发症在胸部肿瘤放射治疗后的非肿瘤致死因素中排名第一，因此降低放射性心脏损伤的风险至关重要。Wang等17提出心脏Dmean是放射治疗后发生心血管事件的独立预测因子。心脏Dmean26.00 Gy，心包炎风险15%；心脏V3046%，心包炎风险15%14。本研究中TA与DA计划的心脏Dmean为24.49 Gy和24.13 Gy，均约26.00 Gy，并且2种计划的心脏V30也远约46%。DA计划的心脏剂量有较TA计划降低的趋势，但差异无统计学意义（P跃0.05）。郑莉萍等18采用Monaco计划系统设计单野双弧（1个照射野2个弧）与双野双弧（2个照射野，每个照射野设置1个弧）VMAT方案，分别与本研究的DA与TA VMAT计划对应。该研究对比了2种VMAT计划对PTV和OAR剂量学参数的影响，发现单野双弧计划的D98优于双野双弧计划。在OAR保护方面，单野双弧计划的脊髓受量低于双野双弧计划（P0.05），与本研究结果类似。在DA计划优化过程中，算法将控制点分配给每段弧时，会考虑每一个控制点的重心和多叶准直器（multi-leaf collimator，MLC）的行程，使1个治疗弧射野开口偏左侧，另1个偏右侧，2个弧优化出互补的子野形状，使MLC叶片行程最小化，从而减少其移动距离7。本研究中DA计划脊髓Dmax低于TA计划（P约0.05），由于脊髓将PTV一分为二，TA计划为确保PTV覆盖率，射野开口创建在脊髓左右两侧，出束过程中MLC在脊髓两侧来回移动，无形中增加了脊髓受照剂量。而DA计划的1个治疗弧射野聚焦在脊髓左侧，另1个聚焦在脊髓右侧，可减少脊髓上的射野开口并降低对脊髓的辐射剂量。本研究的不足之处在于：（1）患者数量仅为10例，还需要更多病例来验证DA功能；（2）食管癌为胸部肿瘤，DA是否能对头颈部肿瘤的放射治疗计划质量有所提升，值得继续研究；（3）RayStation 4.7.5.4计划系统无弧内间断出束功能，为避开水平直射肺部，必须将1段360毅的弧拆分为3段小弧。若通过编写程序，使顺/逆时针的3段小弧整合为1个全弧，治疗效率可进一步提升。综上所述，DA VMAT技术可在提升靶区近似最小剂量D98的同时降低全肺及脊髓剂量，尤其是在降低脊髓Dmax方面具有显著优势。而对于CI、HI、心脏受量以及治疗效率方面，2种计划无明显差别。因此，在制订食管癌放射治疗计划时，选择DA技术能够达到更好的治疗效果。参考文献1MACCHIA G，DEODATO F，CILLA S，et al.Volumetric mo-dulated arc therapy for treatment of solid tumors：current in-sightsJ.Onco Targets Ther，2017，10：3 755-3 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