胸段食管癌放疗中双肺剂量学参数与计划参数的相关性分析.pdf

18医疗装备 2024 年 1 月第 37 卷第 1 期 Medical Equipment,January.2024,Vol.37,No.1胸段食管癌放疗中双肺剂量学参数与计划参数的相关性分析田玉龙1，黄洋洋2（通信作者）1郑州大学第五附属医院（河南郑州450052）；2郑州大学第二附属医院（河南郑州 450014）摘要目的分析胸段食管癌放疗时双肺剂量学参数与计划参数的相关性。方法选取2020年4月至2023年4 月医院收治的 99 例胸段食管癌放疗患者，采集放射性肺炎相关的剂量学参数如双肺 V5、V10、V20、V30和平均剂量（Dmean）等，选取计划参数如处方剂量（DP）、双肺体积（VBL）、靶区体积（VPTV）和靶区与肺重合体积（VOPL）等，分析胸段食管癌放疗中双肺剂量学参数与计划参数的相关性。结果当双肺剂量学参数组合为第 1 典型变量（V1）、计划参数组合为第 1 典型变量（U1）时，两组典型变量的相关系数=0.848，差异有统计学意义（P0.05）。其中V1包括双肺剂量学参数中的 V5、V20、V30和 Dmean，U1 包括计划参数中的处方剂量（DP）、双肺体积（VBL）和靶区体积（VPTV）。结论V5、V20、V30和 Dmean均是重要的双肺剂量学参数，其中，物理师需密切关注 Dmean。计划参数的影响因素包括 DP、VBL 和 VPTV，其中 VPTV 是影响双肺剂量学参数的重要因素。关键词胸段食管癌；放射治疗；双肺剂量学参数；计划参数中图分类号R730.55 文献标识码B 文章编号1002-2376（2024）01-0018-04DOI10.3969/j.issn.1002-2376.2024.01.005基金项目：河南省医学科技攻关计划项目（LHGJ20210407）收稿日期：2023-06-06论著Correlation Analysis of Bilateral Lung Dosimetric Parameters with Planning Factors in Radiotherapy for Thoracic Esophageal CancerTian Yulong1,Huang Yangyang2(Corresponding Author).The Fifth Affiliated Hospital of Zhengzhou University,Zhengzhou Henan 450052,China;The Second Affiliated Hospital of Zhengzhou University,Zhengzhou Henan 450014,China【Abstract】ObjectiveTo analyze the correlation between bilateral lung dosimetric parameters and planning parameters during radiotherapy for thorax.MethodsA total of 99 cases of thoracic esophageal cancer radiotherapy in hospital were selected from April 2020 to April 2023,and the dosimetric parameters related to radiation pneumonitis such as bilateral lung V5,V10,V20,V30,and mean dose(Dmean)were collected,and the planning parameters such as dose of prescription(DP),volume of bilateral lung(VBL),volume of planning target volume(VPTV),and volume of overlap between PTV and lung(VOPL)were selected,and analyzed the correlation between bilateral lung dosimetric parameters and planning parameters in radiotherapy for thoracic esophageal cancer.ResultsThe correlation coefficient=0.848 of the two canonical variables was statistically significant(P0.05).Where V1 included V5,V20,V30,and Dmean in the bilateral lung dosimetric parameters,U1 included dose of prescription(DP),volume of bilateral lung(VBL),and volume of planning target volume(VPTV)in the planning parameters.ConclusionsV5,V20,V30,and Dmean were important bilateral lung dosimetric parameters in the thoracic esophageal cancer 19医疗装备 2024 年 1 月第 37 卷第 1 期 Medical Equipment,January.2024,Vol.37,No.1食管癌是临床常见的恶性肿瘤，发病率和死亡率均较高1-3。放疗是治疗食管癌的常用手段，常见的不良反应为放射性肺炎（radiation pneumonia，RP）。RP 患者常伴有肺纤维化、肺功能下降，严重影响患者的生活质量1。RP 的发生率与双肺剂量学参数密切相关。为了降低 RP 的发生率，需分析影响其发生的双肺剂量学参数。然而，双肺剂量学参数较多2-3，包括 V5、V10、V20、V30和平均剂量（Dmean）等，每个参数代表的意义不同。为了降低计划设计的复杂性，更好地保护双肺，需要选出最具代表性的双肺剂量学参数。同时，为了减少双肺剂量，选取计划参数如处方剂量（prescription dose，DP）、双肺体积（volume of bilateral lung，VBL）、靶区体积（volume of PTV，VPTV）和靶区与双肺重合体积（volume of overlap between PTV and lung，VOPL）等，并基于相关性方法分析其对双肺剂量学参数的影响，使物理师在胸段食管癌放疗计划设计过程中更有针对性。基于上述背景本研究现报道如下。1 资料与方法1.1 一般资料选择2021年4月至2022年6月我院收治的99例胸段食管鳞癌患者，其中男 60 例，女 39 例；年龄4882 岁，中位年龄 66 岁。依据美国癌症联合会（American Joint Committee on Cancer，AJCC）第 8版TNM分期4，其中期10例、期26例、期 31 例和期 32 例。本研究经医学医院伦理委员会批准（伦理审批号：2021185）。患者均知情同意。纳入标准：胸段食管癌患者，且放疗前无相关放疗病史。排除标准：颈段食管癌和下延到贲门、腹膜后的食管癌。1.2 仪器与方法采用东芝 Alexion 16排CT机，扫描层厚为5 mm，平扫及增强 CT 图像经局域网传输至 Monaco 治疗计划系统（treatment planning system，TPS）。所有患者均采取仰卧位，双手交叉抱肘放置于额头处，固定材料为高分子热塑膜。CT 扫描范围包括所有需要评价的危及器官（organs at risk，OARs）。1.3 轮廓勾画和危及器官限值依据国际辐射单位委员会（International Com-mission Radiological Units，ICRU）83 号 报 告 及 其他权威信息5，结合各项检查，勾画食管原发肿瘤为大体肿瘤体积（gross target volume，GTV），确诊转移或不能排除转移的淋巴结为大体淋巴结体积（GTV of nodes，GTVnd）；GTV 长轴方向外扩3 cm，其他方向均匀外扩1 cm，或GTV均匀外扩0.51 cm 生成临床靶区（clinical target volume，CTV）；CTV 均匀外扩 0.5 cm 生成计划靶区（planning target volume，PTV）。OARs包括双肺、脊髓、心脏、气管、胸胃、冠状动脉、肋骨和臂丛神经等。1.4 计划设计及参数读取基于 Monaco TPS 设计固定野调强放疗计划。胸段食管癌计划共 45 个共面射野，射野角度分布为上二下三或上一下三，所有放疗计划均在Elekta Synergy 上执行，射线能量为 6 MV。TPS 数据读取方式包括横断面剂量分布图和剂量体积直方图（dose volume histogram，DVH）。双肺剂量学参数包括 V5、V10、V20、V30和 Dmean，定义为因变量，其中 Vx为 x Gy 剂量照射的体积占双肺总体积的百分比；Dmean为双肺平均剂量。计划参数包括DP、VBL、VPTV和VOPL，定义为自变量。1.5 统计学处理采用 SPSS 25.0 统计软件进行数据分析。使用Shapiro-Wilk 方法检验数据是否符合正态性，正态分布的数据采用独立样本 t 检验，不符合正态分布的数据采用 Wilcoxon 秩和检验，正态分布或近似正态分布数据以 x-s 表示。采用相关性方法分析双肺剂量学参数及计划参数与对应典型变量的相关系数。P0.05 为差异有统计学意义。2 结果2.1 因变量和自变量由于因变量（双肺计量学参数 V5、V10、V20、V30和 Dmean）有 5 个 观 察 变 量，自 变 量（DP、VBL、VPTV 和 VOPL）有 4 个观察变量，因此最多有 4 对典型相关变量。双肺剂量学参数V5、V10、V20、V30和Dmean的最小值、最大值和中位数值，见表 1。99 例患者的 VBL为 1 135.006 406.00 cc，VPTV 为 103.00571.00 cc，VOPL 为 0.5088.00 cc，中位叠加体积为 13.00 cc。DP为4 500.006 000.00 cGy，中位数为5 600.00 cGy。经 Shapiro-Wilk 检验，除了自变量 VOPL 外，所有因变量和自变量均符合正态分布。radiotherapy,where Dmean needs to be closely examined by physicists.The influencing factors in the planning parameters included DP,VBL,and VPTV,with VPTV being the most prominent factor,among them,the VPTV is an important factor influencing the dosimetric parameters in bilateral lung.【Key words】Thoracic esophageal cancer;Radiotherapy;Bilateral lung dosimetric parameters;Plan parameters20医疗装备 2024 年 1 月第 37 卷第 1 期 Medical Equipment,January.2024,Vol.37,No.1表 1自变量和因变量一般情况变量最小值最大值中位数x-sV5（%）14.17 70.53 46.66 47.3012.07V10（%）12.00 56.84 36.63 36.509.28V20（%）8.01 29.11 20.84 20.824.82V30（5）3.83 18.79 11.54 11.753.48Dmean（cGy）380.00 1 619.00 1 149.001 095.23257.64DP（cGy）4 500.00 6 000.00 5 600.005 486.87390.62VBL（cc）1 135.00 6 406.00 3 556.00 3 617.031 095.88VPTV（cc）103.00 571.39 246.73 256.8295.82VOPL（cc）0.50 88.00 13.00 16.6415.29注：V5、V10、V20、V30和 Dmean为双肺剂量学参数的因变量，其中 Vx为 x Gy 剂量照射的体积占双肺总体积的百分比；Dmean为双肺平均剂量。DP、VBL、VPTV 和 VOPL 为计划参数的自变量，其中 DP 为靶区处方，VBL 为双肺体积，VPTV 为靶区体积，VOPL 为靶区与双肺的重合体积2.2 典型相关系数及显著性检验将因变量的典型变量分别命名为 V1、V2、V3和 V4，自变量的典型变量分别命名为 U1、U2、U3 和 U4。由显著性检验结果可知，4 对典型相关变量的相关系数检验仅第 1 个典型相关系数（V1和U1）达到显著性水平（P0.001），因此，对自变量和因变量的研究可以转化为对第 1 对典型相关变量间关系的研究，因为自变量和因变量的单位不统一，故采用标准化典型系数表示，见表 2。表 2典型相关系数及显著性检验 因变量典型变量（标准系数）V1V2V3V4V5 0.685-5.129 4.221 1.501V10-0.195-0.444-0.281-5.583V20 0.791-2.900-1.088 1.501V30-0.849-2.663 1.953-3.579Dmean-1.308 10.051-4.246 6.063PVES 0.659 0.075 0.062 0.130 0.848a 0.594 0.254 0.205因变量典型变量（标准系数）U1U2U3U4DP-0.561 0.834-0.244-0.071VBL 0.489 0.172 0.400-0.910VPTV-0.833-0.316 0.768-0.110VOPL-0.229-0.172-1.262-0.103PVES 0.319 0.214 0.113 0.355注：V5、V10、V20、V30和 Dmean为双肺剂量学参数因变量，其中 Vx为 x Gy 剂量照射的体积占双肺总体积的百分比；Dmean为双肺平均剂量。DP、VBL、VPTV 和 VOPL 为计划参数自变量，其中 DP 为靶区处方，VBL 为双肺体积，VPTV 为靶区体积，VOPL 为靶区与双肺的重合体积，PVES 为抽出变异量，为典型变量相关系数。aP30%伴随 V20 20%是发生 2级以上RP的独立相关因素11。也有学者认为 3 级以上 RP 与双肺 Dmean 1 080 cGy 和患侧肺V5 64.9%密切相关12。而V20作为中间参数，兼顾描述双肺剂量的高低区域，故使用最广泛13。由于食管癌靶区为长条形，介于双肺间且位置较固定14，DP 和 VPTV 的小范围浮动对双肺低剂量区的影响变化不大，故V5可替代V10，同时Dmean与第1典型变量 V1的相关系数绝对值最大，表明 Dmean是评价双肺剂量的重要参数。据报道，Dmean是最有代表性的双肺剂量学参数，一般情况下，计划中Dmean不大双肺的体积剂量参数也不可能大15-16。放疗计划设计过程中，对双肺剂量学参数影响较大的参数包括 DP、VBL、VPTV 和 VOPL 等，21医疗装备 2024 年 1 月第 37 卷第 1 期 Medical Equipment,January.2024,Vol.37,No.1其所发挥的作用不同17。VPTV 与第 1 典型变量U1 的相关系数绝对值最大，表明 VPTV 是双肺剂量学影响因素中最重要的参数之一18。VOPL 与第1 典型变量 U1 的相关系数绝对值较小。分析其原因为，靶区越大，靶区侵入双侧肺的体积也越大，靶区与双肺的叠加体积就越大，因此 VOPL 可能与 VPTV 表达内容相似。DP 和 VPTV 与第 1 典型变量 U1 的相关系数为负，VBL 与第 1 典型变量U1 的相关系数为正，表明在相同情况下处方剂量和靶区越大，双肺的剂量也越大；而双肺体积越大，双肺剂量越小。本研究中，胸段食管癌放疗中双肺的剂量学参数，除了 V10因为相关系数太小（r=-0.195）可以被排除外，V5、V20、V30和 Dmean均可以描述双肺剂量的不同侧面，其中 Dmean因相关系数最大（r=-1.308）而最重要。同时，DP、VBL、VPTV 均是影响双肺剂量学参数的重要计划参数，其中 VPTV因为相关系数最大（r=-0.833）而影响最显著。综上所述，最有代表性的双肺剂量学参数为Dmean和最能影响双肺剂量学参数的计划参数为VPTV。为了在胸段食管癌放疗中更好地保护双肺，降低 RP 发生率，物理师应在计划设计过程中密切关注双肺平均剂量 Dmean，并提前评估 VPTV 对计划的影响。参考文献1 汪盛，王彩莲.放射性肺炎临床相关预测因素的研究进展 J.中华放射肿瘤学杂志，2021，30（3）：305-310.2 杨静，庄蕾，曾剑，等.食管鳞癌免疫治疗序贯放疗后放射性肺炎的危险因素分析 J.浙江医学，2022，44（16）：1705-1709.3 Zhu J,Chen X,Yang B,et al.Evaluation of Automatic Segmentation Model With Dosimetric Metrics for Radiotherapy of Esophageal CancerJ.Front Oncol,2020,10:564737.4 Rice TW,Patil DT,Blackstone EH.8th edition AJCC/UICC staging of cancers of the esophagus and esophagogastric junction:application to clinical practiceJ.Ann Cardiothorac Surg,2017,6(2):119-130.5 Hodapp N.Der ICRU-Report 83:Verordnung,D oku ment at ion u nd Kom mu n ikat ion der fluenzmodulierten Photonenstrahlentherapie(IMRT)The ICRU Report 83:prescribing,recording and reporting photon-beam intensity-modulated radiation 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