鼻咽癌容积旋转调强与固定野调强计划对比研究.doc

鼻咽癌旋转调强与固定野调强计划对比研究摘要：目的：比较研究旋转调强技术与常规固定野调强技术在鼻咽癌计划中对靶区及危及器官的剂量学差异。方法：选取10例鼻咽癌患者通过Varian Eclipse 8.6计划系统分别制定旋转调强（ARC）计划和固定野调强（IMRT）计划，运用剂量体积直方图评价两种计划靶区及危及器官的剂量参数、机器跳数（MU）和治疗时间（T）。结果：两种计划比较PTV、PTV1、PTV2的适形指数差异均具有统计学意义（P0.05）。危及器官中脑干的平均剂量ARC计划优于IMRT计划，最大剂量ARC计划有所增加。ARC计划脊髓的最大剂量高于IMRT计划，差异具有统计学意义。对于晶体的保护IMRT计划优于ARC计划；视神经平均剂量ARC计划优于IMRT计划，双侧腮腺平均剂量、D33% 、D50% 、D60%两种计划结果相似，差异无统计学意义。正常组织的两种计划比较，V5和V10 差异没有统计学意义，V15、V20、V25、V30、V35、V40、V45、V50ARC计划优于IMRT计划，差异均有统计学意义。两种计划机器跳数MUIMRT=1308213 ，MUARC=60696，ARC计划比IMRT计划平均较少702（54%），差异具有统计学意义。ARC计划可以减少治疗时间。结论：ARC计划靶区适形度好于IMRT计划，危及器官照射剂量相当，正常器官照射剂量明显降低，可以减少机器跳数和治疗时间。1995年Yu1最初提出旋转调强技术（intensity-modulated arc therapy，IMAT）的概念，是指在保持剂量率和机架转速不变的情况下，以多弧剂量叠加的方式实现剂量调整。现在市场推出的IMAT技术是通过改变剂量率和机架转速实现剂量叠加和调整，它是一种集旋转治疗和MLC动态调强治疗优点的放射治疗模式，鼻咽癌放射治疗采用同步加量(simultaneously integrated boost , SIB)的方案已被广泛应用，该技术在缩短治疗时间的同时满足不同靶区获取剂量需求，具有重要的生物学效应。我院自2009年10月开展容积旋转调强技术，现将鼻咽癌旋转调强（ARC）与固定野调强（IMRT）两种计划比较报道如下：材料与方法1、病例选择：选用我院10例鼻咽癌患者，男7例，女3例，平均年龄48.5岁，其中期2例、期4例、期4例，病理均为低分化鳞癌。所有患者均签署知情同意书。2 仪器设备：Philips Big core CT、Varian ARIA工作站、Varian Eclipse 8.6、Varian Trilogy 加速器。3、体位固定及扫描：患者仰卧位，枕于头部固定架中，热塑面膜固定，Philips Big core CT行增强CT扫描层厚和层间距均为3mm，定位CT图像经网络传输至Varian ARIA工作站。4、靶区勾画：将病人定位图像三维重建，临床医生勾画原发灶及阳性肿大淋巴结定义为GTV，外放8mm作为PTV；鼻咽解剖区和中上颈淋巴引流区定义为CTV1，外放5mm作为PTV1；下颈锁上淋巴引流区定义为CTV2，外放5mm作为PTV2。5、计划设计：8例患者计划设计均使用Varian Eclipse 8.6 版本，所有计划均使用同步加量技术。PTV处方剂量为220cGy/次，PTV1处方剂量为200cGy/次，PTV2处方剂量为180cGy/次，共30次。剂量计算均采用剂量算法为Anisotropic Analytical Algorithm (AAA)。计算网格均用2.5mm。a：常规调强（IMRT）计划：采用7野均匀分布共面照射技术, 6MV X射线，剂量率设定为300MU/min。机头角度床角为0，剂量率为300MU/min。b：旋转调强（ARC）计划：采用两个全弧（179-181，181-179），Collimator 旋转10和350，床角为0，根据靶区形状大小调整准直器位置。6MV X射线，剂量率上限设定为600MU/min。两种计划剂量归一均采用靶区平均剂量归一方式2，95%靶区受照剂量不低于处方剂量。脊髓最大剂量小于45Gy，晶体最大剂量小于8Gy，腮腺的平均剂量小于33Gy，脑干最大剂量小于55Gy。6、对比指标：靶区剂量学参数包括各靶区的平均剂量、最大剂量、最小剂量、适形指数（CI）和均匀指数（HI），脊髓最大剂量，晶体的最大剂量，脑干、视神经的最大剂量和平均剂量，眼睛的平均剂量，腮腺的平均剂量及D33 、D50 、D60，正常组织（除靶区以外的组织）的平均剂量及V5 、V10 、V15 、V20 、V25 、V30 、V35 、V40 、V45 、V50 ，两种计划的机器跳数（MU）和治疗时间（T）。适形度指数（CI）的计算公式为：,其中Vt为靶区体积，Vt,ref为参考等剂量线面包绕的靶区体积，Vref为参考等剂量线面所包绕的所有区域的体积3。CI值的范围是01，值越大，适形度越好。均匀性指数（HI）的计算公式为： ，其中D2指在DVH图上，2的靶区体积对应的剂量，这可被认为是“最大剂量”，D98指在DVH图上，98的靶区体积对应的剂量，可被认为是“最小剂量”，D处方即计划给予的处方剂量4。7、统计学处理：使用SPSS13.0软件包进行数据处理和分析，两种计划的参数行配对非参数Wilcoxson符号秩检验，P0.05）。三个靶区的剂量最大值、最小值和PTV、PTV2的平均剂量差异没有统计学意义（P0.05），PTV1平均剂量差异有统计学意义，P=0.012。详见表1。表 1 IMRT计划和ARC计划靶区剂量学参数比较参数IMRT计划ARC计划P值PTV平均值（cGy）6947.406947.401.000最大值（D2,cGy）7273.981.47255.888.60.484最小值（D98,cGy）6577.666.56500适形指数（CI）0.710.750.020均匀指数（HI，%）10.511.20.400PTV1平均值（cGy）6382.256.86464.4100.40.012最大值（D2,cGy）6755.778.46915.7194.30.050最小值（D98,cGy）5973.4132.25889.9102.40.161适形指数（CI）0.540.590.011均匀指数（HI，%）93PTV2平均值（cGy）5727.6118.65601最大值（D2,cGy）6070.1134.56034.3100.10.327最小值（D98,cGy）5312.9157.55313.862.40.674适形指数（CI）0.710.780.012均匀指数（HI，%）103、危及器官：两种计划的危及器官中脑干的平均剂量ARC计划优于IMRT计划，平均减少128.5cGy，最大剂量ARC计划有所增加。ARC计划脊髓的最大剂量明显不如IMRT计划，平均增加204.1cGy，差异具有统计学意义（P=0.017）。对于晶体的保护IMRT计划优于ARC计划，但差异无统计学意义。视神经平均剂量ARC计划优于IMRT计划，左右两侧分别平均减少371.3 cGy和304.6 cGy，差异无统计学意义。双侧腮腺平均剂量、D33% 、D50% 、D60%两种计划结果相似，差异无统计学意义。详见表2。表 2 IMRT计划和ARC计划危及器官剂量学参数比较危及器官参数IMRT计划ARC计划P值脑干（cGy）平均值3512.8406.23384.3361.30.069最大值5528.1192.95727.5356.30.263脊髓（cGy）最大值4186.188.74390.274.90.017右侧晶体（cGy）最大值611.8146.3665.7102.80.327左侧晶体（cGy）最大值608.1149.2660.6105.70.575右侧视神经（cGy）平均值2378.21518.52073.6890.60.575左侧视神经（cGy）平均值2453.71334.22082.4770.80.263右侧腮腺（cGy）平均值3459.5488.73438.6362.10.401D33%3697.8566.33791.8459.30.779D50%3071.1633.73097.2420.20.889D60%2854.8634.62845.9404.60.889左侧腮腺（cGy）平均值3492.5511.73506.3256.60.889D33%3816.3613.23934.4422.70.575D50%3054.2610.83174.6339.80.575D60%2818.7631.62891.1303.60.6744、正常组织：正常组织的两种计划比较，V5和V10 差异没有统计学意义（P=0.161，P=0.575），V15、V20、V25、V30、V35、V40、V45、V50差异均有统计学意义，P0.05。详见表3。表 3 IMRT计划和ARC计划正常器官剂量学参数比较健康组织（%）IMRTARCP值V577.19.878.413.40.161V1065.79.566.011.90.575V1559.59.456.410.60.017V2054.08.712V2546.06.812V3038.75.412V3532.74.812V4024.93.612V4518.63.011V501.70.0125、机器跳数（MU）和治疗时间（T）：两种计划每次治疗机器跳数MUIMRT=1308213 ，MUARC=60696，ARC计划比IMRT计划平均较少702（54%），差异具有统计学意义（P=0.012）。执行ARC计划一个弧的时间大约需要70-90秒，两个弧大约3分钟，IMRT计划大约需要15分钟。表明ARC计划可以减少治疗时间，提高工作效率，从而节约人力和物力。讨论自从Brahme A5提出逆向调强放射治疗（IMRT）技术以来，调强放射治疗现已发展成为一种精确的放疗技术,其最大特点是可达到良好靶区剂量分布6 ,同时降低肿瘤周围正常组织的剂量,从而提高肿瘤局部控制率,降低正常组织并发症发生率。目前已广泛应用于临床。尤其对鼻咽癌，因其解剖位置特殊,与周围重要器官关系密切，现已成为鼻咽癌放射治疗的主要手段7,71。但是由于IMRT计划通常需要5-9个固定野，无论采用静态还是动态调强治疗方式，治疗时间都较长，病人舒适度下降，不自主运动的几率大大增加，可能会导致疗效下降。Yu1在IMRT出现不久提出了旋转调强放疗（IMAT）。IMAT是在加速器机架连续旋转的过程中通过动态多叶光栅(MLC)连续运动形成一系列子野，并配合通过改变剂量率形成可变束流来完成的调强放疗方式。IMAT属于一种兼有旋转照射优点的动态调强治疗方式。随着优化算法的不断改进8，计算机硬件和加速器功能的提升，逐渐形成了目前的商业化产品，例如Varian RapidArc 、Elekta VMAT，能够在较短时间内达到与IMRT相当或更优的治疗效果9。从而弥补IMRT在治疗时间上的缺陷。本研究是鼻咽癌共面双弧ARC计划与常规调强IMRT计划的比较。Palma10等研究表明在前列腺计划中可变的剂量率的容积调强要优于固定剂量率的调强，Cozzia等和 Fogliatab等评价证明RapidArc在子宫颈癌和良性脑肿瘤中的应用。他们的研究表明RapidArc在靶区覆盖，减少危及器官受照剂量等方面与IMRT计划相当。另有研究报告表明旋转调强治疗计划可以减少正常组织的剂量，提供较好的靶区覆盖剂量，同时能够减少治疗时间，达到与传统调强技术相当或更好的效果11,12,13。Ugenio Vanetti14等比较了29例口咽、下咽和喉癌单弧ARC计划、双弧ARC计划与IMRT计划，结果显示靶区均匀性一致，在保护危及器官方面，双弧ARC计划比单弧ARC计划和IMRT计划具有一定优势。在研究初期，结果显示单弧计划难以达到临床要求，而双弧计划可以，故直接采用双弧计划方式。统计学结果证明本研究双弧ARC计划与常规调强IMRT计划在靶区最大、最小剂量以及均匀指数方面无显著差异。究其原因可能是由于靶区差异、临床要求差异等因素导致的。FLEMMING KJR-KRISTOFFERSEN15等研究8例前列腺癌ARC计划与常规调强IMRT计划时发现靶区均匀指数、危及器官受照剂量无差异，与本研究结果相似。在正常组织受照剂量方面，结果显示5-10Gy的低剂量照射体积无显著差异，而15-50Gy的受照体积ARC计划显著减少（P0.05）。本研究中ARC计划在总机器跳数及治疗时间具有较大优势。两种计划每次治疗机器跳数分别为MUIMRT=1308213 ，MUARC=60696，ARC计划比IMRT计划平均较少702（54%），差异具有统计学意义（P=0.012）。执行ARC计划一个弧的时间大约需要70-90秒，两个弧大约3分钟，IMRT计划大约需要15分钟。Alessandro Clivio16等研究10例肛肠癌报告机器跳数IMRT调强为1531 206 ，双弧ARC为 545 80 。治疗时间为IMRT调强为9.4 1.7 min ，双弧ARC为2.6 0.0 min。旋转调强MLC总运动幅度及频率都小于IMRT，减少了加速器的磨损。这样就一定程度减少了使用和维修成本。由于旋转调强治疗时间比IMRT短，病人在3-4分钟内就可以完成治疗（排除移床等因素）。大大减轻了病人的不适感。治疗分次内病人体位移动，器官体积变化和运动等不确定性因素的影响也减小了。基于较短治疗时间跨度，在旋转调强中应用图像引导技术的价值会得到提高。较短的治疗时间，较高剂量率（Varian 6MV-X-SRS模式，1000 MU/min），配合图像引导技术使得IMAT更适合开展大分割放射治疗。因此，相比常规IMRT，旋转调强在满足靶区临床剂量学需求的前提下，减少正常器官受照剂量，降低机器跳数，减少机器磨损，缩短了治疗时间，提高了工作效率，具有良好的应用前景。1 Yu CX.Intensity-modulated arc therapy with dynamic multileaf collimation:an alternative to tomotherapy.Phys Med Biol.1995,40:1435-1439. 2 Antonella Fogliata, Alessandro Clivio, Giorgia Nicolini, et al.Intensity modulation with photons for benign intracranial tumours:A planning comparison of volumetric single arc,helical arc and fixed gantry techniques. Radiotherapy and Oncology 2009;89: 254262.3 金大伟，戴建荣，李晔雄等.前列腺调强放疗的治疗方案比较.中华放射肿瘤学杂志，2005，14(1)：47-51.4 Wu Q,Mmohan R,Morris M,et al.Simultaneous integrated boost intensity-modulated radiotherapy for locally advanced head-and-neck squamous cell carcinomas.I:dosimetric results.Int J Radiation Oncology Biol Phys,2003,56(2):573-585.5 Brahme A.Optimization of stationary and moving beam radiation therapy techniques.Radiother Oncol,1988,12:129-140.6 Bin S ,Teh ,Shiao Y, et al. Intensity modulated radiation therapy ( IMRT) : a new promising technologyin radiation oncology J , The Oncologist ,1999 ,4 (6) :433-442.7 赵充,卢泰祥,韩非,等. 139 例鼻咽癌调强放疗的临床研究 J . 中华放射肿瘤学杂志, 2006, 15 (1) : 1 - 6. 71 袁智勇,高黎,徐国镇,等. 初治鼻咽癌调强放疗的初步结果 J . 中华放射肿瘤学杂志, 2006, 15 (4) : 237 - 243.8 9 10 Palma D, Vollans E, James K, et al.Volumetric modulated arc therapy for delivery of prostate radiotherapy.Comparison with intensity modulated radiotherapy and threedimensionalconformal radiotherapy. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2008;72:9961001.11 Otto K. Volumetric modulated arc therapy: IMRT in a single arc. Med Phys2008;35:310317.12 Duthoy W, De Gersem W, Vergote K, et al.Clinical implementation of intensity modulated arc therapy (IMAT) for rectal cancer. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2004;60:794806.13 Duthoy W, De Gersem W, Vergote K, et al.Whole abdominal radiotherpay (WAPRT) using intensity modulated arctherapy (IMAT): first clinical experience. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2003;57:10191032.14 Eugenio Vanetti, Alessandro Clivio, Giorgia Nicolini, et al.Volumetric modulated arc radiotherapy for carcinomas of the oro-pharynx,hypo-pharynx and larynx: A treatment planning comparison with fixed field IMRT. Radiotherapy and Oncology 2009;92:111117.15 FLEMMING KJR-KRI