不同調(diào)強放療技術(shù)在局部晚期非小細胞肺癌根治性放療中的劑量參數(shù)比較

關(guān)明麗,雷亞楠,李 賀

(河南科技大學第一附屬醫(yī)院腫瘤放療科,河南 洛陽 471000)

肺癌不僅是當前我國最多見的惡性腫瘤之一,且其發(fā)病率與死亡率在近些年來均表現(xiàn)為逐年增高趨勢。根據(jù)中國國家癌癥登記中心(NCCR)2015年的國家癌癥統(tǒng)計數(shù)據(jù),當年我國新診斷肺癌患者約733 300例,肺癌死亡病例為610 200例(發(fā)病率為35.92/100 000,死亡率為28.02/100 000)[1]。而國際癌癥研究機構(gòu)報告統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,2020年中國新發(fā)肺癌約820 000例,肺癌相關(guān)死亡為715 000例[2-3]。在全部肺癌病理類型中,非小細胞肺癌(NSCLC)占80%～85%[4]。文獻報道顯示,其中30.2%～39.8%的NSCLC 為局部晚期[5]。多數(shù)局部晚期NSCLC患者錯過了手術(shù)切除的最佳時機,其主要治療手段為放化療聯(lián)合治療,旨在最大程度幫助患者改善臨床癥狀并延長生存期,然而整體療效及中位生存期仍不十分理想。目前,相關(guān)學者普遍認為NSCLC的局部控制率及患者的死亡率均可通過提高放療劑量獲得一定程度提高,但由于控制病灶周邊的正常組織和器官在放療過程中的不良反應(yīng)也是十分必要的,這勢必也會限制放療劑量的提升閾值。如何增加靶區(qū)照射劑量,且避免對周邊正常組織與器官造成不良放射反應(yīng),成為當前研究熱點。近20年來,隨著放療設(shè)備、計算機及醫(yī)學影像學相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展與進步,臨床放射治療技術(shù)也不斷有所突破,當前已邁入“精準放療”時代,多種先進的調(diào)強放療技術(shù)已在臨床得到廣泛應(yīng)用,如固定野調(diào)強放射治療(IMRT)、容積弧形調(diào)強放射治療(VMAT)和螺旋斷層放療系統(tǒng)(TOMO)等。目前,關(guān)于以上3種不同調(diào)強放療技術(shù)在局部晚期NSCLC患者中應(yīng)用的劑量學參數(shù)比較的報道較少。鑒于此,本研究選取96例局部晚期NSCLC患者為研究對象,通過對比分析該3種不同調(diào)強放療技術(shù)在局部晚期NSCLC患者根治性放療中的計劃靶區(qū)及危及器官的劑量參數(shù),從而為臨床應(yīng)用提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1一般資料 選取2020年9月至2022年9月本院收治的局部晚期NSCLC患者96例。納入標準:(1)經(jīng)組織學或細胞學證實為局部晚期NSCLC;(2)TNM分期為ⅡB、ⅢA、ⅢB不可切除或拒絕手術(shù);(3)入組本研究前未接受過放化療治療;(4)ECOG體能狀態(tài)評分為0～1分;(5)預(yù)期生存時間大于3個月。排除標準:(1)Ⅲ～Ⅳ級心功能不全;(2)已明確有遠處轉(zhuǎn)移;(3)合并其他惡性腫瘤或具有惡性腫瘤病史;(4)肝、腎等重要器官嚴重不全;(5)合并有其他任何放化療禁忌的疾病或狀況,如感染活躍期、心肌梗死后未超過6個月及其他癥狀性心臟病等;(6)對放射治療不耐受。96例患者中男60例,女32例;年齡42～70歲,平均(60.52±8.68)歲;TNM分期:ⅡB期9例、ⅢA期49例、ⅢB期34例;疾病類型:腺細胞癌45例,鱗狀細胞癌47例;原發(fā)灶部位包括左上葉26例,左下葉9例,右上葉38例,右中葉13例,右下葉10例;原發(fā)灶類型包括中央型35例,周圍型61例;計劃靶區(qū)(PTV)容積311.95(89.12～647.37)cm3。本研究已通過醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會審批(2020-HNKJDXYFY 064),且患者或其直系親屬知情并簽署同意書。

1.2方法

1.2.1放療定位與CT模擬定位 患者取仰臥位,雙手放于頭頂,以真空墊固定體位。引導患者呼吸平穩(wěn)后行平掃和增強掃描。對全部患者均行4DCT掃描,將獲取的CT圖像采用軟件根據(jù)呼吸相的不同進行拆分,共拆分為十套圖像,最后將該十套圖像均傳送至Raystation和TomoTherapy計劃系統(tǒng)工作站。

1.2.2放療靶區(qū)與周圍危及器官勾畫 大體腫瘤體積(GTV)勾畫:GTV為CT掃描可見腫瘤,于肺窗條件下勾畫肺部腫瘤,并在縱隔窗條件下勾畫正常組織器官、縱隔陽性淋巴結(jié)、縱隔邊界腫瘤;臨床靶體積(CTV)勾畫:于GTV基礎(chǔ)上參照腫瘤病理類型,向外放0.6～0.8 cm,包括部分高危淋巴結(jié)引流區(qū);PTV勾畫:參照腫瘤位置,于CTV基礎(chǔ)上向外放1.0～1.5 cm,并勾畫周邊危及器官,主要包括雙肺、心臟、脊髓、食管。

1.2.3靶區(qū)劑量與危及器官劑量限制 所有患者均采用直線加速器6MV X線照射進行治療,PTV采用統(tǒng)一照射劑量,200 cGy/F,每天1次,每周5次,DT:6 000 cGy/30F。危及器官劑量限制參考《中國非小細胞肺癌放射治療臨床指南(2020版)》[6]并結(jié)合本單位具體情況建立如表1所示的劑量限制標準。

1.2.4治療計劃設(shè)計 全部患者所采用的CT模擬圖像、靶區(qū)及關(guān)鍵器官的勾畫均保持一致。在Raystation和TomoTherapy計劃系統(tǒng)上對每一例患者相同PTV分別設(shè)計IMRT、VMAT和TOMO計劃。3種計劃所設(shè)定的優(yōu)化目標和劑量限制條件均相同。最后將計劃劑量均歸一為95%以上體積的PTV覆蓋6 000 cGy的照射劑量,同時計算PTV和相關(guān)危及器官劑量體積的直方圖(DVH)。IMRT應(yīng)用固定野靜態(tài)調(diào)強技術(shù),根據(jù)患者的具體情況采用5～7野角度均分的共面照射野;VMAT采用機架旋轉(zhuǎn)模式治療,以個體化病灶具體情況設(shè)雙弧,每2度給1個照射野;TOMO采用螺旋斷層調(diào)強技術(shù),每個螺旋包括51個射束。每種技術(shù)均優(yōu)化選取放療計劃。

1.2.5治療計劃評估 靶區(qū)劑量評估指標:靶區(qū)劑量適形度指數(shù)(CI)、不均勻度指數(shù)(HI)、最大劑量(Dmax)、平均劑量(Dmean),1%、2%、50%、95%、98%、99%靶區(qū)體積所受劑量D1、D2、D50、D95、D98、D99,95%、100%、105%處方劑量所圍體積占比V95、V100、V105。CI=(VROI,pres)2/(VROI×Vbody,pres),其中VROI,pres為處方劑量覆蓋的PTV容積,VROI為PTV容積,Vbody,pres為處方劑量覆蓋的總?cè)莘e。CI值越趨近1表示計劃適形度越高。HI=(D2-D98)/Dpres,其中D2和D98分別代表覆蓋2%及98%PTV的照射劑量,Dpres代表PTV的處方劑量。HI越低表明劑量分布更理想。危及器官評估指標:雙肺的Dmean、V5、V10、V20、V30、V40及V50(VD:接受DGy或以上的靶器官占總?cè)莘e的比例);心臟Dmean、V5、V10、V20、V30、V40及V50,食管Dmean和Dmax;脊髓Dmax。

2 結(jié) 果

2.13種不同調(diào)強放療技術(shù)的PTV劑量比較 與IMRT和TOMO比較,VMAT的CI顯著更高,與TOMO比較,VMAT的HI顯著更低,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05);與TOMO比較,IMRT的HI顯著更低,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05);與IMRT和TOMO比較,VMAT的Dmean顯著更低,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05);在高劑量區(qū)(D1、D2)和低劑量區(qū)(D98、D99)及V95、V105等方面,TOMO較IMRT和VMAT兩種技術(shù)均顯著更低,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。見表2。

表2 3種不同調(diào)強放療技術(shù)的PTV劑量參數(shù)比較

2.23種不同調(diào)強放療技術(shù)的危及器官劑量比較 雙肺、心臟、脊髓、食管的各劑量詳見表3。3種不同調(diào)強放療技術(shù)下的全肺Dmean、V5、V10、V40及V50比較,差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05);與IMRT比較,TOMO的全肺V20及V30顯著更低,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。與TOMO比較,IMRT的心臟Dmean、V5、V10及V20顯著更低,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。3種不同調(diào)強放療技術(shù)下的脊髓Dmax及食管Dmax、Dmean比較,差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

表3 3種不同調(diào)強放療技術(shù)的危及器官劑量比較

2.33種不同調(diào)強放療技術(shù)對不同原發(fā)灶部位NSCLC的劑量比較 在左肺NSCLC患者中,與IMRT和VMAT比較,TOMO在正常肺組織的劑量相對更低;尤其與IMRT相比,TOMO的V20和V30顯著更低,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05);但VMAT在心臟的劑量低于IMRT和TOMO,尤其與TOMO相比,VMAT的Dmean、V10、V20、V30均顯著更低,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。在右肺NSCLC患者中,與IMRT和TOMO比較,VMAT的CI和HI數(shù)據(jù)明顯更優(yōu),差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05);與IMRT比較,TOMO對正常肺組織的Dmean、心臟V5及V10均顯著更高,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。見表4。

表4 3種不同調(diào)強放療技術(shù)對不同原發(fā)灶部位NSCLC的劑量比較

2.43種不同調(diào)強放療技術(shù)對不同PTV容積NSCLC的劑量比較 參考全部患者的中位PTV 容積[311.95(89.12～647.37) cm3],將大于或等于311.95 cm3者和小于311.95 cm3者分別定義為大靶區(qū)和小靶區(qū)。在納入大靶區(qū)的患者中,VMAT的CI明顯優(yōu)于IMRT,HI明顯優(yōu)于TOMO,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05);與TOMO比較,IMRT的心臟Dmean、V5、V10、V20顯著更低,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。在納入小靶區(qū)的患者中,3種不同調(diào)強放療技術(shù)的CI數(shù)據(jù)基本接近,與IMRT和VMAT比較,TOMO的HI顯著更高,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05),TOMO的心臟V5高于IMRT和VMAT,其中與IMRT比較,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。見表5。

表5 3種不同調(diào)強放療技術(shù)對不同PTV容積NSCLC的劑量比較

2.53種不同調(diào)強放療技術(shù)對不同原發(fā)灶類型NSCLC的劑量比較 在中央型NSCLC患者中,與IMRT比較,TOMO的V20顯著更低,但V5卻顯著更高,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05);在周圍型NSCLC患者中,VMAT的CI高于IMRT和TOMO,其中與IMRT比較,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05),見表6。

表6 3種不同調(diào)強放療技術(shù)對不同原發(fā)灶類型NSCLC的劑量比較

3 討 論

在當前,局部晚期NSCLC的治療依然是腫瘤學學者面臨的最大挑戰(zhàn)之一。放療聯(lián)合化療是不可切除腫瘤的晚期NSCLC患者的標準治療方法,但放療的潛在毒性作用仍然是一個重大問題,殺瘤劑量可能高于鄰近關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的耐受性,包括健康肺實質(zhì)、食管、心臟和脊髓等[7-9]。這也往往是導致同步放化療治療局部晚期 NSCLC的療效仍然較差的重要原因。隨著相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進步,雖然已進入放射腫瘤學最激動人心的“精準放療”時代,繼而能夠一定程度實現(xiàn)在周圍正常組織暴露有限的情況下獲得更準確的輻射輸送,但各種新興放療技術(shù)仍存在平臺期,整體臨床結(jié)局也尚不令人滿意。放療相關(guān)的劑量學因素在肺癌的放療過程中起著至關(guān)重要的作用。鑒于此,通過研究新的放療技術(shù),以確保有效控制癌周正常組織受照劑量的同時,最大限度提高靶區(qū)的受照劑量具有重要臨床意義。

IMRT技術(shù)作為當前放療技術(shù)革命性發(fā)展的成果之一,其在我國的各大腫瘤中心均獲得了較為廣泛的推廣應(yīng)用,該技術(shù)集合了多種先進技術(shù)或裝備,其中主要包括精密二維和三維劑量驗證設(shè)備、新型加速器及逆向優(yōu)化治療計劃設(shè)計軟件等,可在盡量減少正常組織照射體積和劑量的同時,最大限度提升病灶靶區(qū)的適形度并相應(yīng)增高照射劑量[10]。然而IMRT的操作過程相對較耗時,這可能會導致相對生物效應(yīng)降低,同時全程可發(fā)生更多體位變化及器官蠕動等,均可增加靶區(qū)改變的風險,這些因素可導致最終的治療精度降低。另外,由于靶區(qū)形態(tài)的不規(guī)則性導致其常會與正常肺組織交織,繼而增加了IMRT計劃設(shè)計難度,妨礙理想射野角度的選擇[11]。VMAT技術(shù)是近幾年放療技術(shù)領(lǐng)域另一項先進的技術(shù)突破,其較傳統(tǒng)的固定野靜態(tài)調(diào)強治療模式最大的特點在于引入了動態(tài)治療的理念。具體而言,在VMAT放療方案中,劑量率、多葉光柵葉片位置、備份光柵位置、準直器角度、機架角度及旋轉(zhuǎn)速度等均是連續(xù)動態(tài)變化的,故與常規(guī)IMRT相比,其在劑量分布與輸出,以及縮短治療過程耗時等方面具有一定優(yōu)勢[12]。VALAKH等[13]的研究表明,單弧共面360°VMAT(360-VMAT)計劃與IMRT計劃相比,360-VMAT的劑量適形度與均勻度顯著更高,且明顯減少了食管的受照劑量。在AHMAD等[14]的研究中,VMAT的D95比IMRT提高2.68%,D99增加3.65%,但VMAT的危及器官劑量較低,脊髓Dmax、食管及肺V20分別降低24.1%、22.1%和16.3%,另外3 mm的γ通過率較IMRT相差了3%。該結(jié)果表明在γ通過率相同的情況下,VMAT在靶區(qū)劑量覆蓋、危及器官劑量及傳輸時間等方面均較IMRT更佳。在本研究中,VMAT相較IMRT在CI和HI方面均明顯更好,尤其對于中央型、大靶區(qū)及右側(cè)肺癌而言更明顯。

TOMO是一種新型的調(diào)強放療方式,其能在空間及時間2個層面對治療光束進行調(diào)制,并能在圖像引導下完成調(diào)強放射治療,如此可最大限度提升針對病灶的輸送劑量,同時有效減少正常組織的劑量[15]。TOMO實現(xiàn)了對腫瘤靶區(qū)的360°環(huán)繞聚焦,可確保在腫瘤表面均勻分布劑量,對于形狀復(fù)雜、程度較高的病灶具有更好的適形度。當前,已有不少的學者開展了TOMO與其他放療方式的計量學對比研究,且多數(shù)研究結(jié)論支持TOMO具有更明顯的計量學優(yōu)勢,尤其在劑量分布均勻性及劑量梯度陡峭性方面優(yōu)勢相對更明顯[16]。在本研究中,與TOMO和IMRT兩種技術(shù)比較,VMAT的CI更高且HI更低,表明其PTV劑量曲線適形度和劑量分布均勻度均相對更好。另外,VMAT在平均CI上均顯著優(yōu)于TOMO或IMRT;VAMT和IMRT在平均HI上也顯著好于TOMO,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。VMAT技術(shù)在PTV的Dmean與TOMO和IMRT相比均顯著降低,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。在高劑量區(qū)(D1、D2)和低劑量區(qū)(D98、D99)、V95、V105等方面,TOMO與其他2種技術(shù)相比明顯較低(P<0.05),說明TOMO計劃在局部晚期NSCLC患者中的劑量分布或差于VMAT和IMRT。

關(guān)于針對心臟的放射性損傷相關(guān)計量學參數(shù)目前鮮有研究報道。國外文獻資料顯示,相較于3D-CRT技術(shù),VMAT技術(shù)在心臟Dmean、V40、V45、V60方面均未顯示明顯的計量學優(yōu)勢[17-18]。由于脊髓為串聯(lián)器官,其所受到的放射損傷通常與最大照射劑量相關(guān)。在本研究中,在心臟Dmax、V5、V10和V20等參數(shù)方面,IMRT較TOMO均更具優(yōu)勢(P<0.05)。同時3種技術(shù)在食管Dmean、脊髓、食管Dmax方面均不存在明顯差異(P>0.05)。

綜上所述,與TOMO和IMRT相比,VMAT在靶區(qū)適形度和劑量均勻性方面均具有更大的優(yōu)勢,而TOMO在減少正常肺組織(以V20和V30為主)劑量方面效果更好,但在肺低劑量區(qū)和心臟照射劑量方面高于VMAT和IMRT。在3種調(diào)強放療技術(shù)中,從物理學參數(shù)角度看,VMAT似乎是最適合局部晚期NSCLC患者(尤其對中央型、大靶區(qū)和右側(cè)肺癌)放療的照射計劃。