王志強(qiáng) 王志偉 張勇 岳麒 馮旭東 簡(jiǎn)薇 肖斌 李榮清
·臨床研究與應(yīng)用·
鼻咽癌螺旋斷層放射治療過(guò)程中實(shí)際受照射劑量的研究*
王志強(qiáng) 王志偉 張勇 岳麒 馮旭東 簡(jiǎn)薇 肖斌 李榮清
目的:通過(guò)螺旋斷層放射治療(tomotherapy)系統(tǒng)的自適應(yīng)模塊,分析鼻咽癌患者靶區(qū)和危及器官的劑量在治療過(guò)程中與初始計(jì)劃的差異,為臨床提供幫助。方法:回顧性分析2014年2月至2015年2月昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院運(yùn)用tomotherapy系統(tǒng)治療的10例鼻咽癌患者,通過(guò)tomotherapy系統(tǒng)中的自適應(yīng)模塊和Mimvista 6.50軟件的計(jì)算,將初始計(jì)劃定義為Plan 1;進(jìn)行圖像引導(dǎo)患者總的實(shí)際受照射劑量定義為Plan 2。比較兩項(xiàng)計(jì)劃中腫瘤靶區(qū)及危及器官的劑量學(xué)差異。結(jié)果:Plan 2中計(jì)劃靶區(qū)體積(planning gross target volume,PGTV)的D98、D95的劑量較Plan 1分別下降11.91%、6.88%(P=0.001,P=0.006)。Plan 2中左側(cè)腮腺的Dmean、D50較Plan 1分別增加42.23%、63.82%(P<0.001、P=0.001);Plan 2中右側(cè)腮腺的Dmean、D50較Plan 1分別增加38.64%、66.76%(P=0.002,P=0.004)。Plan 2中脊髓的D2劑量較Plan 1也明顯增加,增加了16.49%(P=0.026)。結(jié)論:鼻咽癌患者在行tomotherapy過(guò)程中,非常有必要進(jìn)一步糾正因解剖結(jié)構(gòu)和擺位所帶來(lái)的誤差,保證放療計(jì)劃的精準(zhǔn)性。
鼻咽癌 自適應(yīng)放療 圖像引導(dǎo)放射治療
在鼻咽癌的綜合治療中,調(diào)強(qiáng)放射治療是非常重要的治療手段[1-3]。但是鼻咽癌患者在6~7周的治療過(guò)程中,存在擺位誤差、腫瘤原發(fā)灶及轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的退縮和體質(zhì)量減輕等變化[4]。這些變化導(dǎo)致患者的實(shí)際受照射劑量與初始計(jì)劃之間存在一定的差異,調(diào)強(qiáng)放療(intensity-modulated radiotherapy,IMRT)計(jì)劃中危及器官受照劑量明顯增加,同時(shí)增加放療的不良反應(yīng)[5-7]。
螺旋斷層放射治療(tomotherapy)系統(tǒng),提供兆伏級(jí)的CT掃描系統(tǒng)(mega-voltage computed tomogra?phy,MVCT),患者經(jīng)過(guò)X射線掃描后可得到MVCT,然后將MVCT圖像與定位CT圖像進(jìn)行配準(zhǔn),用于患者每日擺位及內(nèi)部器官移動(dòng)變化的校正,進(jìn)而完成圖像引導(dǎo)的放射治療(image guided radiotherapy,IGRT)[8-9]。該系統(tǒng)還根據(jù)患者每日擺位變化做到實(shí)時(shí)在線校正[10-11],而且能用于計(jì)算每次照射的實(shí)際受照射劑量[12]。本研究通過(guò)tomotherapy系統(tǒng)的自適應(yīng)模塊,回顧性分析患者行圖像引導(dǎo)放射治療過(guò)程中靶區(qū)和危及器官的受照射劑量與初始計(jì)劃之間的差異,為臨床診療提供幫助。
1.1 病例資料
回顧性分析2014年2月至2015年2月昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院就診的10例鼻咽癌患者,其中男性6例、女性4例,年齡為32~77歲,腫瘤分期采用2008年鼻咽癌福州分期標(biāo)準(zhǔn),其中Ⅲ期7例、ⅣA期2例、ⅣB期1例。
1.2 方法
1.2.1 體位固定及模擬定位 所有患者在治療前,采用頭-頸-肩熱塑面膜作為CT(computed tomogra?phy,CT)機(jī)定位和放療治療時(shí)的固定裝置。將平掃和增強(qiáng)兩套定位圖像CT傳至軟件Mimvista 6.50計(jì)劃操作系統(tǒng),采用該軟件自帶的剛性配準(zhǔn)算法,將增強(qiáng)定位CT融合至平掃定位CT,以增強(qiáng)定位CT和定位當(dāng)天的鼻咽部磁共振成像(magnetic resonance imag?ing,MRI)為參考,在平掃定位CT上勾畫(huà)靶區(qū)和危及器官。
1.2.2 靶區(qū)勾畫(huà) 根據(jù)頭頸部腫瘤放射治療圖譜[13],結(jié)合影像學(xué)資料等逐層勾畫(huà)靶區(qū),由兩名放療科主治醫(yī)師共同在Mimvista 6.50上勾畫(huà)靶區(qū)和危及器官。鼻咽原發(fā)腫瘤體積(gross target volume of the na?sopharynx,GTVnx)為GTVnx。臨床靶區(qū)(clinical tar?get volume,CTV)包括GTV(gross target volume,GTV)和腫瘤可能侵犯的區(qū)域。CTV分為CTV1和CTV2。CTV1定義為包括GTV及其外放邊界為0.5 cm和直徑≥1 cm和(或)MRI圖像上有轉(zhuǎn)移的區(qū)域淋巴結(jié)為高危侵犯區(qū)。CTV2定義為低危侵犯的區(qū)域,包括無(wú)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的下頸和鎖骨上區(qū)。CTV外擴(kuò)3 mm的邊界為計(jì)劃靶區(qū)(planning target volume,PTV),其考慮了擺位誤差。GTVnx外擴(kuò)3 mm形成鼻咽腫瘤計(jì)劃靶區(qū)體積(planning gross target volume of the nasophar?ynx,PGTVnx),CTV外擴(kuò)3 mm形成計(jì)劃靶區(qū)體積(planning gross target volume,PGTV)。
1.2.3 計(jì)劃設(shè)計(jì) 將勾畫(huà)的腫瘤靶區(qū)、危及器官及平掃定位CT圖像傳至tomotherapy系統(tǒng),最終由物理師進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì),95%的PGTVnx處方劑量為70 Gy,95%的PGTV1處方劑量為60 Gy,治療分33次完成。計(jì)劃均經(jīng)副主任級(jí)別以上醫(yī)師確認(rèn),并在Arecheck軟件上通過(guò)后開(kāi)始治療。
1.2.4 治療過(guò)程中MVCT的獲取 所有患者在進(jìn)行治療前均行MVCT掃描,將得到的MVCT圖像與定位KVCT(kilo-voltage computed tomography,KVCT)圖像進(jìn)行配準(zhǔn),校正擺位誤差。開(kāi)始實(shí)施治療后,獲取患者治療第一次、以后每隔5次及最后一次治療的掃描范圍包括全靶區(qū)及重要危及器官的MVCT圖像,將獲取得到的MVCT圖像用于劑量計(jì)算。
1.2.5 實(shí)際受照射劑量的計(jì)算 應(yīng)用tomotherapy系統(tǒng)的自適應(yīng)功能應(yīng)用軟件,可以根據(jù)每日治療前獲得的MVCT圖像,經(jīng)配準(zhǔn)融合后來(lái)計(jì)算患者單次實(shí)際受照射劑量[12]。利用Mimvista 6.50軟件中的形變配準(zhǔn)算法,然后將各單次劑量乘以此次MVCT代表的次數(shù),通過(guò)形變矩陣后疊加,得到總受照射劑量。
1.2.6 MVCT靶區(qū)的勾畫(huà)及計(jì)劃比較 將治療最后一次的全靶區(qū)MVCT和計(jì)劃KVCT進(jìn)行剛性配準(zhǔn),然后將初始計(jì)劃KVCT上的靶區(qū)融合并保存至MVCT,最后比照初始計(jì)劃在MVCT上重新修改靶區(qū)。初始治療計(jì)劃定義為Plan 1,將最后一次MVCT圖像、進(jìn)行圖像引導(dǎo)放療總的實(shí)際受照射劑量所組成的計(jì)劃定義為Plan2,比較兩項(xiàng)計(jì)劃的靶區(qū)及危及器官的劑量。
1.2.7 靶區(qū)及危及器官的劑量情況 本研究根據(jù)ICRU 83號(hào)[14]文件的推薦,靶區(qū)和危及器官的劑量評(píng)估采用以下幾個(gè)參考點(diǎn):D近似最小值=D98,D近似最大值=D2;并行器官:Dmean、D50(D50在相對(duì)均勻的受照體積中,是很好的代表性劑量);串行器官:D2。
1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析
采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。組間比較采用配對(duì)t檢驗(yàn),全部數(shù)據(jù)均進(jìn)行雙側(cè)檢驗(yàn),檢驗(yàn)水準(zhǔn)為α=0.05。兩項(xiàng)計(jì)劃中靶區(qū)及危及器官的劑量是否有差異通過(guò)配對(duì)t檢驗(yàn)來(lái)檢測(cè),當(dāng)P<0.05時(shí)則兩項(xiàng)計(jì)劃中靶區(qū)與危及器官的劑量差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
本研究Plan 2采用的是離線ART(adaptive radio?therapy)干預(yù),并非用于患者的治療,所有患者的放療治療方案仍然按照初始計(jì)劃Plan 1執(zhí)行,且按照初始計(jì)劃完成放射治療。
2.1 靶區(qū)劑量比較
鼻咽癌tomotherapy治療過(guò)程中,Plan 2中靶區(qū)劑量較初始計(jì)劃Plan 1有不同程度的減少。Plan 2中PGTVnx的D98、D95、D2劑量較Plan 1略有下降,但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值分別為0.092、0.147、0.220);Plan 2中PCTV1的D2劑量較Plan1稍有增加,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.873);Plan 2中PCTV1的D98、D95的劑量較Plan 1分別下降11.91%、6.88%,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值分別為0.001、0.006,表1)。
2.2 危及器官的劑量差異
Plan 2中雙側(cè)眼球、晶狀體、顳頜關(guān)節(jié)、視神經(jīng)、視交叉及腦干的最大劑量較Plan 1稍有增減,未見(jiàn)顯著性差異。而Plan 2中左側(cè)腮腺的Dmean、D50較Plan 1分別增加42.23%、63.82%(P<0.001);Plan 2中右側(cè)腮腺的Dmean、D50較Plan 1分別增加38.64%、66.76%(P值分別為0.002、0.004)。Plan 2中脊髓的最大劑量較Plan 1也明顯增加,增加16.49%,呈顯著性差異(P=0.026,表2)。
2.3 放療過(guò)程中雙側(cè)腮腺的體積變化比較
鼻咽癌患者放療結(jié)束以后,PGTVnx和PGTV1靶區(qū)體積分別縮?。?8.96±10.68)mL,9.73%、(-41.49± 36.10)mL,7.01%(P值分別為0.026、0.005),患者外輪廓縮小、腫瘤退縮等使得PGTV1靶區(qū)向內(nèi)側(cè)位移(表3,圖1~4)。左、右腮腺的體積較放療開(kāi)始之前均明顯縮小,分別縮小(-6.91±5.14)mL,28.38%、(-6.27±4.57)mL,26.05%(P值分別為0.002、0.002)。本研究患者的體質(zhì)量由治療前的(63.09±7.28)kg下降至放療后的(56.98± 6.81)kg,平均下降9.7%?;颊唧w質(zhì)量下降主要導(dǎo)致身體外輪廓縮小,外輪廓縮小會(huì)導(dǎo)致腮腺質(zhì)心向內(nèi)側(cè)位移,腮腺由低劑量區(qū)向高劑量區(qū)位移(圖4~6)。
表1 計(jì)劃1與計(jì)劃2中靶區(qū)的劑量學(xué)比較Table 1 Dose parameters of targets in Plans 1 and 2 for 10 nasopharyngeal carcinoma patients
表2 計(jì)劃1與計(jì)劃2中危及器官的劑量學(xué)比較Table 2 Dose parameters of at-risk organs in Plans 1 and 2 for 10 nasopharyngeal carcinoma patients
表3 雙側(cè)腮腺的體積變化比較Table 3 Volume of targets and double parotids in Plans 1 and 2 for 10 nasopharyngeal carcinoma patients
圖1 初始計(jì)劃Plan 1中GTVnx(綠色)和PGT?Vnx(紅色)的靶區(qū)覆蓋范圍Figure 1 Distribution of GTVnx(green)and PGTVnx(red)in the initial Plan 1
圖2 放療結(jié)束后Plan 2中GTVnx(綠色)和PGTVnx(紅色)的靶區(qū)覆蓋范圍Figure 2 Distribution of GTVnx(green)and PGTVnx(red)in Plan 2 after radiotherapy
圖3 初始計(jì)劃Plan 1中CTV1(粉色)和PGTV1(深紅色)的靶區(qū)覆蓋范圍Figure 3 Distribution of CTV1(pink)and PGTV1(crimson)in Plan 1
圖4 放療結(jié)束后Plan1中CTV1(粉色)和PGTV1(深紅色)的靶區(qū)覆蓋范圍Figure 4 Distribution of CTV1(pink)and PGTV1(crimson)in Plan 1 after radiotherapy
圖5 初始計(jì)劃Plan 1中左/右腮腺的范圍;劑量曲線:紅色-70 Gy,綠色-60 Gy,藍(lán)色-50 Gy,橙色-30 GyFigure 5 Distribution of left(Kelly)and right (pink)parotids in Plan 1.Depth-dose curve:red, 70 Gy;green,60 Gy;blue,50 Gy;orange,30 Gy
圖6 放療結(jié)束后Plan 2中腮腺的范圍;劑量曲線:紅色-70 Gy,綠色-60 Gy,藍(lán)色-50 Gy,橙色-30 GyFigure 6 Distribution of left(Kelly)and right (pink)parotids in Plan 2 after radiotherapy.Depthdose curve:red,70 Gy;green,60 Gy;blue,50 Gy; orange,30 Gy
目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于鼻咽癌調(diào)強(qiáng)放療的研究主要集中在個(gè)別危及器官上,而對(duì)靶區(qū)劑量及危及器官兩方面的研究較少。本研究通過(guò)以上兩方面的研究,重點(diǎn)分析患者治療過(guò)程中實(shí)際受照射劑量與初始計(jì)劃的差別,找出規(guī)律及影響因素,為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)放射治療提供解決方法。
本研究發(fā)現(xiàn),Plan 2中PGTVnx的D98、D95和D2的劑量同初始計(jì)劃Plan 1相比稍有減少,但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。而PGTV1的D98和D95的劑量發(fā)現(xiàn)明顯降低,下降幅度分別為11.91%、6.88%,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。分析原因可能是放療結(jié)束之后PGTVnx靶區(qū)腫塊體積雖然比放療開(kāi)始之前稍有縮小,縮小(8.96±10.68)mL,9.73%,但腫瘤靶區(qū)并未脫靶,所以靶區(qū)劑量差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。PCTV靶區(qū)中D98為靶區(qū)的最小劑量,劑量曲線分布于靶區(qū)的邊緣,最容易受到解剖結(jié)構(gòu)的變化和擺位誤差等影響,容易造成靶區(qū)的部分脫靶,導(dǎo)致靶區(qū)劑量欠量。Lu等[15]在鼻咽癌患者調(diào)強(qiáng)放療中解剖結(jié)構(gòu)和劑量變化的研究中發(fā)現(xiàn),用樞椎齒突橫徑代表患者頸部的外輪廊,在患者行25次放療后,患者的橫徑從開(kāi)始放療時(shí)的(15.4±1.0)cm減小至放療(14.4±1.1)cm,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),表示頸部外輪廓發(fā)生顯著的改變。Fung等[16]研究發(fā)現(xiàn)在完成放療計(jì)劃全程的1/4時(shí),頸部組織縮小明顯,下降率為(11.91土5.57)%(P=0.001),平均每天下降0.39%;在完成全程放療的2/3時(shí),尤其下頸部位置改變明顯。Bhide等[17]研究也發(fā)現(xiàn),隨著治療開(kāi)始以后,CTV在治療第2周時(shí),靶區(qū)就縮小3.2%。上述變化均會(huì)影響靶區(qū)劑量的覆蓋,使部分靶區(qū)脫靶,使得靶區(qū)欠量,正常組織受照劑量增加。PCTV1中D95劑量下降,同樣與此有關(guān)。靶區(qū)體積的變化影響靶區(qū)劑量的分布,最終影響了靶區(qū)實(shí)際的受照射劑量。
Plan 2與Plan 1相比,Plan 2中左、右眼球,左、右側(cè)視神經(jīng),視交叉的最大劑量較初始計(jì)劃有不同程度的降低,左、右晶狀體及左、右顳頜關(guān)節(jié)D2%劑量較初始計(jì)劃有不同程度的增加,但差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。可能與患者治療時(shí)的擺位誤差、自主運(yùn)動(dòng)等因素相關(guān)。
關(guān)于腮腺體積劑量的變化,國(guó)內(nèi)外已有很多報(bào)道[18-21],主要集中在以下兩個(gè)方面:1)腫瘤患者在治療過(guò)程中腮腺受到低劑量射線照射,腺體細(xì)胞經(jīng)歷退行性改變、纖維化等使得總?cè)袤w積縮小,腮腺體積變化導(dǎo)致雙側(cè)腮腺?gòu)牡蛣┝繀^(qū)向高劑量區(qū)靠近,導(dǎo)致腮腺實(shí)際接受劑量明顯增加;2)患者在治療過(guò)程中因放療不良反應(yīng)導(dǎo)致體質(zhì)量下降,患者外輪廓縮小,也會(huì)使腮腺向高劑量區(qū)靠近,導(dǎo)致腮腺實(shí)際受照射劑量增加。Lu等[15]研究發(fā)現(xiàn)放療25次后,患者左、右腮腺的平均體積相較于放療開(kāi)始時(shí),分別下降(24.6±11.9)%、(35.1±20.1)%。Fung等[16]研究也得到類(lèi)似的結(jié)果,放療后腮腺的體積呈顯著下降,平均每天下降1.35%。本研究中左、右腮腺的體積由放療前(24.36±8.97)mL、(24.07±6.63)mL縮小至放療后(17.45±4.64)mL、(17.80±3.85)mL,平均縮小28.36%、26.05%,這與國(guó)內(nèi)外的研究一致。Barker等[22]研究還發(fā)現(xiàn)隨著放療結(jié)束,腮腺的質(zhì)心向內(nèi)側(cè)平均位移3.1 mm,并且體質(zhì)量下降與腮腺質(zhì)心向內(nèi)側(cè)移位有高度的相關(guān)性。
關(guān)于腦干和脊髓實(shí)際劑量的變化,分析原因可能是患者在治療過(guò)程中使用頭-頸-肩熱塑面膜固定,患者治療過(guò)程中頭顱相對(duì)固定,腦干位移較小,而在熱塑面膜頸胸交界處,熱塑面膜不能很好地固定患者的治療體位,而且脊髓的范圍較大,活動(dòng)度較大,最終經(jīng)MVCT掃描獲取得到治療前的MVCT圖像與初始計(jì)劃時(shí)的KVCT進(jìn)行剛性配準(zhǔn)時(shí),不能解決患者擺位時(shí)的旋轉(zhuǎn)位移,可能促使脊髓脫離勾畫(huà)區(qū)域,受照劑量增加。患者體質(zhì)量下降導(dǎo)致熱塑面膜松動(dòng),也會(huì)進(jìn)一步促使脊髓脫離勾畫(huà)區(qū)域,最終導(dǎo)致脊髓實(shí)際受照劑量偏高。本研究結(jié)果與國(guó)內(nèi)外多個(gè)中心的研究結(jié)果基本一致[6,15,17]。這一系列研究均顯示鼻咽癌患者在放療過(guò)程中,脊髓的最大受照射劑量會(huì)升高。圖像引導(dǎo)的放射治療雖然可以減少脊髓的受照射劑量,但脊髓的最大劑量仍有不同程度的升高。因此,在無(wú)圖像引導(dǎo)的放射治療的單位,對(duì)于擺位誤差和脊髓受照劑量的限制必須更加嚴(yán)格。
綜上所述,鼻咽癌tomotherapy治療過(guò)程中,如果不進(jìn)行再計(jì)劃,腫瘤靶區(qū)實(shí)際受照射劑量較初始計(jì)劃存在一定差異,腫瘤淋巴引流區(qū)實(shí)際受照射劑量較初始計(jì)劃會(huì)明顯偏低,而鼻咽原發(fā)腫瘤靶區(qū)劑量變化差異不大。脊髓和腮腺實(shí)際受照射劑量明顯增加,有必要進(jìn)一步糾正擺位誤差及實(shí)施再計(jì)劃放療等,減少放射治療的不良反應(yīng)。
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(2016-10-24收稿)
(2016-12-12修回)
(編輯:孫喜佳 校對(duì):楊紅欣)
Image-guided determination of actual dose for nasopharyngeal carcinoma patients treated with helical tomotherapy
Zhiqiang WANG,Zhiwei WANG,Yong ZHANG,Qi YUE,Xudong FENG,Wei JIAN,Bin XIAO,Rongqing LI
Correspondence to:Rongqing LI;E-mail:lrqmxl@126.com
Department of Radiation Oncology,The First Affiliated Hospital of Kunming Medical University,Kunming 650032,China
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(No.81560462),the Natural Science Foundation of Yunnan Province(No.2016Fb150)and the Fund of the Science and Technology of Yunnan Province(No.2014RA072)
Objective:To determine the law of dose variation in nasopharyngeal carcinoma patients treated with helical tomotherapy by observing the difference between the actual and planned doses of targets and at-risk organs in these patients.Methods:Ten nasopharyngeal carcinoma patients were treated with helical tomotherapy.Each single dose distribution and the corresponding computed tomography(CT)images were transmitted to the commercial software MIMvista 6.50,which was used to perform deformable image registration on the CT images.The sum of the actual dose was then obtained by accumulating the single doses.The image-guided actual dose was denoted as Plan 2,and the initial plan was called Plan 1.The dose-volume histogram of the dose distribution of targets and at-risk organs in Plans 1 and 2 were compared.Results:The D98 and D95 doses of the planning gross target volume(PGTV)in Plan 2 were significantly lower than those in Plan 1.Compared with Plan 1,the Dmean and D50 doses of double parotids in Plan 2 were higher by 42.23%and 63.82%(P<0.001,P=0.001)on average,respectively,for the left parotid,as well as by 38.64%and 66.76%(P= 0.002,0.004),respectively,for the right parotid.The D2 dose of spinal cord in Plan 2 was significantly higher than that in Plan 1.The doses were higher by 16.49%on average(P=0.026).Conclusion:To achieve precise and individually adaptive radiotherapy,correcting the error between anatomy and placement during tomotherapy for nasopharyngeal carcinoma patients is necessary.
nasopharyngeal carcinoma,adaptive radiotherapy,image-guided radiotherapy
10.3969/j.issn.1000-8179.2017.03.220
昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院放療科(昆明市650032)
*本文課題受?chē)?guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):81560462),云南省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(編號(hào):2016FB150)和云南省科技廳“惠民”基金項(xiàng)目(編號(hào):2014RA072)資助
李榮清 lrqmxl@126.com
王志強(qiáng) 專業(yè)方向?yàn)轭^頸部腫瘤及肺癌的規(guī)范化診治。
E-mail:wzqsg101@163.com