第一篇：原發(fā)性肝癌質(zhì)子射束與三維適形放療計劃比較——2009海峽兩岸立體定向腫瘤放射治療技術(shù)論壇

原發(fā)性肝癌質(zhì)子射束與三維適形放療計劃比較

陳慶，宋婷婷，李家敏，畢斌，魏清龍，劉素文 山東淄博萬杰腫瘤醫(yī)院質(zhì)子治療中心

地址：山東省淄博市博山經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)健康路1號 郵編：255213 Comparison between Proton beam and three demensional conformal radiation therapy in Treatment Planning of Patients with primary liver carcinoma Chen Qing，Song Ting-ting，Li Jia-min，Bi Bin，Wei Qing-long，Liu Su-Wen Proton Therapy Center，Wanjie Tumour Hospital，Zibo，Shandong，255213，P.R.China 【摘要】目的: 對原發(fā)性肝癌（PLC）患者質(zhì)子射束治療（proton beam therapy,PBT）計劃與X線三維適形放射治療（Three dementional conformal Radiation Therapy, 3D-CRT）計劃進(jìn)行比較，尋求降低原發(fā)性肝癌放射治療引起放射性肝病（radiation-induced liver disease,RILD）發(fā)生率更有效的放射治療方式，分析質(zhì)子射束治療原發(fā)性肝癌的物理優(yōu)勢和設(shè)野數(shù)對劑量分布的影響。方法：選取臨床治療的12例腫瘤直徑小于5cm的原發(fā)性肝癌患者，采用等中心歸一方法，中心劑量為66Gy, 質(zhì)子治療分別選用單野，兩野，三野進(jìn)行治療計劃的計算，三維適形放射治療選用3-6野進(jìn)行治療計劃的計算，通過劑量體積直方圖（dose volume histogram, DVH）分析比較其劑量分布的差異。結(jié)果：腫瘤直徑小于5cm的原發(fā)性肝癌患者3D-CRT等中心劑量為66Gy時正常肝臟組織的平均劑量為18.78Gy, 其V5、V10、V20和V30分別為70.01%、53.71%、36.58% 和 22.95%。相同等中心劑量下，單個質(zhì)子射束治療計劃正常肝臟組織的平均劑量為7.21Gy，其V5、V10、V20和V30分別為17.30%、15.60%、13.32% 和 11.52%，兩個質(zhì)子射束治療計劃正常肝臟組織的平均劑量為8.23 Gy，其V5、V10、V20和V30分別為23.95%、21.40%、17.59% 和 11.16%，三個質(zhì)子射束治療計劃正常肝臟組織的平均劑量為9.83 Gy，其V5、V10、V20和V30分別為35.03%、30.99%、16.31% 和 11.46%。12例患者無論采用質(zhì)子射束單野照射、兩野照射還是三野照射，脊髓、右側(cè)腎臟、胃和胰腺的受照劑量均明顯低于3D-CRT(p＜0.002)。結(jié)論：無論采用質(zhì)子射束單野照射、兩野照射還是三野照射，均較3D-CRT明顯降低了正

常肝臟、脊髓、右側(cè)腎臟和胃以及胰腺的照射劑量。隨著質(zhì)子射束數(shù)量的增加，正常肝臟、脊髓、右側(cè)腎臟和胃及胰腺的照射劑量呈逐漸遞增的趨勢，但遞增速度緩慢。質(zhì)子治療腫瘤直徑小于5cm的原發(fā)性肝癌，兩個射束足以滿足治療腫瘤和保護(hù)正常肝臟組織的需要，繼續(xù)增加設(shè)野數(shù)，無明顯優(yōu)勢。

[Abstract] Purpose: To compare proton therapy(PBT)and X-ray 3-D comformal therapy(3D-CRT)for treatment of primary liver cancer in order to reduce the incidence of radiation-induced liver disease(RILD);and to perform an analysis of the physical advantages of proton therapy and the dosimetric consequences of number of proton treatment fields in the treatment of PLC.Methods and Materials: 12 patients treated for PLC, with tumor less than 5 cm in diameter, are selected for this study.Proton treatment plans are created using single field;2 fields;and 3 fields respectively.All plans are normalized to deliver 66 CGE to the isocenter.Corresponding 3DCRT plans are created using 3 to 6 fields to deliver the same dose in Gy.DVHs of the plans are calculated for this analysis.Results: The 3DCRT plans deliver an average dose of 18.78 Gy to normal liver;with V5, V10, V20, and V30 values of 70.01%, 53.71%, 36.58%, and 22.95%.The single-field proton plans have average normal liver dose of 7.21 CGE;v5, v10, v20, and v30 values of 17.30%, 15.60%, 13.32%, and 11.52%.The 2-field proton plans have average normal liver dose of 8.23 CGE;v5, v10, v20, and v30 values of 23.95%, 21.40%, 17.59%, and 11.16%.The 3-field proton plans have average normal liver dose of 9.83 CGE;v5, v10, v20, and v30 values of 35.03%, 30.99%, 16.31%, and 11.46%.For the 12 cases, all proton plans of 1, 2, or 3 fields delivered significantly lower doses to the spinal cord, right kidney, stomach, and pancreas(p < 0.002)Conclusions: Proton therapy treatment plans, using either 1, 2 or 3 fields, delivered significantly lower doses to normal liver, spinal cord, right kidney, stomach and pancreas.Increasing the number of proton fields lead to gradual althouth slow increases of doses

to normal liver, spinal cord, right kidney, stomach and pancreas.Two-field proton treatment plans are adequate for normal liver protection in treatment of PLC with diameters smaller than 5 cm.Additional proton fields do not provide clear dosimetric gains.關(guān)鍵詞：原發(fā)性肝癌；放射性肝病；質(zhì)子束治療； 三維適形放射治療；治療計劃

【Key Words】 Primary liver carcinoma；radiation induced liver disease;Proton beam therapy;3-dimensional conformal radiation therapy；Treatment planning

原發(fā)性肝癌是我國常見的高發(fā)惡性腫瘤之一，患者大多有慢性肝炎及肝硬化病史。肝硬化的嚴(yán)重程度是影響原發(fā)性肝癌患者治療及預(yù)后的重要因素。原發(fā)性肝癌的放射治療由于受到肝臟放射耐受量差的限制，全肝放射治療的療效不理想，很少應(yīng)用。隨著近年來三維適形放射治療（3D-CRT）的開展，降低了肝臟照射

【1】劑量，提高了腫瘤局部的照射劑量和療效。但仍然因為光子射線的穿射效應(yīng)，劑量分布的指數(shù)衰減規(guī)律，不能最大限度的保護(hù)正常肝臟，并可能導(dǎo)致放射誘發(fā)的肝病（radiation induced liver disease,RILD）。質(zhì)子束具有Bragg峰的物理學(xué)特性優(yōu)勢，末端劑量快速跌落，其能量傳遞是以量子的形式釋放，可有效的降低正常肝臟組織及其周圍器官的有效照射體積和劑量，提高腫瘤治療劑量和療效，最大限度的降低放射誘發(fā)RILD的幾率。

一、材料與方法 1.病例選擇：2005年4月~2009年7月間在淄博萬杰質(zhì)子治療中心進(jìn)行治療腫瘤直徑≤5cm的IA 期原發(fā)性肝癌12例，男10例，女2例，平均年齡51 歲。診斷依據(jù)臨床表現(xiàn)、實驗室和影像學(xué)檢查，全部患者均符合2001年9月在廣州召開的第八屆全國肝癌學(xué)術(shù)會議上由中國抗癌協(xié)會肝癌專業(yè)委員會制定的“原發(fā)性肝癌的臨床診斷與分期標(biāo)準(zhǔn)” [2]，其中7例經(jīng)病理證實。

2.治療計劃系統(tǒng)：分別采用Varian公司的Eclipse Proton質(zhì)子計劃系

統(tǒng)(版本號：7.2.3)和Eclipse Photon三維治療計劃系統(tǒng)。所有治療計劃均在同一評估模式下進(jìn)行比對。每周應(yīng)用美國CIRS公司Model 62 CT密度體模對不同組織CT值對應(yīng)電子密度值及不同組織CT值對應(yīng)組織本領(lǐng)比（Stopping Power）進(jìn)行校準(zhǔn)、比對。

（1）體位固定及靶區(qū)勾畫

12例病人均仰臥位，真空負(fù)壓墊固定體位，訓(xùn)練病人平靜均勻呼吸，GE公司Ge LightSpeed 8排CT掃描，平掃后同床位病灶區(qū)域強(qiáng)化掃描，層厚5mm,可重建2.5mm層厚。由高年資影像科醫(yī)生與腫瘤科醫(yī)生及醫(yī)學(xué)放射物理師共同勾畫靶區(qū)GTV及危及器官（OAR）。PTV根據(jù)病人的膈肌呼吸動度在GTV基礎(chǔ)上頭腳方向外擴(kuò)1.5～2.5cm，左右方向外擴(kuò)1.0～1.5cm。

（2）治療計劃設(shè)計

質(zhì)子束流由等時回旋加速器產(chǎn)生，該加速器可產(chǎn)生固定能量為230Mev的質(zhì)子束，通過降能器得到能量范圍為70~230MeV的質(zhì)子束流。由射程調(diào)制器獲得所需的展寬的Bragg峰以使得照射在三維方向上與靶區(qū)適形。治療采用雙散射模式。質(zhì)子治療分別采用單野、兩野、三野進(jìn)行劑量分布的計算，組織射程補償器模糊計算(Smearing)矩陣采用5mm，盡量避開危及器官，等中心歸一方式95%劑量線包繞PTV。3D-CRT采用3~6個射野進(jìn)行治療計劃劑量計算，射野應(yīng)用楔形板，相同歸一方式95%劑量線包繞PTV，減少入射束經(jīng)過危及器官。

（3）治療計劃的評價

采用劑量體積直方圖分別對質(zhì)子一野、質(zhì)子兩野、質(zhì)子三野及X線三維適形放療計劃進(jìn)行評價，評價指標(biāo)為（1）肝臟平均劑量、V5、V10、V20、V30;（2）脊髓最大點劑量、右腎、胃和胰腺的平均受照劑量。3.統(tǒng)計學(xué)方法：采用配對資料t檢驗比較計劃劑量的差異。

二、結(jié)果

從圖1和圖2可以看出質(zhì)子束單野、兩野、三野95%劑量線均可很好的包繞GTV和PTV，質(zhì)子束單野因方向容易選擇，可很好的避開腎臟、胃及胰腺，使

其平均劑量幾近為零，腫瘤前方正常組織較兩野及三野略高。質(zhì)子束兩野、三野計劃因平均了單野前方在肝臟上的劑量，正常肝臟高劑量區(qū)域體積減少，低劑量區(qū)域V5、V10隨著設(shè)野數(shù)目的增加明顯增加，V20、V30無明顯增加趨勢。因此，在充分考慮治療過程中肝臟因呼吸動度對劑量分布造成的影響的前提下，應(yīng)用兩野可滿足腫瘤照射劑量和盡可能保護(hù)正常肝組織的要求，增加設(shè)野數(shù)目對于提高靶區(qū)包繞和減少正常肝臟組織平均受量并無明顯優(yōu)勢。

由圖2和圖3可以看到質(zhì)子束單野、兩野及三野劑量分布與3D-CRT比較，均明顯降低了正常肝臟、脊髓、右側(cè)腎臟和胃以及胰腺的照射劑量（見表1，表2）。

腫瘤直徑小于5cm的原發(fā)性肝癌患者3D-CRT等中心劑量為66Gy時正常肝臟組織的平均劑量為18.78Gy, 其V5、V10、V20和V30分別為70.01%、53.71%、36.58% 和 22.95%。相同等中心劑量下，單個質(zhì)子射束治療計劃正常肝臟組織的平均劑量為7.21Gy，其V5、V10、V20和V30分別為17.30%、15.60%、13.32% 和 11.52%，兩個質(zhì)子射束治療計劃正常肝臟組織的平均劑量為8.23 Gy，其V5、V10、V20和V30分別為23.95%、21.40%、17.59% 和 11.16%，三個質(zhì)子射束治療計劃正常肝臟組織的平均劑量為9.83 Gy，其V5、V10、V20和V30分別為35.03%、30.99%、16.31% 和 11.46%。

表1原發(fā)性肝癌（直徑≤5cm）患者PBT兩野與3D-CRT治療計劃正常肝臟組織劑量比較 肝臟平均劑量(Gy)3D-CRT（66Gy）PBT兩野（66Gy）

絕對改善 t值 p值 18.78±1.45 8.23±1.09 10.55 8.276 0.000

V5*(%)

V10**(%)

V20***(%)

V30****(%)

70.01±5.68 53.71±4.36 36.58±3.28 22.95±2.38 23.95±3.19 21.40±2.96 17.59±2.55 11.16±1.62 46.06 7.706 0.000

32.31 7.532 0.000

18.99 6.720 0.000

11.79 6.513 0.000 *、**、***、****分別為受到5Gy、10Gy、20Gy、30Gy照射劑量的正常肝臟組織的百分比。

表2原發(fā)性肝癌（直徑≤5cm）患者脊髓最大劑量、右腎、胃和 及胰腺平均劑量的比較

脊髓（Dmax*）右腎(Dmean**)胃(Dmean**)胰腺(Dmean**)3D-CRT（66Gy）PRT兩野（66Gy）

絕對改善 t值 p值 13.31±2.02 2.89±2.21 10.42 5.374 0.000

5.87±1.18 1.11±0.70

4.76 5.531 0.000

7.15±1.42 0.04±0.04 7.11 5.002 0.000

10.22±3.65 2.94±2.34 7.28 4.659 0.001 *最大劑量；**平均劑量

三、討論

放射性肝病（radiation-induced liver disease,RILD）是PLC進(jìn)行3DCRT最

【3】主要的并發(fā)癥之一，也是影響PLC 3DCRT 放射耐受量的最主要因素。肝臟在解剖上由無數(shù)肝小葉組成，肝小葉為肝臟的功能功能亞單位，其組合方

【1】式為并連型。因此，肝臟放射損傷的嚴(yán)重程度與它受照射的體積密切相關(guān)。梁世雄，蔣國梁等報告，全肝平均劑量與RILD的發(fā)生有關(guān)（p=0.027）。當(dāng)V5、V10和V20≤81%、69%和42%且全肝平均劑量≤28Gy時RILD的發(fā)生概

【4】率＜5%（P=0.029、0.044、0.029和0.043）。曾昭沖對肝癌施以低分割三維適形放療持有異議，因為其放射性肝炎發(fā)生率高達(dá)32%，由此導(dǎo)致的死亡

【5】【6】率相當(dāng)高。肝細(xì)胞癌的α/β值>11Gy,而正常肝細(xì)胞的α/β值為1～2Gy。如果用LQ模式{BED=nd[1+d/(α/β)}將6Gy/次×9次的低分割轉(zhuǎn)化為常規(guī)分割劑量，即可計算出，當(dāng)α/β值介于1～2Gy時，正常肝組織受量相當(dāng)于常規(guī)分割劑量的108～126Gy;而α/β值介于12～16Gy(相當(dāng)于肝細(xì)胞癌時)，腫瘤組織受量僅66.0～69.4Gy。也就是低分割放療對正常肝組織的損傷重于對腫瘤的殺傷。適形放療采取多野以求靶區(qū)劑量均勻，結(jié)果正常肝組織普遍受到劑量不等的放射，肝細(xì)胞再增生能力受影響，而普通放療的設(shè)野簡單，留有正常肝組織在放射野外，得以代償性增生。放射野設(shè)計必須考慮留有正常

【7】肝組織不受到照射。質(zhì)子治療計劃設(shè)兩野即可滿足靶區(qū)的劑量均勻，又可保留正常肝組織不受到照射。這是因為質(zhì)子束的能量巨大，在達(dá)到靶區(qū)的途中與組織形成的散射線遠(yuǎn)小于電子線，在照射區(qū)域周圍半影非常小。而且，質(zhì)子束峰銳減（尾），所以腫瘤后面與側(cè)面的正常組織可以得到保護(hù)，而腫瘤區(qū)域以前的受量也只有X線、電子線的一半，其正常組織損傷也是非常少【8】的。Herman S.早在2001年就預(yù)見，因為質(zhì)子束在劑量分布上的優(yōu)勢，質(zhì)子將在未來的20到30年內(nèi)替代光子射線（γ射線、X射線等）治療成為常規(guī)的治療手段。[9] 質(zhì)子束治療效果好，可能由于質(zhì)子束LET比γ線要高，質(zhì)子束照射后所產(chǎn)生的潛在性致死損傷修復(fù)小于γ線，質(zhì)子束的這一優(yōu)點有

【8】 可能成為解釋質(zhì)子治療腫瘤療效好的新理論基礎(chǔ)。

圖1 正常肝臟V5、V10、V20、V30隨設(shè)野數(shù)變化照射劑量的變化

V5、V10、V20、V30分別為受到5Gy、10Gy、20Gy、30Gy照射劑量的正常肝臟組織的百分比

圖

2質(zhì)子束一野、兩野、三野劑量分布與X線三維適形放療計劃劑量比較

質(zhì)子束一野

質(zhì)子束兩野

質(zhì)子束三野

X線三維適形

圖中淺綠色涂抹為GTV,淺褐色涂抹為PTV

圖3 質(zhì)子束兩野與3D-CRT GTV、PTV、肝臟、胃、脊髓、胰腺受量DVH比較

質(zhì)子束治療用實線表示，X線三維適形治療用虛線表示，同一器官顏色相同。右腎、脊髓、胃及胰腺的質(zhì)子治療劑量接近為零。

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