目前局部晚期喉癌的治疗模式已向非手术治疗、以放疗或放化疗为主的器官保存方式转变。调强放疗(intensity-modulated radiotherapy，IMRT)技术建立于三维适形放疗技术基础上，能实现均匀且高度适形的靶区剂量分布，但存在机器跳数(monitor unit，MU)过多、投照时间较长等不足。容积弧形调强放疗(volumetric modulated arc radiotherapy，VMAT)技术利用可变剂量率、可变机架转速及连续运动的多叶准直器(multi-leaf collimator，MLC)，在机架连续旋转过程中完成治疗。文献[1, 2]报道，VMAT在头颈部肿瘤的剂量分布不亚于IMRT。本研究对VMAT与IMRT在局部晚期喉癌的剂量学进行比较，为临床技术应用提供参考。
1 资料与方法 1.1 一般资料选取11例局部晚期喉癌放患者。均为男性，中位年龄64(44~76)岁。其中5例为声门区鳞状细胞癌，6例声门上区鳞状细胞癌。根据美国癌症联合委员会 (American Joint Committee on Cancer，AJCC)第6版TNM(肿瘤、淋巴结、转移)分期系统分期：T3期7例，T4 期4例，N0期6例，N1期1例，N2期4例，11例全为M0。
1.2 方法 1.2.1 放疗定位患者取仰卧位，双臂下垂至身体两侧，头颈肩网罩固定。使用Philips Brilliance 大孔径CT机模拟定位扫描，层厚及层间距均为3 mm，扫描范围包括整个喉部病变及颈部淋巴引流区域范围。CT图像传输至瓦里安Eclipse (Version 10.0)治疗计划系统。
1.2.2 靶区定义及危及器官勾画大体肿瘤区(gross tumor volume,GTV)包括喉部声门区或声门上区肿瘤病灶和阳性肿大淋巴结。临床肿瘤区(clinical target volume,CTV)，定义为GTV 外扩5~10 mm，包括癌细胞的潜在微观扩散范围及区域淋巴引流区。计划靶区(planning target volume,PTV)：PTV1、PTV2，由 GTV和CTV分别外扩5 mm边缘产生。PTV1和PTV2 中位体积分别为 71 (41～133) cm3和535 (291～856) cm3。为保证PTV2剂量均匀性不受PTV1高剂量影响，定义PTV2_only为PTV2减去PTV1外扩1 cm边缘所形成体积。危及器官的勾画，包括脊髓、脑干、甲状腺、颈动脉、口腔、腮腺、周围正常组织。根据国际辐射单位与测量委员会(International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)83号报告，对脊髓和脑干分别增加5 mm和3 mm边界形成脊髓计划区和脑干计划区。周围正常组织定义为整个身体(Body)轮廓减去所有PTV。
1.2.3 计划设计采用Eclipse V 10.0治疗计划系统，6 MV能量X射线。IMRT计划采用共面七野，机架角度为210°、260°、310°、0°、50°、100°、150°。机架260°和50°射野的准直器为0°，其他均为90°。双弧VMAT计划(顺时针方向自181°～179°，逆时针方向自179°～181°)准直器角度为10~30°。IMRT与VMAT治疗床均为0°，剂量率600 MU/min。使用约束条件进行逆向优化，剂量限制要求见表 1。Dx%表示x%体积达到或超过的剂量，VxGy表示接受至少xGy剂量的百分体积。Dmax代表最大剂量，Dmean代表平均剂量。VMAT和IMRT的优化算法分别采用PRO (progressive resolution optimizer) V10.0算法和DVO (dose volume optimizer) V10.0算法。最终剂量算法采用AAA (anisotropic analytical algorithm) V10.0，计算网格2.5 mm。MLC运动采用滑窗(sliding window)方式。PTV1处方为70 Gy，分32次，每次2.19 Gy，PTV2处方为60 Gy，分32次，每次1.88 Gy。借助分布式计算 框架加快计算速度。最终计划均以PTV1的D95%=70 Gy 的方式归一。
| 结构 | 剂量限值 |
| PTV1 | D95%=70 Gy, Dmax<77 Gy |
| PTV2 | D95%≥60 Gy |
| 脊髓 | Dmax<45 Gy |
| 脊髓计划区 | Dmax<50 Gy |
| 脑干 | Dmax<45 Gy |
| 脑干计划区 | Dmax<50 Gy |
| 甲状腺 | 尽量低 |
| 颈动脉 | 尽量低 |
| 口腔 | Dmean<35 Gy |
| 腮腺 | Dmean<40 Gy |
| 周围正常组织 | 尽量低 |
靶区剂量分布指标：近似最高剂量D2%；近似最低剂量D98%；中位剂量D50%；适形指数(conformity index,CI)[3]，CI=(TVRI/TV)×(TVRI/VRI)，TV为靶区体积，TVRI为处方等剂量线包绕的靶体积，VRI为处方等剂量线包绕的体积，CI取值0~1，越接近1则适形性越好；均匀指数(homogeneity index,HI) [4]定义：HI=(D2%-D98%)/D50%。HI值越小说明靶区剂量分布越均匀。危及器官受照剂量指标：Dmax、Dmean和VxGy。其他相关指标：计划设计时间，MU，投照时间。
1.3 统计学处理采用SPSS 19.0统计软件进行双尾配对Wilcoxon符号秩和检验分析。
2 结果 2.1 靶区剂量参数两种计划均能满足剂量要求。①PTV1：VMAT的靶区剂量分布明显优于IMRT：其HI明显低于IMRT (P < 0.05)，幅度达(15±21)%；CI明显高于IMRT(P < 0.05)，幅度达(10±8)%；D2%略低于IMRT(P < 0.05)，幅度为(56±92)cGy；而D98%两者相似(P>0.05)。②PTV2：VMAT PTV2_only的HI与IMRT相当(P>0.05)，PTV2的CI高于IMRT(P < 0.05)，幅度达(4±2)%；D2%、D98%两者相似(P>0.05，表 2)。
±s)| 参数 | VMAT | IMRT | P值 | |
| PTV1 | D2% (cGy) | 7 285±81 | 7 341±43 | 0.046 |
| D98% (cGy) | 6 941±23 | 6 933±26 | 0.131 | |
| D50% (cGy) | 7 164±46 | 7 184±29 | 0.062 | |
| D95% (cGy) | 7 000±0 | 7 000±0 | 1.000 | |
| HI | 0.048±0.014 | 0.057±0.007 | 0.033 | |
| CI | 0.836±0.041 | 0.766±0.057 | 0.003 | |
| PTV2 | D98% (cGy) | 5921±26 | 5935±74 | 0.790 |
| D50% (cGy) | 6 373±46 | 6 327±57 | 0.071 | |
| D95% (cGy) | 6 021±12 | 6 047±55 | 0.155 | |
| CI | 0.888±0.030 | 0.856±0.028 | 0.003 | |
| PTV2_only | D2% (cGy) | 6 532±61 | 6 540±124 | 0.929 |
| HI | 0.102±0.013 | 0.103±0.027 | 0.722 |
 |
| 图 1 IMRT(A) 与VMAT(B)计划的等剂量分布 |
VMAT的脊髓、脊髓计划区、脑干、脑干计划区的Dmax明显低于IMRT(P <0.05)，幅度分别达(151±84)、(160±116)、(417±293)、(416±328)cGy。右侧腮腺的Dmean、V30Gy分别比IMRT减少(118±97)cGy、(2±2)%(P < 0.05)。VMAT周围正常组织Dmean略低于IMRT(P < 0.05)，幅度为(27±390)cGy，其他器官剂量学参数均与IMRT相似(P>0.05,表 3)。
±s)| 参数 | VMAT | IMRT | P值 | |
| 脊髓 | Dmax (cGy) | 3 884±108 | 4 035±116 | 0.003 |
| 脊髓计划区 | Dmax (cGy) | 4 435±162 | 4 595±161 | 0.003 |
| 脑干 | Dmax (cGy) | 2 126±1167 | 2 544±1 169 | 0.003 |
| 脑干计划区 | Dmax (cGy) | 3 212±762 | 3 628±684 | 0.006 |
| 甲状腺 | Dmean (cGy) | 5 298±1379 | 5 316±1 243 | 0.657 |
| V30Gy (%) | 85.9±24.1 | 86.5±21.5 | 0.600 | |
| V50Gy (%) | 74.6±27.5 | 74.1±25.7 | 0.953 | |
| 颈动脉 | Dmean (cGy) | 5 885±961 | 5 923±909 | 0.424 |
| V35Gy (%) | 91.3±15.5 | 91.8±14.7 | 0.686 | |
| V50Gy (%) | 90.2±16.3 | 90.6±15.6 | 0.176 | |
| V63Gy (%) | 53.7±21.5 | 48.4±17.9 | 0.374 | |
| 口腔 | Dmean (cGy) | 2 348±939 | 2 376±894 | 0.182 |
| 左侧腮腺 | Dmean (cGy) | 2 675±1287 | 2 702±1 304 | 0.374 |
| V30Gy (%) | 39.4±21.1 | 39.7±21.2 | 0.929 | |
| 右侧腮腺 | Dmean (cGy) | 2 690±1185 | 2 808±1213 | 0.008 |
| V30Gy (%) | 39.4±19.4 | 41.2±19.5 | 0.008 | |
| 周围正常组织 | Dmean (cGy) | 1 207±271 | 1 235±246 | 0.021 |
VMAT计划设计耗费时间明显多于IMRT[(147±18) vs (48±10)min，P < 0.01]，幅度为(213±55)%；其MU少于IMRT[(556±52)vs(1 648± 409)，P < 0.01]，幅度为(64±11)%；投照时间少于IMRT[(2.1±0.1)vs(6.3±2.1)min，P < 0.01]，幅度为(66±4)%。
3 讨论本研究表明，在靶区剂量分布方面，VMAT的主要优势在于改善靶区剂量分布的适形性，并能在一定程度上改善均匀性。更适形的剂量分布有利于保护靶区周围健康组织，较均匀的剂量分布则有助于减少靶区内各种组织的放射性反应[5]。Verbakel等[6]与Syam等[7] 报道鼻咽癌、口咽癌、下咽癌双弧VMAT的剂量均匀性和适形性优于IMRT，与本研究结果相似。Vanetti等[2] 报道口咽癌、下咽癌、喉癌双弧VMAT的均匀性优于IMRT，而适形性相同，与本研究结果存在差异，可能原因包括其适形指数定义与本研究不同，Vanetti等[3]采用定义为95%处方剂量线所包绕的体积V95%与靶区PTV体积的比值，其缺点在于无法检测出该情况：V95%和PTV保持体积不变但两者整体发生位置偏移导致适形性变差。
在危及器官的保护方面，VMAT也显示一定的优势，能分别减少脊髓、脑干、右侧腮腺1~2、4、1 Gy的剂量，可能有助于降低放射性脊髓炎及脑干坏死等严重并发症的发生率[8]，减轻口干症等[9]副作用。Vanetti等[2]也有相似报道。Syam等[7]报道VMAT的 脊髓剂量较IMRT减少约2 Gy，腮腺剂量减少1~5 Gy，而脑干剂量无显著差异，与本研究结果不一致的原因可能是，Syam等[7]在优化条件中脑干设低权重并且 其IMRT采用九野。Verbakel等[6]报道VMAT的腮腺平均剂量有低于IMRT的趋势，幅度达2 Gy，但所有危及器官剂量无显著差异，与本结果不同的原因可能正如Verbakel等[6]所描述的其软件版本过低，为Eclipse V 8.2版本，VMAT优化算法欠发达。
由于机头漏射，过多的MU会增加全身的低剂量照射，而全身与周围正常组织的低剂量照射是诱发二次原发癌的因素[10]。本研究显示VMAT的MU明显少于IMRT，并且周围正常组织的受照剂量明显低于IMRT，理论上可以减少二次致癌的风险。
本研究VMAT以2°为1个控制点，1条弧358°有178个控制点，类似于178个照射野角度，投照方向自由度高，更易于实现靶区剂量的适形以及危及器官的保护，而且射线利用率较高。相对而言，固定野IMRT受到机架角度数目的限制，投照方向自由度较低。因此VMAT在靶区剂量适形性方面和危及器官保护方面更有优势，且需要较少的MU。
在投照时间方面，VMAT明显优于IMRT，投照时间仅为IMRT的1/3，该优势有助于提高肿瘤生物效应[11]，杀伤肿瘤细胞，减少投照过程中各种不确定因素对放疗精度的影响，并且有助于减轻患者不适感，增加其治疗依从性，同时还能提高直线加速器的执行效率，尤其在目前国内治疗资源相对缺乏的情况下。
然而，由于受到目前优化算法的限制，VMAT需要更多的治疗计划设计优化时间，崔天祥等[12]也有类似报道，随着算法的改进，该缺点有望被克服。
综上所述，VMAT技术在局部晚期喉癌的应用上，能达到优于IMRT的靶区剂量分布，能有效保护部分危及器官。最突出的一点是，VMAT可以大幅减少MU和投照时间，提高治疗精度和效率。因此，VMAT技术在局部晚期喉癌上具有良好的临床应用价值及前景，我们推荐VMAT技术作为局部晚期喉癌放疗的首选。
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