非均整器模式下早期非小細胞肺癌3種放療技術(shù)劑量學(xué)研究

陳飛，胡靜，龔筱欽，黨軍，游濤，戴春華

（江蘇大學(xué)附屬醫(yī)院 放療科，江蘇 鎮(zhèn)江 212001）

隨著放射治療技術(shù)的迅速發(fā)展，早期非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer, NSCLC）立體定向放射治療（stereotactic body radiation therapy，SBRT）的研究和臨床應(yīng)用日益廣泛。由于SBRT技術(shù)單次處方劑量高、治療時間相對較長，患者在治療過程中難以保持固定體位。非均整器（flattening filter-free, FFF）模式作為新興的放射治療技術(shù)，其高劑量率使得治療時間縮短，局部控制率高且放療毒性低[1-3]。FFF模式移除加速器X射線射野均整器，大幅提高劑量率，其射野劑量分布與均整（filter-free, FF）模式有較大差異，完成單次大劑量的放射治療[4-5]治療時間可減少＞50%。本研究旨在比較FFF模式下早期NSCLC SBRT治療適形拉?。╟onformalarc therapy, CAT）、三維適形技術(shù)（3-dimensional conformal radiation therapy, 3D-CRT）及容積弧形動態(tài)旋轉(zhuǎn)調(diào)強（volumetric modulated arc therapy, VMAT）3種計劃方式劑量學(xué)和治療效率方面的差異，為臨床治療方案的選擇提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2014年12月-2017年7月該院收治的早期NSCLC患者15例。其中，男性10例，女性5例；年齡55～81歲，中位71歲；計劃靶區(qū)（planning target volume, PTV）體積15.7～110.4 cm3，中位60.3 cm3。本研究使用中央型肺癌發(fā)生在段支氣管至主支氣管，距離關(guān)鍵結(jié)構(gòu)2 cm內(nèi)（包括鄰近食管2例、心臟2例，其余11例為周圍型肺癌），均接受SBRT治療。

1.2 儀器與設(shè)備

Siemens Biograph mCT（德國西門子公司），Truebeam STX直線加速器（美國瓦里安公司）。配備120葉多葉光柵系統(tǒng)（multi-leaf collimators, MLC），該MLC中間32對葉片等中心投影寬度為0.25 cm，兩旁各14對葉片為0.5 cm，最大射野為22 cm×40 cm，治療計劃系統(tǒng)為Varian Eclipse 11.0（美國瓦里安公司）。

1.3 方法

1.3.1 定位及計劃設(shè)計 CT掃描和靶區(qū)優(yōu)化：15例患者取仰臥位，體部真空袋固定。Siemens Biograph mCT進行4DCT掃描，CT掃描范圍從環(huán)狀軟骨水平至雙肺最低位置以下水平，掃描層厚均為3 mm；重建10個均分呼吸時相的CT圖像和平均密度投影圖像，將圖像導(dǎo)入Eclipse治療計劃系統(tǒng)，放療科主任醫(yī)師在10個時相上分別勾畫靶區(qū)，疊加后得到內(nèi)靶區(qū)（internal target volume, ITV），ITV外擴0.5 cm得到PTV，然后在平均密度投影圖像進行計劃計算。按腫瘤放射治療組（radiation therapy oncology group, RTOG）標(biāo)準(zhǔn)勾畫危及器官（organ at rish, OAR）[包括肺（患側(cè)肺體積，需減去PTV）、脊髓、食管及心臟]。計劃設(shè)計：用Varian Eclipse 11.0計劃系統(tǒng)為每個病例設(shè)計3組計劃，選擇Truebeam STX直線加速器，能量選擇均為6X FFF（無均整器模式6 MV X射線），峰值劑量率1 400 MU/min。處方劑量50 Gy，10Gy/次，照射5次。CAT計劃設(shè)計弧度為逆時針179°～340°（左側(cè)肺癌組織）或逆時針20°～181°（右側(cè)肺癌組織），MLC Margin在PTV上均勻外放0.5cm，形狀與PTV適形。3D-CRT采用7野照射，布野角度在上述弧度中均分，MLC Margin外放同CAT技術(shù)。VMAT計劃設(shè)計與CAT同樣弧度，光闌角度為30，治療床均為0，計劃經(jīng)1位臨床醫(yī)師和1位物理師審核確認(rèn)符合臨床要求。為方便不同計劃可以比較，3種計劃歸一條件：設(shè)定100%處方劑量包含95%靶區(qū)體積。

1.3.2 計劃劑量評估 比較3種計劃劑量體積直方圖（dose volume histogram, DVH）與劑量分布，從DVH圖上分別讀取CAT、3D-CRT及VMAT計劃的以下指標(biāo)并進行比較。靶區(qū)參數(shù)比較：①95%、105%的處方劑量覆蓋靶區(qū)體積的百分?jǐn)?shù)V95%、V105%；②靶區(qū)最大劑量（maximum dose, Dmax）、靶區(qū)平均劑量（mean dose. Dmean），適形指數(shù)（conformity index, CI），CI=（VT,ref/VT）×（VT, ref/Vref）。其中，VT、ref為參考等劑量線與靶區(qū)重疊部分體積；VT為靶區(qū)體積，Vref為參考等劑量線體積。CI值越接近1，表示靶區(qū)劑量適形性越好。均勻指數(shù)（homogeneity index, HI），HI=D5/D95。其中，D5～5%靶區(qū)體積劑量；D95～95%靶區(qū)體積劑量。HI值越大說明超過處方劑量越大，PTV內(nèi)劑量分布也越不均勻。OAR參數(shù)比較：①患側(cè)肺平均劑量（mean lung dose, MLD）接受≥5、20、30、40及50 Gy劑量照射的肺體積占患側(cè)肺體積的百分率（V5、V20、V30、V40及V50）健側(cè)肺V5；②脊髓Dmax、食管Dmax及心臟Dmean。

1.3.3 計劃執(zhí)行效率評估 統(tǒng)計各計劃總跳數(shù)（monitor unit, MU）及治療時間（treatment time, TT）。計劃TT是在Truebeam STX直線加速器的自動治療模式下，從按下“Beam ON”按鍵到射線結(jié)束的整個治療過程時間。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件，計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，隨機區(qū)組設(shè)計采用方差分析，兩兩比較用LSD-t檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 CAT、3D-CRT及VMAT PTV劑量參數(shù)比較

CAT、3D-CRT及VMAT PTV劑量參數(shù)比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。CAT和 3D-CRT計劃中PTV的V95%、CI低于VMAT計劃（P＜0.05），而V105%、HI、Dmax、Dmean 高于 VMAT 計劃（P＜0.05）；CAT與3D-CRT計劃中PTV參數(shù)比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。見表1。

2.2 CAT、3D-CRT及VMAT計劃的肺、OAR受照劑量比較

在患側(cè)肺 V5、V20、V30、V40、Dmean方面，CAT和3D-CRT計劃高于VMAT計劃（P＜0.05）；在患側(cè)肺V20、V30方面，3D-CRT計劃高于CAT計劃（P＜0.05）；在脊髓Dmax方面，3D-CRT計劃低于CAT與VMAT計劃（P＜0.05）；患側(cè)肺V50、健側(cè)肺V5、食管Dmax及心臟Dmean，各OAR參數(shù)均能滿足RTOG限量標(biāo)準(zhǔn)，3種計劃比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。見表2、3。

2.3 CAT、3D-CRT及VMAT計劃效率參數(shù)比較

CAT和3D-CRT計劃的機器MU低于VMAT計劃（P＜0.05）；在治療時間上，CAT低于3D-CRT（P＜0.05），且 CAT 和 3D-CRT 均低于 VMAT（P＜0.05）。見表3。

表1 CAT、3D-CRT及VMAT PTV劑量參數(shù)比較 （n=15，±s）

表1 CAT、3D-CRT及VMAT PTV劑量參數(shù)比較 （n=15，±s）

注：1）與CAT比較，P＜0.05；2）與3D-CRD比較，P＜0.05

指標(biāo) V95%/% V105%/% CI HI Dmax/Gy Dmean/Gy CAT 99.14±0.69 79.97±6.25 0.62±0.05 1.19±0.04 60.93±2.08 55.21±1.44 3D-CRT 99.09±0.61 79.68±6.45 0.62±0.05 1.18±0.04 60.45±1.79 55.11±1.28 VMAT 99.78±0.451）2）23.92±26.791）2）0.83±0.051）2）1.07±0.031）2）55.87±3.681）2）51.87±0.861）2）F值 22.018 82.860 161.071 289.497 44.400 218.907P值 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

表2 CAT、3D-CRT及VMAT計劃的肺受照劑量比較 （n=15，±s）

表2 CAT、3D-CRT及VMAT計劃的肺受照劑量比較 （n=15，±s）

注：1）與CAT比較，P＜0.05；2）與3D-CRD比較，P＜0.05

指標(biāo) 患側(cè)肺V5 患側(cè)肺V20 患側(cè)肺V30 患側(cè)肺V40 患側(cè)肺V50 Dmea/Gy 健側(cè)肺V5 CAT 32.99±10.67 15.51±6.36 8.49±3.69 4.61±2.10 1.88±1.67 8.04±2.67 6.35±7.55 3D-CRT 32.92±10.61 16.60±6.971）9.07±3.721）4.62±1.93 5.54±15.37 8.21±2.75 4.62±5.95 VMAT 29.98±10.261）2）13.57±5.891）2）7.04±3.001）2）3.47±1.571）2）0.63±0.83 7.01±2.441）2）4.33±4.70F值 33.943 17.678 29.865 19.032 1.198 47.787 11.71P值 0.000 0.000 0.000 0.000 0.317 0.000 0.199

表3 CAT、3D-CRT及VMAT計劃的OAR受照劑量和計劃效率參數(shù)比較 （n=15，±s）

表3 CAT、3D-CRT及VMAT計劃的OAR受照劑量和計劃效率參數(shù)比較 （n=15，±s）

注：1）與CAT比較，P＜0.05；2）與3D-CRD比較，P＜0.05

指標(biāo) 脊髓Dmax/Gy 食管Dmax/Gy 心臟Dean/Gy MU TT/s CAT 13.43±6.49 15.97±9.70 2.59±3.23 1527.00±120.00 66.80±5.27 3D-CRT 12.41±5.961）14.59±9.58 2.93±4.12 1549.00±139.00 105.80±5.661）VMAT 15.18±6.992）16.09±8.39 2.36±2.68 3042.00±665.001）2）135.07±29.921）2）F值 4.581 1.118 0.880 102.878 74.750P值 0.019 0.341 0.426 0.000 0.000

3 討論

以前早期NSCLC主要治療手段為手術(shù)切除，其5年生存率高達80%[6-7]。隨著放療新技術(shù)的發(fā)展，SBRT逐漸成為治療早期NSCLC的重要手段之一，特別是對不能耐受手術(shù)治療的早期NSCLC患者，SBRT成為標(biāo)準(zhǔn)治療方法，療效與手術(shù)相當(dāng)，甚至優(yōu)于手術(shù)[1，8-9]。Truebeam STX直線加速器配有FFF出束模式，其特點是劑量強度不均勻的尖峰分布和超高劑量率。已有研究表明，F(xiàn)FF模式與FF模式（均整模式）比較，F(xiàn)FF模式可減少機頭散射和光子污染，且MLC漏射更少，從而降低靶區(qū)周圍劑量，能更好的保護正常組織[10-11]。多項研究顯示，F(xiàn)FF模式的療效與毒副反應(yīng)與FF模式相當(dāng)，且在滿足靶區(qū)劑量和保護OAR的同時能大幅縮短治療時間[3，12]。近年來關(guān)于FFF模式的SBRT治療研究有很多，但是關(guān)于FFF模式SBRT治療在早期NSCLC的相關(guān)報道較少，且多集中于FFF模式與FF模式的比較[13-14]。本研究將FFF模式下治療早期NSCLC SBRT的CAT、3D-CRT及VMAT 3種放療技術(shù)進行劑量學(xué)比較。

本研究結(jié)果表明，F(xiàn)FF模式下治療早期NSCLC的3種計劃均可滿足靶區(qū)劑量及OAR限量要求，VMAT與CAT、3D-CRT計劃比較，靶區(qū)劑量均勻性和適形性更好、平均劑量低，能更好的保護正常組織。治療效率方面，CAT、3D-CRT及VMAT 3者的機器跳數(shù)之比約為1：1.02：2.26。CAT治療時間最短，相比治療時間最長的VMAT計劃，CAT計劃的治療時間縮短約1 min，這可降低患者在治療中移動的可能性，從而提高劑量照射的準(zhǔn)確性，還可減少患者因長時間固定體位產(chǎn)生的不適感。

有研究顯示，在均整模式下，對于肺癌患者不可忽視的呼吸運動，CAT和3D-CRT計劃射野有利于消除動態(tài)多葉準(zhǔn)直器和呼吸運動導(dǎo)致腫瘤運動之間的相互影響，VMAT計劃受其影響較大[15-16]。但LI等[17]研究顯示，在非均整模式下給ITV外放0.5 cm距離（擺位誤差范圍），VMAT計劃中因動態(tài)MLC和靶區(qū)運動之間相互影響導(dǎo)致靶區(qū)（GTV和GTV+0.5 cm）劑量誤差可以忽略。

綜上所述，對早期NSCLC患者，3種計劃在靶區(qū)覆蓋和OAR限量均能滿足臨床治療要求。在靶區(qū)適形度和均勻性以及對肺的保護，VMAT計劃優(yōu)于CAT和3D-CRT計劃；但在執(zhí)行效率方面，CAT和3D-CRT更具有優(yōu)勢。針對該特點，對早期非NSCLC患者，臨床可根據(jù)患者實際情況（如患者肺功能狀態(tài)、腫瘤靶區(qū)大小及腫瘤靶區(qū)與OAR的相對位置等），選擇合適的放療技術(shù)。