非小細(xì)胞肺癌SBRT放療劑量分布的研究＊

單改仙，蘇曉明，戴卓捷，吳清芹，樊晶晶，申玉龍，王宗燁

肺癌發(fā)病率高居全球首位，來(lái)自WHO國(guó)際癌癥研究署（IARC）的數(shù)據(jù)顯示，在中國(guó)每年約有600 000例患者死于肺癌，很多患者因?yàn)樾姆喂δ懿蝗珶o(wú)法手術(shù)治療。隨著科技的發(fā)展，很多不能手術(shù)切除的腫瘤患者可通過(guò)新興的非手術(shù)方法治愈［1－3］。在這些新興的方法中放療已成為肺癌的主要局部治療手段之一。體部立體定向放射療法（stereotactic body radiation therapy，SBRT） 是利用多束射線(xiàn)、多源、多野在三維空間聚焦、集束原理將高能射線(xiàn)聚集在體內(nèi)治療腫瘤，達(dá)到最強(qiáng)殺死腫瘤的目的［4］。隨著放療設(shè)備的更新和放療技術(shù)的發(fā)展，非小細(xì)胞肺癌（non small cell lung cancer，NSCLC）的 SBRT 治療成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)［5－8］，為沒(méi)有手術(shù)機(jī)會(huì)的患者帶來(lái)了新的希望。

該研究分別采用逆向調(diào)強(qiáng) （inverse－modulated radiation therapy，IMRT）、容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)（Volumetric－modulated arc therapy，VMAT）和非共面容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)（N－VMAT）進(jìn)行治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)，比較計(jì)劃靶區(qū) （planning target volume，PTV） 和危及器官（organs at risk，OAR）的劑量分布圖、劑量體積直方圖（DVH）和相關(guān)的劑量學(xué)參數(shù)以及機(jī)器跳數(shù)、治療時(shí)間，以期為NSCLC的SBRT臨床治療提供理論參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取解放軍第306醫(yī)院放療科2015年12月—2016年12月的20例診斷明確且接受SBRT的NSCLC患者，其中男12例，女8例；中位年齡61歲；腫瘤直徑均＜5 cm。所有治療患者均簽署放療知情同意書(shū)。定位采用菲利普公司的Philips Big Bore的大孔徑CT，計(jì)劃設(shè)計(jì)采用Monaco5.1 TPS，治療采用瑞典醫(yī)科達(dá)公司先進(jìn)的Axesse四維圖像引導(dǎo)放射治療系統(tǒng)進(jìn)行治療。

1.2 方 法

1.2.1 定位 采用4D方式進(jìn)行CT定位，獲取患者的呼吸波形，將每個(gè)呼吸波形按時(shí)間或者振幅等分成10個(gè)時(shí)相。掃描條件設(shè)定為：螺旋掃描、層厚層間距均為5 mm，其中雙肺要包括在視野之內(nèi)，掃描期間患者平靜呼吸即可。掃描結(jié)束后將帶有定位信息的CT掃描序列圖像以DICOM格式傳輸?shù)街委熡?jì)劃系統(tǒng)中。

1.2.2 靶區(qū)勾畫(huà) 靶區(qū)包括GTV（Gross target volume），ITV和PTV，其中GTV是在10個(gè)呼吸時(shí)相對(duì)應(yīng)的肺窗CT上勾畫(huà)的靶區(qū)，ITV是在最大密度投影（MIP）圖像上進(jìn)行勾畫(huà)，PTV是在ITV的基礎(chǔ)上前后左右上下各外放5 mm。危及器官包括左肺（L－lung）、右肺（R－lung）、心臟（Heart）和脊髓（Cord）等。放療處方為 50 Gy（5 Gy/次×10 次，5 次/W）。

1.2.3 計(jì)劃設(shè)計(jì) 通過(guò)Monaco5.1計(jì)劃系統(tǒng)，分別采用IMRT、VMAT和N－VMAT進(jìn)行治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)。三者設(shè)計(jì)的其他參數(shù)設(shè)置相同（如射野等中心點(diǎn)，優(yōu)化目標(biāo)條件等），具體如表1所示。

1.2.4 計(jì)劃驗(yàn)證 所有計(jì)劃均行中心點(diǎn)劑量與通量驗(yàn)證。采用德國(guó)IBA公司的Matrix電離室探測(cè)器掛在加速器機(jī)頭上測(cè)量每個(gè)射野劑量的分布，通過(guò)Compass軟件進(jìn)行γ值評(píng)估，其中標(biāo)準(zhǔn)為3 mm/3%時(shí)的通過(guò)率均在95%以上。

表1 三種計(jì)劃的設(shè)計(jì)方式

1.2.5 計(jì)劃評(píng)估 評(píng)估參數(shù)包括對(duì)于靶區(qū)PTV的D2%、D95%、D50%、適形指數(shù)（CI）和均勻性指數(shù)（HI），危及器官中左肺的 V5%、V10%、V20%、Dmean、右肺的 V5%，V10%、Dmean、脊髓的Dmax和心臟的V20%以及機(jī)器的跳數(shù)和治療時(shí)間。另外，評(píng)估在SBRT的低分次等效為常規(guī)分次（單次劑量 2 Gy）時(shí)左肺的 V5%、V10%、V20%、Dmean、右肺的 V5%，V10%、Dmean、脊髓的 Dmax和心臟的 V20%。

1.2.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 19.0軟件對(duì)計(jì)劃評(píng)估參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)量資料用x±s表示，組間比較采用t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 三種放療方式的劑量分布以及DVH圖比較圖1是1例典型NSCLC靶區(qū)PTV中心層面的劑量分布圖。層面中顯示的等劑量區(qū)域分別為5000 cGy、2000 cGy和500 cGy。圖中可以直觀看到三種計(jì)劃靶區(qū)被5000 cGy的處方劑量很好地包繞，N－VMAT計(jì)劃較IMRT計(jì)劃2000 cGy的劑量區(qū)域更集中，減少了健側(cè)肺的不必要投照；較普通VMAT而言，劑量分布有較好的改善，500 cGy的劑量區(qū)域明顯減少，劑量分布凹凸明顯，且周?chē)徑奈＜捌鞴偈芰恳埠艿汀D2是該病例對(duì)應(yīng)的體積－劑量直方圖（DVH圖），圖中不僅可以清晰地顯示計(jì)劃靶區(qū)PTV、危及器官受照劑量和體積的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而且可以定量看出 PTV、L－lung、R－lung、Heart和 Cord 在三種照射方式下的差異。

2.2 三種放療方式的靶區(qū)及危及器官等劑量參數(shù)的比較 表2中數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示：對(duì)于靶區(qū)PTV的CI無(wú)論VMAT還是N－VMAT均較IMRT好，靶區(qū)的HI三者之間雖然沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但是N－VMAT計(jì)劃的HI值更接近于1。PTV的D95%，D2%，D50%在三種計(jì)劃間無(wú)明顯差異（P＞0.05）。由于床轉(zhuǎn)角N－VMAT治療時(shí)間要長(zhǎng)于普通VMAT（P=0.049），但仍然短于 IMRT（P=0.032）。N－VMAT 機(jī)器跳數(shù)介于IMRT與VMAT之間，其平均值較IMRT減少 10.9%（P=0.035）。

圖1 3種計(jì)劃的劑量分布圖

圖2 3種計(jì)劃中靶區(qū)PTV和危及器官DVH分布圖的對(duì)比

表2 3種計(jì)劃的靶區(qū)PTV劑量學(xué)參數(shù)比較（20例NSCLC患者結(jié)果）

表3中數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示：患側(cè)肺的V5、V10、Dmean以及健側(cè)肺的 V5、Dmean，N－VMAT 均優(yōu)于IMRT和VMAT計(jì)劃，患側(cè)肺的V20無(wú)論是VMAT還是N－VMAT均低于IMRT計(jì)劃；脊髓的劑

量都很低，相比較IMRT較VMAT和N－VMAT更好；對(duì)于心臟的受量，IMRT介于VMAT和N－VMAT計(jì)劃之間。

2.3 處方劑量與等效劑量危及器官等劑量參數(shù)的比較 將處方劑量根據(jù)生物學(xué)效應(yīng)等效為單次劑量為2 Gy時(shí)的劑量為75 Gy，表4是處方劑量與等效劑量對(duì)應(yīng)的危及器官的受量，結(jié)果顯示，各參數(shù)的評(píng)估均在正常限值的允許范圍之內(nèi)。

表3 3種計(jì)劃的OAR劑量學(xué)參數(shù)比較（20例NSCLC患者結(jié)果）

表4 處方劑量與等效劑量的參數(shù)比較

3 討論

NSCLC是肺癌中常見(jiàn)的一種，近年來(lái)，其發(fā)病率日益升高。隨著放療設(shè)備的更新和放療技術(shù)的發(fā)展，早期肺癌的SBRT是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們分別從臨床、物理和生物等角度對(duì)其進(jìn)行研究，并且取得一定成果，如Verstegen等研究發(fā)現(xiàn)，自從SBRT應(yīng)用以來(lái)，Ⅰ～Ⅱ期NSCLC的老年患者選擇放療的人群增加了16%，而選擇不做任何治療的老年患者降低12%，并且選擇SBRT治療的患者總生存時(shí)間明顯增加［9］。2015年復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院采用 TOMO 引導(dǎo) 4D－CT 掃描［10］，呼吸時(shí)相融合控制技術(shù)實(shí)施SBRT治療，研究發(fā)現(xiàn)腫瘤部位的不同（中央型和周?chē)停┎](méi)有使患者治療總反應(yīng)率有顯著差別。

該研究分別采用逆向調(diào)強(qiáng)（IMRT）、容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)（VMAT）和非共面容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)（N－VMAT）進(jìn)行治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)，比較計(jì)劃靶區(qū)（PTV）和危及器官（OAR）的劑量分布圖、劑量體積直方圖（DVH）和相關(guān)的劑量學(xué)參數(shù)以及機(jī)器跳數(shù)、治療時(shí)間。結(jié)果顯示，無(wú)論哪種計(jì)劃均可以滿(mǎn)足靶區(qū)劑量的要求。對(duì)于靶區(qū)，非共面VMAT無(wú)論在均勻度和適形度上均優(yōu)于IMRT計(jì)劃。在患側(cè)肺和健側(cè)肺的評(píng)估上，低劑量區(qū)非共面VMAT也具有優(yōu)勢(shì)。此外，非共面VMAT較IMRT機(jī)器跳數(shù)減少（10.9%）的同時(shí)，治療時(shí)間縮短。對(duì)于脊髓和心臟而言，接受的劑量均很低，三者相比，IMRT計(jì)劃較其他更低。

在患者治療時(shí)，與IMRT計(jì)劃相比，VMAT在不間斷出束的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)架運(yùn)動(dòng)、照射劑量率和射野的形狀，從而增加治療的自由度，縮短治療時(shí)間。在劑量分布上，由于N－VMAT的設(shè)計(jì)是有床轉(zhuǎn)角，非共面VMAT放療技術(shù)與IMRT及普通VMAT放療技術(shù)相比，不僅能較好地滿(mǎn)足處方劑量覆蓋靶區(qū)，低劑量區(qū)的劑量線(xiàn)分布密集，劑量陡降明顯，能有效地保護(hù)臨近的危及器官，如雙肺，減少不必要的投照，從而保證功能的完善，降低放射性肺炎的發(fā)生率。后期隨訪(fǎng)發(fā)現(xiàn)，放療后的NSCLC患者的一些臨床癥狀都得到了緩解與改善。該研究樣本量相對(duì)較少，后期仍有待進(jìn)一步擴(kuò)充樣本進(jìn)行深入研究。

相比于IMRT及普通VMAT放療技術(shù)，非共面VMAT放療技術(shù)進(jìn)行NSCLC治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)，高于一般放療技術(shù)設(shè)計(jì)計(jì)劃質(zhì)量的同時(shí)，對(duì)正常肺組織的保護(hù)更好。在確保滿(mǎn)足治療指標(biāo)要求的基礎(chǔ)上，能夠?yàn)榕R床提供一種更可靠，療效更好，損傷更小的NSCLC治療方法，該方法在精確放射治療NSCLC上邁進(jìn)了一步，為臨床治療提供了理論參考，值得推廣應(yīng)用。