射波刀治療肝癌的放射治療計劃參數(shù)的質(zhì)量控制研究

郭學(xué)玲，賀曉東，趙憲芝，賈 臻，代智濤，居小萍，劉永明，張火俊

原發(fā)性肝癌位居全球癌癥發(fā)病率第6位[1]。在HCC的多種治療手段[2-5]中，射波刀作為一種新型且精準(zhǔn)的體部立體定向放射治療（stereotactic body radiation therapy，SBRT）設(shè)備，在肝癌治療中備受矚目[6-8]。臨床研究表明，射波刀治療肝癌安全且有效，顯示出較高的局部控制率，還可以提高生存率[9]。然而，目前放療物理師在射波刀治療計劃參數(shù)質(zhì)控方面的工作做得較少，缺少比較系統(tǒng)的可以供初期開展射波刀放療工作的同行參考的經(jīng)驗。本研究針對射波刀治療計劃質(zhì)控工作，對118例接受射波刀放療的肝癌患者的治療計劃參數(shù)進(jìn)行分析，以期為實現(xiàn)安全、精準(zhǔn)而高效的射波刀放療提供數(shù)據(jù)支持和參考。

1 臨床資料

1.1 一般資料

回顧性分析2017年1月1日—2018年8月16日在海軍軍醫(yī)大學(xué)附屬長海醫(yī)院放射治療科接受射波刀放療的118例肝癌（包括轉(zhuǎn)移性肝癌）患者的臨床資料，包括性別、年齡、照射靶區(qū)個數(shù)、總放療劑量、分次放療劑量、分割次數(shù)和標(biāo)化等劑量（表1）。

表1 118例肝癌患者的人口統(tǒng)計學(xué)和射波刀放療數(shù)據(jù)Table 1 Demographic and cyber-knife radiotherapy data of 118 patients with liver cancer

1.2 射波刀放射治療計劃設(shè)計

定位和治療期間，患者均取仰臥位，雙手自然置于身體兩側(cè)，并且使用真空墊體模進(jìn)行固定。行螺旋CT掃描定位，獲得平掃（主圖像）和增強(qiáng)（輔圖像）2期圖像。對適合采用Synchrony呼吸同步追蹤系統(tǒng)的患者，在CT定位前1周，于CT引導(dǎo)下行肝腫瘤金標(biāo)（1～4枚金標(biāo)）植入術(shù)。

主管醫(yī)師基于主圖像和輔圖像，勾畫靶區(qū)及周圍危及器官（organs at risk，OARs），并且根據(jù)患者的個體差異，制定相應(yīng)的放射治療計劃，包括總放療劑量和放療分割次數(shù)等。由放療物理師基于射波刀MultiPlan@4.0.2治療計劃系統(tǒng)（treatment planning system，TPS），按醫(yī)囑設(shè)計放射治療計劃。

1.3 射波刀放射治療計劃參數(shù)

射波刀放射治療計劃參數(shù)主要包括靶區(qū)參數(shù)、OARs參數(shù)和機(jī)器參數(shù)3類。使用射波刀放射治療計劃參數(shù)自動化提取系統(tǒng)提取參數(shù)，自動檢索備份文件[10-12]。

計算生物等效劑量（biological equivalent dose，BED）以及相當(dāng)于常規(guī)2 Gy分次劑量的等效劑量（equivalent dose in 2 Gy per fraction，EQD2），計算時未考慮時間劑量。

1.4 射波刀放射治療計劃設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)

針對靶區(qū)和OARs優(yōu)化，TPS提供多種不同的選擇方案[15]。在設(shè)計過程中，通過調(diào)整OARs的先后順序，可以實現(xiàn)優(yōu)先重點(diǎn)優(yōu)化（即保護(hù)）某些OARs的目的，包括脊髓、心臟、胃、食管、十二指腸、空腸和回腸等。

在預(yù)先設(shè)置各種限制參數(shù)后，進(jìn)行初步劑量優(yōu)化計算，并且根據(jù)靶區(qū)的適形指數(shù)、OARs限量以及節(jié)點(diǎn)數(shù)等，不斷調(diào)整和優(yōu)化參數(shù)，完成放射治療計劃的設(shè)計，均采用射線追蹤劑量算法[13-14]。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

應(yīng)用Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，進(jìn)行描述統(tǒng)計。計量資料以x±s表示。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)參數(shù)

118例肝癌患者中，最多有6個腫瘤靶區(qū)，其中單靶區(qū)、雙靶區(qū)和多靶區(qū)的病例數(shù)分別為86、24和8例。由于多（雙）靶區(qū)的病例數(shù)較少，并且個體的差異性較大，因此本研究針對單靶區(qū)進(jìn)行分析。

數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，靶區(qū)體積的離散度較高。在86例單靶區(qū)肝癌患者中，靶區(qū)最小體積為4.54 cm3，最大體積為309.31 cm3，中位體積為35.12 cm3，除去最大和最小體積后的平均體積為（55.95±53.90）cm3。平均總放療劑量為（43±4）Gy（范圍：30～58 Gy），平均單次放療劑量為（7±2）Gy，平均分割次數(shù)為（6±1）次（范圍：5～8次）。靶區(qū)總放療劑量最高為50 Gy/5次，對應(yīng)的BED和EQD2分別為100和83 Gy；最低為32 Gy/8次。如果以平均42 Gy/6次來計算BED和EQD2，則分別為71和60 Gy。

86例單靶區(qū)患者放射治療計劃的平均適形指數(shù)、新適形指數(shù)、均勻指數(shù)和靶區(qū)覆蓋指數(shù)分別為（1.12±0.06）%、（1.21±0.07）%、（1.41±0.04）%和（92.67±3.80）%。24例雙靶區(qū)患者放射治療計劃的平均適形指數(shù)、新適形指數(shù)、均勻指數(shù)和靶區(qū)覆蓋指數(shù)分別為（1.16±0.14）%、（1.29±0.14）%、（1.42±0.05）%和（90.88±4.88）%。

2.2 OARs參數(shù)

提取所有患者OARs的計劃體積劑量及最大點(diǎn)劑量數(shù)據(jù)，并與美國物理師協(xié)會TG101報告[15]的推薦值進(jìn)行比較。根據(jù)文獻(xiàn)[15-16]對OARs進(jìn)行限量評估。對于肝癌而言，OARs通常包括脊髓、心臟、食管、肝臟、胃、空腸、回腸、十二指腸、左腎和右腎等。采用劑量體積直方圖（dose volume histogram，DVH）顯示OARs相應(yīng)體積的受照劑量。

獲得計劃劑量與耐受劑量之差以及計劃最大點(diǎn)劑量與耐受最大點(diǎn)劑量之差對應(yīng)的最小劑量（Dmin）和最大劑量（Dmax）以及平均劑量。計劃劑量低于耐受劑量越低，表明OARs實際受照劑量可能越低?？紤]到放療分割次數(shù)的差異，OARs會有不同的耐受劑量，因此絕對劑量差不能很好地反映放射治療計劃的質(zhì)量，因此采用相對劑量可以更直觀地觀察計劃劑量低于耐受劑量的比例。計劃體積相對劑量＝（計劃劑量-耐受劑量）/耐受劑量×100%。計劃最大點(diǎn)相對劑量＝（計劃最大點(diǎn)劑量-最大點(diǎn)耐受劑量）/最大點(diǎn)耐受劑量×100%。表2列出了118例肝癌患者放射治療計劃中危及器官（organs at risk，OARs）的相對劑量統(tǒng)計結(jié)果。表3統(tǒng)計了OARs計劃接受相對劑量低于耐受量50%的數(shù)據(jù)。

表2 118例肝癌患者射波刀放射治療計劃中危及器官（organs at risk，OARs）的相對劑量統(tǒng)計結(jié)果Table 2 Relative dose of OARs in treatment planning of 118 patients with liver cancer receiving cyberknife stereotactic radiotherapy

表3 118例肝癌患者射波刀放射治療計劃中危及器官（organs at risk，OARs）相對劑量低于耐受量50%的統(tǒng)計數(shù)據(jù)Table 3 Relative dose lower than 50% of tolerated dose for OARs in treatment planning of 118 patients with liver cancer receiving cyber-knife stereotactic radiotherapy

2.3 機(jī)器參數(shù)

在設(shè)計放射治療計劃時，通常選擇7.5、10.0、12.5、15.0、20.0、25.0、30.0、35.0和40.0 mm準(zhǔn)直器，其中以20.0、25.0和30.0 mm準(zhǔn)直器最常用分別占22%、27%和15%。對于與OARs距離很近的極大體積靶區(qū)，或是多靶區(qū)體積差異較大時，可能需要選擇2個準(zhǔn)直器，如15.0與30.0 mm準(zhǔn)直器組合或是20.0與35.0 mm準(zhǔn)直器組合以及多路徑來完成設(shè)計。本組患者中，有9例患者的放射治療計劃選用了2個準(zhǔn)直器。單靶區(qū)和雙靶區(qū)患者放射治療計劃的平均節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為（71±11）和（82±9）個，平均射野數(shù)分別為（170±43）和（219±55）個，平均總跳數(shù)分別為（7 509±2 685）和（9 901±2 603）跳，平均治療時間分別為（45±8）和（51±7）min。

3 討論

優(yōu)秀的射波刀放射治療計劃方案是綜合權(quán)衡靶區(qū)參數(shù)、OARs參數(shù)和機(jī)器參數(shù)之間關(guān)系的結(jié)果，既要保證給予靶區(qū)體積足夠的照射劑量、保證靶區(qū)的適形度等靶區(qū)參數(shù)達(dá)到最優(yōu)，還要盡量使正常OARs的受照劑量最低，同時需要平衡機(jī)器的射野數(shù)、節(jié)點(diǎn)數(shù)和治療時間等參數(shù)。通過采取一系列嚴(yán)格的質(zhì)控措施以優(yōu)化物理放射治療計劃，從而提高局部控制率和生存率。本研究中，單靶區(qū)肝癌患者居多，接受射波刀放療后的獲益也最佳，這與其他研究[17-18]的結(jié)果一致。

靶區(qū)體積、處方劑量和分割次數(shù)是由主治醫(yī)師根據(jù)肝癌患者的年齡、疾病狀態(tài)、生存情況、生活質(zhì)量以及Child-Pugh分級等因素，制定的個體化放射治療計劃方案，其中以分割次數(shù)為5次居多。放射治療計劃的平均適形指數(shù)、新適形指數(shù)、均勻指數(shù)和靶區(qū)覆蓋指數(shù)是放療物理師根據(jù)靶區(qū)和OARs等制定的個體化方案的優(yōu)化評估結(jié)果。本研究顯示，單靶區(qū)的上述指數(shù)均優(yōu)于雙（多）靶區(qū)；而多靶區(qū)單計劃設(shè)計方案可以有效降低正常組織和OARs的受照劑量、縮短治療時間以及提高治療有效率[19]。

本研究結(jié)果顯示，OARs尤其是心臟、左腎、右腎和脊髓（＜0.25 cm3）得到了極好的保護(hù)，并且空腸、回腸、胃和十二指腸等接近靶區(qū)的正常組織也得到了較好的保護(hù)。需要指出的是，對于肝臟和肺臟2大并行器官，因評價指標(biāo)不同，未給出數(shù)據(jù)。肝臟的保護(hù)體積為700 cm3，結(jié)果顯示有90%的計劃保護(hù)體積＞1 000 cm3，其中35%的數(shù)據(jù)大于需保護(hù)體積的2倍，即1 400 cm3。由此提示，射波刀治療肝癌在降低放射性肝損傷方面顯示出較大的優(yōu)勢。對于全肺而言，其保護(hù)體積為1 000 cm3，結(jié)果顯示有79%的數(shù)據(jù)＞1 500 cm3。由此提示，在射波刀治療中，全肺也得到了極好的保護(hù)。

準(zhǔn)直器的選擇對與整個放射治療計劃的影響較大，不僅能夠影響靶區(qū)參數(shù)和OARs參數(shù)，更會影響機(jī)器參數(shù)。本研究中，選擇20.0、25.0和30.0 mm準(zhǔn)直器分別占22%、27%和15%，單靶區(qū)患者放射治療計劃的機(jī)器參數(shù)優(yōu)于雙靶區(qū)患者。有研究[15]分析了胰腺癌受照靶區(qū)體積大小與準(zhǔn)直器直徑、射野數(shù)和治療時間之間的關(guān)系，得到了相似的結(jié)論，即準(zhǔn)直器的選擇對于優(yōu)化整個放射治療計劃方案至關(guān)重要[20]。

目前已開展了射波刀治療非小細(xì)胞肺癌放射治療計劃比較的研究[19]，不同算法的劑量學(xué)比較研究[13-14,21]，以及普通放療中的劑量學(xué)比較研究[21-23]，表明射波刀在劑量梯度跌落方面顯示出明顯的優(yōu)勢。然而，既往缺少針對同一病種放射治療計劃參數(shù)的大樣本研究，本研究彌補(bǔ)了這一空白，為同行提供參考。

本研究的不足之處在于未能深入分析靶區(qū)體積與OARs的空間位置、射線束和治療時間等參數(shù)之間的關(guān)系，有待進(jìn)一步研究。