基于國產(chǎn)和進(jìn)口直線加速器實(shí)施前列腺癌調(diào)強(qiáng)放射治療的臨床劑量學(xué)評估

金麗媛，付春鵬，丁靜靜，申紅峰，戴相昆，高文超，王軍良，解傳濱，徐壽平，曲寶林

1. 中國人民解放軍總醫(yī)院 a. 第一醫(yī)學(xué)中心放射治療科；b. 第五醫(yī)學(xué)中心放射治療科，北京 100853；2. 清華大學(xué)第一附屬醫(yī)院 放射治療科，北京 100016

引言

前列腺癌是發(fā)達(dá)國家男性最常見的惡性腫瘤之一，是男性癌癥死亡的第二大原因，占美國新診斷癌癥病例的20%[1]。隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，前列腺癌的發(fā)病率也在逐年增加[2]。一般說來，前列腺癌的治療選擇包括前列腺切除術(shù)、化療、內(nèi)分泌治療和放射治療。眾多研究表明，放射治療已成為一種可治愈局限性前列腺癌的方法，具有療效確切、適應(yīng)證廣和并發(fā)癥少等優(yōu)點(diǎn)，適用于各期腫瘤的治療。早期前列腺癌放療可達(dá)到根治術(shù)同等效果，已經(jīng)成為前列腺癌根治性治療的主要手段之一。同時，在局部晚期前列腺癌治療中放射治療也取得了較好的效果，并且在遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移前列腺癌治療中也被廣泛應(yīng)用，以達(dá)到減輕癥狀，提高生存質(zhì)量的療效[3]。由于放療的主要目的是最大限度的殺死靶區(qū)內(nèi)的腫瘤細(xì)胞，盡量減輕周圍正常組織的受量，以達(dá)到治療增益比的最大化[4]，因此對于實(shí)施患者治療的設(shè)備有著較高的技術(shù)要求。近年來，國產(chǎn)直線加速器在軟硬件技術(shù)開發(fā)應(yīng)用上取得了很大的進(jìn)步，并逐漸改變了以往進(jìn)口設(shè)備壟斷國內(nèi)市場的現(xiàn)狀[5]。本文旨在探究國產(chǎn)和進(jìn)口直線加速器在前列腺癌調(diào)強(qiáng)放射治療中的劑量學(xué)特性差異，為國產(chǎn)直線加速器在前列腺癌調(diào)強(qiáng)治療應(yīng)用推廣提供臨床數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 臨床病例及定位方法

選取2017年6月至2019年12月在解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心放療科治療的25例前列腺癌患者，年齡61～86歲，中位年齡75歲。所有患者均采用仰臥位，雙手抱肘上舉置于額頭，采用熱塑體膜和體板固定體位。使用德國SIEMENS大孔徑CT進(jìn)行定位掃描。掃描范圍從腰5椎體上緣到恥骨聯(lián)合下緣，掃描層厚為3 mm。

1.2 靶區(qū)定義及處方劑量

患者靶區(qū)勾畫均在Pinnacle計劃系統(tǒng)完成，臨床靶區(qū)（Clinical Target Volume，CTV）包括整個前列腺及其包膜，計劃靶區(qū)（Planning Target Volume，PTV）為CTV在頭腳、左右及身體前方外放0.5 cm，后方外放0.3 cm生成。危及器官包括膀胱、直腸、兩側(cè)股骨頭。處方劑量為80 Gy/40次。

1.3 計劃設(shè)計及劑量驗(yàn)證

對25例患者分別設(shè)計基于國產(chǎn)設(shè)備及進(jìn)口設(shè)備的兩組調(diào)強(qiáng)放射治療（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）計劃，其中國產(chǎn)組采用FonicsPlan計劃系統(tǒng)、新華XHA1400數(shù)字化雙光子醫(yī)用電子直線加速器6 MV X線；進(jìn)口組采用Pinnacle 9.0計劃系統(tǒng)、Synergy醫(yī)用加速器6 MV X線。為盡可能排除計劃設(shè)計過程中各因素對結(jié)果的影響，兩組計劃均采用相同的計劃參數(shù)設(shè)置要求：7個主野（30°、80°、130°、180°、230°、280°、330°），最大子野數(shù)目60，最小子野面積4 cm2，最小子野跳數(shù)6 MU，并且要求所有計劃由同一個物理師小組設(shè)計并評估完成。兩組計劃的劑量驗(yàn)證均采用SunNuclearArc CHECK三維驗(yàn)證模體及SNC Patient 分析軟件（Version6.2）實(shí)施完成。

1.4 計劃評估及統(tǒng)計方法

靶區(qū)劑量學(xué)評價指標(biāo)包括平均劑量（Dmean）、靶區(qū)適形度指數(shù)（Conformal Index，CI）及劑量均勻性指數(shù)（Homogeneity Index，HI）。靶區(qū)適形度指數(shù)CI= V2PTVt/（VPTV×Vt），其中VPTVt為處方劑量所覆蓋的靶區(qū)體積，VPTV為靶區(qū)體積，Vt為處方劑量所覆蓋的總體積，CI值越接近1表示規(guī)定劑量的體積與PTV越接近[6]，即靶區(qū)適形度越高；HI=（D2-D98）/Dt，其中D2、D98分別為2%、98%的靶區(qū)體積受照劑量，Dt為處方劑量。HI值越接近0，說明PTV內(nèi)劑量分布越均勻。危及器官劑量學(xué)評價指標(biāo)包括直腸、膀胱接受20～70 Gy照射的百分體積（V20～V70）；左右股骨頭接受30～50 Gy照射的百分體積（V30～V50）。同時通過機(jī)器跳數(shù)及劑量驗(yàn)證通過率分別評價兩組計劃的實(shí)施效率和計劃實(shí)施的準(zhǔn)確性。

采用SPSS 18對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用配對樣本t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量參數(shù)比較

進(jìn)口組和國產(chǎn)組兩組計劃均實(shí)現(xiàn)了處方劑量對靶區(qū)的較好覆蓋，如圖1所示，其中PTV的D95%、D98%、Dmean兩組計劃無明顯差異；D2%、D5%進(jìn)口組要優(yōu)于國產(chǎn)組，且差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），詳見表1。

圖1 1例患者兩種計劃等劑量曲線分布圖

表1 兩組計劃靶區(qū)劑量參數(shù)比較(±s，Gy)

表1 兩組計劃靶區(qū)劑量參數(shù)比較(±s，Gy)

PTV 進(jìn)口組 國產(chǎn)組 t值 P值D2% 86.49±0.66 87.24±0.25 -2.77 0.011 D5% 85.98±0.64 86.52±1.06 -2.30 0.031 D95% 79.83±0.64 79.44±1.42 1.54 0.137 D98% 77.56±1.48 77.14±3.08 0.78 0.442 Dmean 83.12±0.57 83.34±0.58 -1.64 0.114 CI 0.78±0.06 0.76±0.04 2.44 0.132 HI 0.11±0.02 0.13±0.05 -1.68 0.113

2.2 危及器官劑量參數(shù)比較

對各危及器官的劑量學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析比較發(fā)現(xiàn)，膀胱和直腸V20的比較上，國產(chǎn)組均優(yōu)于進(jìn)口組，即在低劑量區(qū)域國產(chǎn)組體現(xiàn)出了一定的劑量學(xué)優(yōu)勢，但僅直腸差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=2.56，P=0.03）。而隨著評估劑量的升高，進(jìn)口組的劑量學(xué)優(yōu)勢體現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。對于左、右股骨頭僅對V30、V40、V50做了對比評估，同樣在低劑量區(qū)（V30）的劑量分布國產(chǎn)組優(yōu)于進(jìn)口組，而V40、V50兩相對高劑量區(qū)參數(shù)進(jìn)口組優(yōu)于國產(chǎn)組，但僅右側(cè)股骨頭的V50差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=-2.27，P=0.03），詳見表2。

表2 兩臺直線加速器放療計劃直腸、膀胱以及股骨頭的劑量參數(shù)比較(±s，Gy)

表2 兩臺直線加速器放療計劃直腸、膀胱以及股骨頭的劑量參數(shù)比較(±s，Gy)

危及器官評價指標(biāo) 進(jìn)口組 國產(chǎn)組 t值 P值膀胱V20 74.31±16.92 71.12±18.52 1.23 0.230 V30 55.61±14.36 55.39±16.48 0.09 0.933 V40 37.02±10.71 40.18±12.82 -1.50 0.146 V50 26.29±8.95 29.62±11.21 -1.76 0.092 V60 19.02±7.30 22.52±9.39 -2.19 0.038 V70 12.76±5.47 17.19±7.75 -3.24 ＜0.001 V80 5.41±3.55 11.13±5.79 -5.36 ＜0.001直腸V20 93.08±6.15 88.16±7.65 2.26 0.033 V30 68.26±8.38 81.18±8.27 -5.64 ＜0.001 V40 45.70±5.90 49.77±10.56 -1.84 0.078 V50 32.87±5.40 33.85±6.07 -0.68 0.504 V60 22.32±4.90 24.88±5.10 -2.01 0.055 V70 12.41±4.15 17.26±4.48 -4.13 ＜0.001 V80 2.32±2.25 7.00±3.52 -5.71 ＜0.001左股骨頭V30 60.82±22.01 32.96±23.95 4.20 ＜0.001 V40 11.78±9.61 12.04±15.47 -0.08 0.939 V50 0.44±0.91 1.92±3.63 -2.01 0.056 V30 59.08±21.66 37.83±22.30 3.60 ＜0.001 V40 10.10±7.52 15.26±14.43 -1.74 0.095 V50 0.54±1.39 2.77±5.61 -2.27 0.033右股骨頭

2.3 實(shí)施效率及劑量驗(yàn)證

兩組計劃劑量驗(yàn)證均采用（3 mm，3%）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行g(shù)amma分析，統(tǒng)計結(jié)果發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)組通過率明顯優(yōu)于進(jìn)口組，且差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（t=-9.888，P=0.00）。并且國產(chǎn)組機(jī)器跳數(shù)相較于進(jìn)口組減少了19.5%，如表3所示。

表3 兩組計劃劑量驗(yàn)證gamma通過率和機(jī)器跳數(shù)的比較(±s)

表3 兩組計劃劑量驗(yàn)證gamma通過率和機(jī)器跳數(shù)的比較(±s)

項(xiàng)目 進(jìn)口組 國產(chǎn)組 t值 P值gamma通過率/% 95.29±1.53 99.32±1.59 -9.89 ＜0.001跳數(shù)/MU 764.56±101.18 615.36±52.68 9.23 ＜0.001

3 討論

前列腺癌作為一種常見腫瘤，雖然具有較高的發(fā)病率，但是隨著醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步，通過早期篩查以及各種先進(jìn)手段的治療，其死亡率下降了約40%，其中放療起到了尤為重要的作用[7]。三維適形放療（3D-CRT）作為已經(jīng)普及的治療技術(shù)，在前列腺癌治療中取得了較好效果[8]，而IMRT以其較好的劑量分布逐漸取代3D-CRT成為各級別醫(yī)院常用治療手段，并且被廣泛應(yīng)用于前列腺癌治療中。研究表明IMRT與3D-CRT比較，可以更好地保護(hù)正常組織，降低泌尿系統(tǒng)和胃腸道并發(fā)癥，同時提高無復(fù)發(fā)生存率[9]。Michalski等[10]選取763名局限性前列腺癌患者，隨機(jī)分組進(jìn)行IMRT和3D-CRT治療，比較膀胱和直腸的毒性作用，結(jié)果顯示接受IMRT治療的患者2級以上胃腸道和急性泌尿系統(tǒng)毒性反應(yīng)要低于3D-CRT治療的患者。Spratt等[11]發(fā)表了IMRT治療局限性前列腺癌長期隨訪結(jié)果，處方劑量為常規(guī)劑量，低危、中危和高危組無復(fù)發(fā)生化率可達(dá)到98.8%、85.6%和67.9%（P＜0.001），存活率可達(dá)到99.4%、94.1%和82.0%（P＜0.001），說明IMRT技術(shù)治療前列腺癌具有安全有效性。雖然近年來新興的VMAT、螺旋斷層放射治療（Tomotherapy）等更為先進(jìn)的治療技術(shù)在較高級別醫(yī)院放療中心被普遍用于前列腺癌治療，并且證明了其相較于IMRT更為出色的劑量學(xué)分布[12-13]，但參考國內(nèi)不同級別醫(yī)院放射治療科設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀[14]，在國產(chǎn)加速器裝機(jī)比重較大的相對基層級別醫(yī)院中，IMRT仍將作為主流治療技術(shù)應(yīng)用于腫瘤患者的治療，因此本研究在基于IMRT技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)上對國產(chǎn)加速器與進(jìn)口加速器在前列腺癌治療中的劑量學(xué)差異進(jìn)行研究分析，以期為臨床應(yīng)用的選擇提供參考。

近年來對于國產(chǎn)加速器在臨床應(yīng)用中的劑量學(xué)評價，相關(guān)學(xué)者已做了大量研究，冀天楠等[15]分析了國產(chǎn)加速器和進(jìn)口加速器在鼻咽癌的應(yīng)用，結(jié)果表明國產(chǎn)直線加速器均達(dá)到臨床應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。李全義等[16]分析了乳腺癌保乳術(shù)后應(yīng)用國產(chǎn)直線加速器治療的劑量學(xué)特點(diǎn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)靶區(qū)D95、V100、患側(cè)肺V30、V20和心臟V30均可達(dá)到進(jìn)口直線加速器標(biāo)準(zhǔn)。段影[17]報道了肝癌應(yīng)用國產(chǎn)直線加速器治療的療效和劑量學(xué)評估，結(jié)果與進(jìn)口直線加速器相近。本研究結(jié)果顯示，兩組計劃的靶區(qū)的均勻性指數(shù)（HI）與適形性指數(shù)（CI）及危及器官的劑量限值均能滿足臨床要求。HI與CI進(jìn)口組略好于國產(chǎn)組，無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05）。膀胱與直腸的低劑量區(qū)V20、左右股骨頭V30國產(chǎn)組要優(yōu)于進(jìn)口組，然而在較高劑量參數(shù)的評估分析中，進(jìn)口組依然占有一定優(yōu)勢。當(dāng)然這與加速器自身的技術(shù)特點(diǎn)有著很大的關(guān)系，正常情況下，MLC葉片寬度越薄，靶區(qū)的適形性越高；而葉片寬度越厚，形成靶區(qū)形狀所需要的葉片數(shù)量越少，葉片間漏射線越少，因此危及器官受照劑量會比寬度較薄的葉片有所降低[18]。本研究所用Synergy加速器MLC在等中心位置的投影寬度為0.4 cm，且機(jī)頭采用無鉛門設(shè)計，而XHA1400加速器MLC在等中心位置的投影寬度為1 cm，因此在低劑量的評估上國產(chǎn)組體現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢。同時計劃結(jié)果還受到不同的治療計劃系統(tǒng)自身因素和參數(shù)設(shè)置因素等的影響，即CT圖像體素的分割、目標(biāo)函數(shù)和約束條件的設(shè)置以及治療計劃系統(tǒng)所采用的優(yōu)化算法和劑量計算算法等[19]，F(xiàn)onicsPlan計劃系統(tǒng)調(diào)強(qiáng)優(yōu)化采用分子動力學(xué)方法，而Pinnacle計劃系統(tǒng)采用直接機(jī)器參數(shù)優(yōu)化方法[20]，雖然在參數(shù)設(shè)置上盡量保持了兩者一致，但由于優(yōu)化方法的不同必然導(dǎo)致兩者計算結(jié)果存在差異，當(dāng)然計劃設(shè)計者的資質(zhì)水平對于計劃質(zhì)量的影響也是最為關(guān)鍵的因素之一，特別是在不同級別醫(yī)院，物理師計劃水平必然存在參差不齊的情況，本研究通過同一個物理師小組對兩組計劃進(jìn)行設(shè)計評估，盡可能減少主觀因素的影響，通過結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)兩套TPS的計劃優(yōu)化質(zhì)量均在臨床可接受的范圍內(nèi)。劑量驗(yàn)證通過率分析發(fā)現(xiàn)兩組計劃均在95%以上，但國產(chǎn)組要明顯優(yōu)于進(jìn)口組（P＜0.05）。研究表明，劑量驗(yàn)證的伽馬通過率與MLC的到位精度密切相關(guān)[21]，而本研究所用Synergy已投入臨床使用近10年，勢必存在MLC到位精度下降的情況。

4 結(jié)論

國產(chǎn)與進(jìn)口直線加速器在實(shí)施前列腺癌調(diào)強(qiáng)放射治療中均能實(shí)現(xiàn)較好的靶區(qū)劑量分布，雖然國產(chǎn)加速器在危及器官高劑量區(qū)域照射體積偏高，但均達(dá)到了臨床劑量要求，且部分參數(shù)達(dá)到甚至優(yōu)于進(jìn)口加速器水平。結(jié)合國產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用情況，可用于不同級別醫(yī)院的前列腺癌調(diào)強(qiáng)放療。