螺旋斷層動態(tài)鎢門技術(shù)在肺癌立體定向放療中的應(yīng)用

吳駿翔，唐斌，康盛偉，王培，黎杰，吳凡

四川省腫瘤醫(yī)院（研究所）/四川省癌癥防治中心/電子科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院 放射腫瘤學(xué)四川省重點實驗室，四川 成都 610041

引言

據(jù)統(tǒng)計，2015年我國肺癌的發(fā)病率和死亡率均居惡性腫瘤的首位，新發(fā)病例73.3萬，死亡病例61.0萬，其中80%左右的肺癌患者為非小細胞肺癌（Non-Small Cell Lung Carcinoma，NSCLC）[1-2]。立體定向放射治療（Stereotactic Body Radiotherapy，SBRT）因劑量梯度陡峭、邊緣劑量跌落快速、少分次高單次劑量以及高生物等效劑量等特點[3-5]常用于無法耐受手術(shù)或不愿接受手術(shù)的NSCLC患者的治療[6-7]。相比于調(diào)強放療和旋轉(zhuǎn)容積調(diào)強放療（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）等技術(shù)，螺旋斷層放療（Helical Tomotherapy，HT）很少應(yīng)用于NSCLC的SBRT，主要是該技術(shù)的照射時間遠長于其他技術(shù)[8-9]，增加了治療中的不確定性。在臨床工作中，綜合考慮計劃質(zhì)量和照射效率通常使用2.5 cm的射野寬度，如果使用5.0 cm的射野寬度則可以顯著降低機器跳數(shù)和照射時間，但是卻不能保證計劃質(zhì)量。HT的動態(tài)鎢門技術(shù)通過鎢門的運動減少靶區(qū)邊緣頭腳方向的射野半影，即靶區(qū)邊緣頭腳方向的劑量跌落更快，從而降低靶區(qū)頭腳方向危及器官（Organ At Risk，OAR）的受照劑量[10-12]。動態(tài)鎢門技術(shù)因為其減少射野半影的特性，增加了臨床中使用更大射野寬度（5.0 cm）的可能性。本研究探討能否使用射野寬度5.0 cm的動態(tài)鎢門（Dynamic Jaw 5.0 cm，DJ5.0）技術(shù)代替2.5 cm的固定鎢門（Fixed Jaw 2.5 cm，F(xiàn)J2.5）技術(shù)應(yīng)用于NSCLC的SBRT，在保證計劃質(zhì)量的同時減少照射時間。

1 材料與方法

1.1 患者資料

選擇2020年6月至12月本院收治的10例NSCLC患者，年齡36～66歲，中位年齡48歲，左側(cè)肺癌4例，右側(cè)肺癌6例，所有患者均無放療禁忌證。

1.2 CT定位和靶區(qū)、OAR勾畫

患者采用仰臥位，體部熱塑膜固定體位，雙手交叉抱肘置于額頭，采用Philips Brilliance TM CT BigBore4 16排大孔徑CT模擬定位機對患者進行全時相（10個時相）四維CT（Four Dimensional CT，4DCT），掃描層厚0.3 cm。掃描后將患者CT數(shù)據(jù)傳送至美國MIM Software公司的 MIM Maestro軟件由主管醫(yī)生根據(jù)ICRU 83號報告[13]和RTOG 0915號報告[14]勾畫計劃靶區(qū)（Planning Target Volume，PTV）和OAR。醫(yī)生通過4DCT的不同呼吸時相勾畫出內(nèi)靶區(qū)（Internal Target Volume，ITV），再將ITV在三維方向均擴0.5 cm生成PTV。OAR包括患側(cè)肺、健側(cè)肺、脊髓、心臟以及食管。

1.3 設(shè)計方案

將勾畫好的結(jié)構(gòu)傳至美國Accuray公司的TomoTherapy治療計劃系統(tǒng)，在相同優(yōu)化條件下分別設(shè)置FJ2.5、2.5 cm的動態(tài)鎢門（Dynamic Jaw 2.5 cm，DJ2.5）和DJ5.0計劃。劑量計算網(wǎng)格設(shè)為Fine；調(diào)制因子2.5；螺距設(shè)置為0.23；迭代次數(shù)500次。PTV處方劑量40 Gy，5次，8 Gy/次。計劃要求處方劑量，即40 Gy劑量線至少要覆蓋95%的靶區(qū)體積，靶區(qū)內(nèi)Dmax＜125%處方劑量。

1.4 計劃評價指標

靶區(qū)評估參數(shù)包括95% PTV體積的劑量D95、適形度指數(shù)（Conformal Index，CI）[15]以及梯度指數(shù)（Gradient Index，GI）[16]。CI的計算公式為 CI=(TVPV)2/(TV×PV)，其中TVPV為處方劑量所覆蓋的PTV的體積，TV為PTV的體積，PV為處方劑量線所覆蓋的總體積。GI的計算公式為GI=V50% Prese/V100% Prese，其中V50% Prese為50%處方劑量所包裹的體積，V100% Prese為處方劑量所包裹的體積。CI值越接近1表示適形度越高。GI值越接近0表示劑量跌落越快。OAR的評估指標包括患側(cè)肺至少受到5、10 Gy劑量的體積（V5、V10）和平均劑量（Dmean）；健側(cè)肺的平均劑量（Dmean）；脊髓的最大劑量（Dmax）、心臟的平均劑量（Dmean）和最大劑量（Dmax）；食管的平均劑量（Dmean）和最大劑量（Dmax）。另外，還統(tǒng)計3組計劃的機器跳數(shù)和照射時間。

1. 5 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 23.0對本研究中3組計劃的劑量學(xué)參數(shù)進行配對t檢驗分析，數(shù)據(jù)以±s表示。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)和OAR劑量學(xué)比較

3組PTV和OAR劑量參數(shù)結(jié)果如表1所示。3組計劃得到的靶區(qū)D95和CI參數(shù)的差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。對于GI，DJ2.5組優(yōu)于其他兩組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。DJ2.5組的患側(cè)肺 V5、V10、Dmean、健側(cè)肺Dmean、脊髓Dmax、心臟Dmean、食管Dmean均優(yōu)于DJ5.0和 FJ2.5組（P＜0.05）。其中DJ2.5組的患側(cè)肺V5、V10和Dmean與DJ5.0和FJ2.5組相比分別下降了3%、3.7%，1.1%、1.9%和0.2 Gy、0.4 Gy。DJ5.0組的患側(cè)肺的V5、V10和Dmean優(yōu)于FJ2.5組（P＜0.05），其他評價參數(shù)的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。圖1為3組計劃得到的矢狀面劑量分布圖，劑量線從20～50 Gy，圖1所示使用動態(tài)鎢門技術(shù)的計劃組在頭腳方向的劑量跌落更加陡峭。

表1 3組PTV和OAR劑量參數(shù)結(jié)果

圖1 3組計劃的劑量分布圖

2.2 機器跳數(shù)和照射時間比較

使用5.0 cm射野寬度可以顯著降低計劃的機器跳數(shù)和照射時間，DJ5.0 組與FJ2.5 和DJ2.5 組相比，機器跳數(shù)分別降低了37.0%、40.7%（P＜0.05），照射時間分別降低了34.5% 、37.9%（P＜0.05）。另外，在使用相同的射野寬度時動態(tài)鎢門技術(shù)將會增加機器跳數(shù)和照射時間，DJ2.5組與FJ2.5組相比分別增加了6.2%和5.5%（P＜0.05）（表1）。

3 討論

HT技術(shù)雖已廣泛地應(yīng)用于臨床，但其因治療時間較長而常受到質(zhì)疑[8-9,17]，很少用于SBRT。Pasquier等[17]的研究中比較了10例前列腺癌患者的VMAT和HT計劃，其中HT和VMAT計劃組的照射時間分別是7.4和3.1 min。HT的計劃設(shè)計中可以通過改變調(diào)制因子、螺距和射野寬度等方式縮短照射時間，其中改變射野寬度可以明顯降低機器跳數(shù)和照射時間。Hui等[18]研究中，使用射野寬度1 cm的計劃照射時間是2.5 cm的2倍，5 cm計劃的4倍以上。雖然通過增加射野寬度方法可以有效降低HT的治療時間，但是射野寬度5.0 cm卻會對計劃質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響，較少應(yīng)用于臨床。HT的動態(tài)鎢門技術(shù)在靶區(qū)縱向邊緣實現(xiàn)寬度調(diào)制，鎢門最小寬度縮短至1 cm，其實質(zhì)是可以縮短射野的半影寬度。通過胡志輝等[19]的研究可知，動態(tài)鎢門技術(shù)使得5.0 cm射野寬度的半影小于1.0 cm固定鎢門的半影寬度。動態(tài)鎢門技術(shù)中射野半影和散射線的減少，有效地降低了OAR的V5、V10等低劑量照射范圍。由于新版的HT設(shè)備才配置動態(tài)鎢門技術(shù)，國內(nèi)少有關(guān)于HT動態(tài)鎢門技術(shù)報道，特別是HT動態(tài)鎢門技術(shù)在肺癌SBRT的應(yīng)用報道。

本研究比較了DJ2.5、FJ2.5和DJ5.0等技術(shù)在肺癌SBRT中的應(yīng)用，結(jié)果表明，當(dāng)選擇相同射野寬度時，使用動態(tài)鎢門技術(shù)可以降低OAR的受照劑量，提高計劃質(zhì)量。DJ2.5和FJ2.5組相比，患側(cè)肺的V5、V10和Dmean分別減少了3.7%、1.5%和0.4 Gy、健側(cè)肺的Dmean減少了0.3 Gy。肺的V5、V10、V20和Dmean等劑量學(xué)參數(shù)均與放射性肺炎的發(fā)生密切相關(guān)[20-21]，通過動態(tài)鎢門技術(shù)可以進一步減少放射性肺炎發(fā)生的可能。除了肺以外，DJ2.5計劃的脊髓Dmax、心臟Dmean以及食管Dmean均優(yōu)于FJ2.5組。動態(tài)鎢門技術(shù)可以更好地保護OAR這一結(jié)論與國外研究結(jié)果一致[11-12,22]。在Manabe等[12]的研究中，DJ2.5得到的計劃質(zhì)量最好，與FJ2.5和DJ2.5得到的肺V5和V20相比分別降低了3.3%、1.6%、0.7%和0.4%。Sugie等[22]比較了動態(tài)鎢門技術(shù)在乳腺癌中的應(yīng)用，對于大多數(shù)OAR，DJ2.5計劃組均優(yōu)于FJ2.5和DJ2.5計劃組。另外，采用相同射野寬度時，動態(tài)鎢門組得到機器跳數(shù)和照射時間率高于固定鎢門組，機器跳數(shù)和照射時間分別增加了583 MU和0.6 min。

Rudofsky等[23]研究中比較了10例肺癌患者使用FJ2.5和DJ2.5計劃的照射時間，其中FJ2.5計劃照射時間為31.9 min，而DJ2.5計劃將照射時間縮短了38.8%，只需19.5 min。本研究使用5.0 cm射野寬度結(jié)合動態(tài)鎢門技術(shù)可以顯著降低HT的照射時間，提高照射效率，DJ5.0、FJ2.5和DJ2.5組的照射時間分別為7.2、11.0和11.6 min，其中DJ5.0與FJ2.5和DJ2.5組相比，照射時間分別降低了34.5%和37.9%，而機器跳數(shù)降低了37.0%和40.7%。另外，DJ5.0和FJ2.5組相比具有相同或者更好的計劃質(zhì)量，其中DJ5.0組的患側(cè)肺V5、V10和Dmean比FJ2.5組降低了0.7%、0.4%和0.2 Gy，其他OAR的劑量學(xué)參數(shù)差異無統(tǒng)計學(xué)意義。

4 結(jié)論

綜上所述，射野寬度為5.0 cm的動態(tài)鎢門組可以在得到與FJ2.5組相同或更好計劃質(zhì)量的同時有效地降低照射時間，提高治療效率。因此，綜合考慮計劃質(zhì)量和治療效率，推薦使用DJ5.0替代FJ2.5應(yīng)用于肺癌SBRT。另外，通過本研究可知，DJ2.5得到的計劃質(zhì)量最優(yōu)，如果不考慮治療效率可以使用該照射技術(shù)。