肺部小腫瘤γ刀、靜態IMRT及VMAT放療劑量學比較

唐正中，胡宗濤，吳愛東，牛振洋

(1.解放軍第105醫院腫瘤三科，安徽 合肥　230022；2.安徽省立醫院放療科，安徽 合肥　230001)

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肺部小腫瘤γ刀、靜態IMRT及VMAT放療劑量學比較

唐正中1，胡宗濤1，吳愛東2，牛振洋1

(1.解放軍第105醫院腫瘤三科，安徽 合肥230022；2.安徽省立醫院放療科，安徽 合肥230001)

摘要：目的比較體部γ刀、靜態調強(sIMRT)與容積旋轉調強(VMAT)的肺部小腫瘤中放療計劃的劑量學差異。方法選擇16例肺部小腫瘤患者，分別設計γ刀、sIMRT(計劃2)和VMAT計劃，使得95%靶體積(PTV)達到處方劑量要求,比較三種計劃的靶區劑量、危及器官劑量、均勻指數(HI)及適形指數(CI)的差異。結果16例患者三種計劃的PTV劑量分布及劑量參數都能達到臨床治療要求，處方劑量覆蓋95%的PTV，危及器官的劑量限值也能滿足要求。γ刀計劃的適形性(CI)及均勻性(HI)分別為(1.67±0.13)和(0.70±0.06)，在三種計劃中表現為最差(P<0.05)；而sIMRT和VMAT計劃的PTV靶區適形性和均勻性相似，差別不明顯(t=0.96和1.37，P=0.36和0.19)。在三種計劃中，γ刀計劃的全肺V5、V10、V15、V20、V25、V30和脊髓Dmax最低，差異顯著(P=0.00)，而食管Dmax雖然較低，但并無統計學意義。sIMRT和VMAT相比，肺V10、V30略低，且有統計學意義，而食管及脊髓最大受照劑量、肺V5、V15、V20、V25雖然差異不大(P>0.05)，但VMAT計劃均高于sIMRT計劃相應參數值。結論與sIMRT和VMAT相比，在肺部小腫瘤的放療中，γ刀能明顯提高靶區劑量且較好保護危及器官，但均勻性及適形性較差。

關鍵詞:肺腫瘤/放射治療；體部γ刀；靜態調強放射治療；容積旋轉調強放療；劑量學

Comparison of dose distribution in body gamma knife, static intensity

近年來，三維適形調強放射治療已成為臨床有手術禁忌肺部小腫瘤患者另一種治療選擇，雖然療效較好，但由于肺的放射損傷難以控制，總劑量很難提高。文獻報道立體定向體部放射治療(stereotactic body radiation therapy，SBRT)對治療肺部小腫瘤有較高的局部控制率[1]，并且正常組織受量較少,部分彌補了上述不足。伽馬刀是利用γ射線立體聚焦和旋轉照射實施SBRT，可進一步提高治療增益比，提高治療療效。而容積弧形調強放療(volumetric modulated arc radiotherapy，VMAT)作為一種新型的放射治療技術，它是加速器在拉弧旋轉照射時，其多葉準直器葉片位置隨著機架的旋轉和靶區形狀的不同而改變，使照射束與受照靶體積始終保持一致，進而提高靶區劑量，降低周圍正常組織劑量目的，目前也逐漸被用于肺部小腫瘤的精確放療。為研究上述三種放療技術的臨床應用的差異，本研究通過比較16例肺部小腫瘤患者的劑量學參數，分析這三種放療技術劑量學分布差異, 以期為臨床工作提供劑量學依據。

1資料與方法

1.1一般資料選擇2014年7月至2014年10月在解放軍第一〇五醫院進行γ刀照射的16例不宜或不愿手術切除肺部小腫瘤患者，其中鱗癌4例，腺癌6例，肺部轉移癌6例，且無放療禁忌證。男性11例，女性5例,年齡27～82歲，中位年齡56.5歲，平均年齡57.1歲，卡氏評分≥70分。病灶最大直徑1.52～6.23 cm，中位數4.09 cm，平均值4.03 cm。計劃靶體積6.8～135.4 cm3，中位數69.35 cm3，平均值76.75 cm3。

1.2體位固定和CT掃描所有患者都采用真空負壓袋仰臥位固定，雙臂上抬交叉置額頂，為減少由于皮膚移動造成定位及治療擺位的誤差，定位時負壓袋不應過度包繞?；颊弑３制届o呼吸,行螺旋CT掃描,范圍從頸中線到膈肌下3 cm包括全肺組織，層厚3～5 mm，獲得定位圖像，核準Z線值及患者體表標記點的X、Y、Z坐標參數及重復擺位讀數，以不易移動的骨性標志作為體表標記點,將定位掃描所獲得的定位圖像經網絡傳輸到Luna Plan伽瑪刀治療計劃系統(西安一體月亮神)，在計劃系統中對患者體表、預選靶點、敏感組織等結構進行三維圖像重建顯示。靶區勾畫完成后將CT圖像拷貝至Pinnacle3 10.0治療計劃系統，設計sIMRT及VMAT計劃。

1.3靶區和危及器官的勾畫靶區勾畫由同一位醫師在三維重建后的CT圖像的肺窗下上逐層勾畫大體腫瘤體積(gross target volume,GTV)，鱗癌GTV外放6 mm得到臨床靶體積(clinical target volume,CTV)，腺癌、無病理和轉移瘤GTV外放8 mm得到CTV，CTV外擴5 mm得到計劃靶體積(planning target volume,PTV)。若患者的肺功能較差或CTV較大，則適當手工修改CTV，根據患者的肺功能狀況及呼吸幅度。適當加大患者上下PTV的外擴范圍，最大至CTV外10～15 mm。OAR主要包括食管、脊髓等。

1.4治療計劃設計由同一名物理師在Luna Plan和Pinnacle310.0 治療計劃系統中分別為每位病例設計一個γ刀、sIMRT和VMAT計劃。γ刀計劃采用50%等劑量線(處方劑量)覆蓋95%PTV，sIMRT及VMAT計劃均用6MV-X線、95%PTV接受處方劑量照射，處方劑量為60 Gy。正常組織劑量限值：脊髓Dmax≤45 Gy，食管Dmax≤60 Gy，肺V20≤25%，肺V30≤20%。

1.5治療計劃評估利用劑量體積直方圖(Dose Volume Histogram,DVH)對三種計劃的靶區、危及器官受照劑量進行統計學分析：

(1)計劃靶區劑量及體積參數：PTV最大劑量(PTVDmax)、最小劑量(PTVDmin)和平均劑量(PTVDmean)；5%和95%PTV體積所受的照射劑量(D5%,D95%)。

(2)計劃靶區劑量均勻性指數HI[2]：

HI(homogeneity index，HI))值越低，則靶體積劑量均勻性越好,反之，值越高則均勻性越差。

(3)計劃靶區劑量適形指數CI[3]：

其中，VT，ref表示參考等劑量線(本文為95%)覆蓋的PTV體積；VT為PTV體積；Vref為參考等劑量線包圍的所有體積，CI(comfomity index，CI)取值范圍為0～1，CI值越大則適形度越好，反之亦然。

(4)主要危及器官受量：雙肺受照5 Gy體積(V5)、V10、V15、V20、V25、V30，脊髓最大劑量(Dmax)，食管最大劑量(Dmax)。

2結果

2.1計劃靶區劑量分布及劑量參數比較16例患者三種計劃的PTV劑量分布及劑量參數都能達到臨床治療要求，處方劑量覆蓋95%的PTV。與sIMRT及VMAT計劃相比，γ刀計劃PTV平均劑量和最大劑量遠高于其它兩種計劃(P<0.05)，sIMRT計劃PTV平均劑量和最大劑量也大于VMAT計劃相應值，并且差異有統計學意義(t=2.29和3.36，P<0.05)；sIMRT、VMAT及γ刀計劃最小PTV劑量比較差異也顯著不同，γ刀計劃靶區Dmin明顯偏低，這在計劃評估和臨床實際應用中有一定意義。圖1為一例患者γ刀、sIMRT及VMAT計劃等劑量分布圖。

圖1　一例患者γ刀 、sIMRT及VMAT計劃橫

2.2計劃靶區適形性及均勻性比較γ刀計劃的適形性(CI)及均勻性(HI)分別為(1.67±0.13)和(0.70±0.06)，在三種計劃中表現為最差，并且差異具有統計學意義(P<0.05)；而sIMRT和VMAT的PTV靶區適形性和均勻性相似(t=0.96和1.37，P=0.36和0.19)，差別不明顯，見表1～3。

2.3危及器官劑量比較相對于sIMRT和VMAT，γ刀計劃的全肺V5、V10、V15、V20、V25、V30和脊髓Dmax最低，差異顯著(所有P=0.00)，顯示了較大的優越性；而食管Dmax雖然較低，但并無統計學意義。sIMRT和VMAT相比，肺V10、V30略低，且有統計學意義，而食管及脊髓最大受照劑量、肺V5、V15、V20、V25雖然差異不大，但VMAT計劃均高于sIMRT計劃相應參數值，即低劑量照射區域較大，見表1～3。

參數sIMRTVMATtPV541.70±9.2743.31±10.07-1.410.18V1024.45±6.9626.62±7.49-2.440.03V1518.58±4.9819.07±4.65-0.990.34V2015.32±4.3115.58±3.93-0.760.46V2513.19±4.3713.53±3.98-1.150.27V3011.36±4.3011.89±3.93-2.290.04食管Dmax32.66±18.0634.86±18.23-1.380.19脊髓Dmax22.48±12.0925.45±11.83-1.830.09PTVDmin52.56±8.0553.29±8.29-1.750.10PTVDmax67.04±2.3166.21±1.833.360.00PTVDmean62.32±4.4161.89±4.752.290.04CI0.78±0.060.77±0.090.960.36HI1.09±0.031.08±0.031.370.19

注：Dmax、Dmin、Dmean單位為Gy ，HI、CI 無單位(下同)。

參數sIMRTγ刀tPV541.70±9.2725.00±6.07-17.970.00V1024.45±6.9619.50±6.02-14.050.00V1518.58±4.9815.75±6.39-14.980.00V2015.32±4.3113.10±6.01-14.260.00V2513.19±4.3710.94±5.2612.100.00V3011.36±4.309.25±4.7010.580.00食管Dmax32.65±8.1031.95±24.010.360.72脊髓Dmax22.47±12.0918.68±12.693.080.01PTVDmin52.56±8.0537.98±17.613.660.00PTVDmax67.04±2.32120.00±0.0091.390.00PTVDmean62.32±4.4285.20±6.0212.400.00CI0.78±0.060.70±0.063.880.00HI1.09±0.031.67±0.13-17.610.00

注：γ刀計劃50%等劑量曲線覆蓋95%PTV,處方劑量為60 Gy，PTVDmax為120 Gy。

參數VMATγ刀tPV543.31±10.0725.00±6.07-17.180.00V1026.62±7.4919.50±6.02-14.180.00V1519.70±4.6515.75±6.39-16.460.00V2015.58±3.9313.10±6.01-15.930.00V2513.53±3.9810.94±5.2613.620.00V3011.89±3.939.25±4.7012.120.00食管Dmax34.87±18.2331.95±24.011.190.25脊髓Dmax25.45±11.8318.68±12.694.770.00PTVDmin53.29±8.2937.98±17.623.910.00PTVDmax66.21±1.83120.00±0.00117.440.00PTVDmean61.89±4.7585.20±6.0212.120.00CI0.77±0.090.70±0.062.740.02HI1.08±0.031.67±0.13-18.380.00

3討論

在所有惡性腫瘤中，肺癌的發病率與死亡率均居首位[4]，放射治療作為肺部小腫瘤(本研究定義為病灶最大直徑小于6.3 cm、可接受伽馬刀治療的病灶)局部治療手段之一，可提高腫瘤局控率和控制遠地轉移。臨床實踐證明，提高靶區劑量可提高腫瘤局控率，進而提高生存率，因此放療一方面要盡量提高肺部腫瘤靶區的受照劑量，但同時也應盡量保護腫瘤周圍正常組織，最大限度地提高治療增益比，使得靶體積內劑量達到足夠的腫瘤致死劑量，同時保護周圍正常組織和器官少受或者免受不必要的照射。盡可能根除肺部病灶可明顯改善患者預后[5]。目前，臨床中已廣泛應用γ刀、調強放療等技術治療有手術禁忌的肺部小腫瘤，并取得較好的療效。

由于肺的毒性反應發生概率與受照體積相關，而脊髓損傷決定于受照射的最大劑量。本研究顯示，與靜態調強(sIMRT)和容積弧形調強放療(VMAT)相比，γ刀計劃的PTV平均劑量和最大劑量遠高于其它兩種計劃，全肺V5、V10、V15、V20、V25、V30和脊髓Dmax也最低，即對肺和脊髓等正常組織起到很好的保護，但γ刀計劃的靶區劑量適形性、均勻性比都差于其它兩種計劃，且有統計學意義。申戈等[6]報道γ刀與調強放療計劃的CI值相似，γ刀計劃的HI值大于調強放療計劃相應值，即均勻性較差；γ刀計劃的肺V5、V10、V20、V30小于調強放療計劃，這與本研究結果相似。

γ刀與容積旋轉調強放療關于肺部小腫瘤放療的劑量學比較文獻報道較少，本研究結果表明γ刀與VMAT的計劃結果同γ刀與sIMRT計劃結果相似。Rao等[7]研究比較6例肺癌患者(病人數據共18個)VMAT和靜態子野調強計劃，兩計劃PTV覆蓋率和危及器官保護方面非常相似，與VMAT相比, sIMRT計劃的肺V20略低,但無統計學意義。Zhang等[8]將125例非小細胞肺癌患者隨機分組并分別設計一個IMRT和VMAT放療計劃，VMAT計劃的肺V5、V10要顯著高于IMRT計劃，而肺V20，V30要顯著低于IMRT計劃(均有統計學意義)，且認為肺功能較差的患者選擇IMRT較好，肺功能正?；颊咄扑]使用VMAT治療。蔣軍等[9]認為VMAT計劃可以提高靶區的適形性，同時有降低危及器官劑量的潛力，但因為其旋轉治療的特點，正常組織接受低劑量照射的體積增加，是否增加放射性肺損傷的風險及發生不利的遠期影響還有待臨床進一步觀察與研究。本研究結果顯示，sIMRT和VMAT計劃相比，sIMRT計劃的肺V10、肺V30略低，且差異顯著；而肺V5、V15、V20、V25雖然差異不大，但VMAT計劃均高于sIMRT計劃相應參數值，即低劑量照射區域較大，會對肺功能較差的患者產生比較嚴重影響。

在放射治療過程中，患者可能出現全身、呼吸系統、消化系統及血液學毒副反應[10]。有研究報道顯示，伽馬刀治療早期肺癌發生反射性肺炎在Ⅱ級以下，未出現嚴重的Ⅲ級和Ⅳ級放射性肺炎[11]。而有關常規分割sIMRT的研究顯示，出現Ⅲ級放射性肺炎的概率約為7.9%[12]。這可能因為體部伽馬刀的放大鏡原理，伽馬射線完全填充靶病灶，導致腫瘤組織高劑量照射，周圍組織逐層減弱，周圍正常組織受量較小，最大可能地保護了正常組織[13]，與sIMRT及VMAT計劃相比，減少了患者的不良反應。

此外,在我們當前的醫療環境中，治療成本也越來越受關注，選擇不同治療技術也應考慮其成本效益，γ刀比IMRT和VMAT相比，其治療費用相對較為便宜。當然，不是所有SBRT案例都是最好的治療方案，這要取決于肺癌不同位置、大小、運動和病期，有一些患者可能使用特定的治療更為有效[14]。

總之，在滿足靶區臨床劑量學需求前提下，與sIMRT及VMAT相比，γ刀能明顯提高在肺部小腫瘤靶區劑量且能較好保護周圍重要器官，但靶區均勻性及適形性較差。

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modulated radiotherapy and volumetric modulated arc radiotherapy

for small mass in lung

TANG Zheng-zhong1,HU Zong-tao1,WU Ai-dong2,et al

(1.105HospitalofPLA,Hefei,Anhui230022,China;

2.AnhuiProvincialHospital,Hefei,Anhui230001,China)

Abstract:Objective To explore dose distribution difference in body gamma knife,static intensity modulated radiotherapy and volumetric modulated arc radiotherapy for small mass in lung. Methods Sixteen patients with small mass in lung were enrolled in the study, gamma knife radiotherapy plan, sIMRT plan and VMAT plan made respectively for each mass. All plans were optimized to meet the requirement of 95% target volume (PTV) covered by prescribed dose. We compared multiple parameters such as dosimetric parameters of PTV, organ at risk(OAR), homogeneity index(HI) and comfomity index(CI) of three radiotherapy plans.ResultsSixteen cases with three plans of PTV dose distribution and dose parameters could meet the requirements of clinical treatment, and prescription dose to cover 95% of the PTV, OAR dose limit could also meet the requirements. The Homogeneity index (CI) and conformity index (HI) of Gamma knife plan were 1.67±0.13 and 0.70±0.06，respectively, which had the worst performance among three plans(P<0.05)；the homogeneity index(HI) and conformity index(CI) of PTV in sIMRT and VMAT plan were similar, without obvious difference (t=0.96 and 1.37，P=0.36 and 0.19, respectively). The whole lung V5, V10, V15, V20, V25，V30and spinal cord Dmax were the lowest in gamma knife plan withsignificant difference (P=0.00). Although the esophagus Dmax was lower, it had no statistical significance. Compared with VMAT, lung V10, V30 of sIMRT were slightly lower with statistical significance. All the parameters of VMAT plan were higher than those of sIMRT although the Dmax of esophagus and spinal cord, lung V5, V15, V20, V25were not significantly different (P>0.05). ConclusionsCompared with sIMRT and VMAT, gamma knife radiotherapy for the treatment of small mass in lung can obviously increase the target dose and better protect OAR, but is poor in homogeneity and conformity.

Key words:lung cancer/radiotherapy;body gamma knife;static intensity modulated radiotherapy;volumetric modulated arc radiotherapy;dosimetry

收稿日期：(2015-08-19，修回日期：2015-10-21)

doi:10.3969/j.issn.1009-6469.2016.01.020