非均整器模式下早期非小細胞肺癌3種放療技術劑量學研究

陳飛，胡靜，龔筱欽，黨軍，游濤，戴春華

（江蘇大學附屬醫院 放療科，江蘇 鎮江 212001）

隨著放射治療技術的迅速發展，早期非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer, NSCLC）立體定向放射治療（stereotactic body radiation therapy，SBRT）的研究和臨床應用日益廣泛。由于SBRT技術單次處方劑量高、治療時間相對較長，患者在治療過程中難以保持固定體位。非均整器（flattening filter-free, FFF）模式作為新興的放射治療技術，其高劑量率使得治療時間縮短，局部控制率高且放療毒性低[1-3]。FFF模式移除加速器X射線射野均整器，大幅提高劑量率，其射野劑量分布與均整（filter-free, FF）模式有較大差異，完成單次大劑量的放射治療[4-5]治療時間可減少＞50%。本研究旨在比較FFF模式下早期NSCLC SBRT治療適形拉?。╟onformalarc therapy, CAT）、三維適形技術（3-dimensional conformal radiation therapy, 3D-CRT）及容積弧形動態旋轉調強（volumetric modulated arc therapy, VMAT）3種計劃方式劑量學和治療效率方面的差異，為臨床治療方案的選擇提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2014年12月-2017年7月該院收治的早期NSCLC患者15例。其中，男性10例，女性5例；年齡55～81歲，中位71歲；計劃靶區（planning target volume, PTV）體積15.7～110.4 cm3，中位60.3 cm3。本研究使用中央型肺癌發生在段支氣管至主支氣管，距離關鍵結構2 cm內（包括鄰近食管2例、心臟2例，其余11例為周圍型肺癌），均接受SBRT治療。

1.2 儀器與設備

Siemens Biograph mCT（德國西門子公司），Truebeam STX直線加速器（美國瓦里安公司）。配備120葉多葉光柵系統（multi-leaf collimators, MLC），該MLC中間32對葉片等中心投影寬度為0.25 cm，兩旁各14對葉片為0.5 cm，最大射野為22 cm×40 cm，治療計劃系統為Varian Eclipse 11.0（美國瓦里安公司）。

1.3 方法

1.3.1 定位及計劃設計 CT掃描和靶區優化：15例患者取仰臥位，體部真空袋固定。Siemens Biograph mCT進行4DCT掃描，CT掃描范圍從環狀軟骨水平至雙肺最低位置以下水平，掃描層厚均為3 mm；重建10個均分呼吸時相的CT圖像和平均密度投影圖像，將圖像導入Eclipse治療計劃系統，放療科主任醫師在10個時相上分別勾畫靶區，疊加后得到內靶區（internal target volume, ITV），ITV外擴0.5 cm得到PTV，然后在平均密度投影圖像進行計劃計算。按腫瘤放射治療組（radiation therapy oncology group, RTOG）標準勾畫危及器官（organ at rish, OAR）[包括肺（患側肺體積，需減去PTV）、脊髓、食管及心臟]。計劃設計：用Varian Eclipse 11.0計劃系統為每個病例設計3組計劃，選擇Truebeam STX直線加速器，能量選擇均為6X FFF（無均整器模式6 MV X射線），峰值劑量率1 400 MU/min。處方劑量50 Gy，10Gy/次，照射5次。CAT計劃設計弧度為逆時針179°～340°（左側肺癌組織）或逆時針20°～181°（右側肺癌組織），MLC Margin在PTV上均勻外放0.5cm，形狀與PTV適形。3D-CRT采用7野照射，布野角度在上述弧度中均分，MLC Margin外放同CAT技術。VMAT計劃設計與CAT同樣弧度，光闌角度為30，治療床均為0，計劃經1位臨床醫師和1位物理師審核確認符合臨床要求。為方便不同計劃可以比較，3種計劃歸一條件：設定100%處方劑量包含95%靶區體積。

1.3.2 計劃劑量評估 比較3種計劃劑量體積直方圖（dose volume histogram, DVH）與劑量分布，從DVH圖上分別讀取CAT、3D-CRT及VMAT計劃的以下指標并進行比較。靶區參數比較：①95%、105%的處方劑量覆蓋靶區體積的百分數V95%、V105%；②靶區最大劑量（maximum dose, Dmax）、靶區平均劑量（mean dose. Dmean），適形指數（conformity index, CI），CI=（VT,ref/VT）×（VT, ref/Vref）。其中，VT、ref為參考等劑量線與靶區重疊部分體積；VT為靶區體積，Vref為參考等劑量線體積。CI值越接近1，表示靶區劑量適形性越好。均勻指數（homogeneity index, HI），HI=D5/D95。其中，D5～5%靶區體積劑量；D95～95%靶區體積劑量。HI值越大說明超過處方劑量越大，PTV內劑量分布也越不均勻。OAR參數比較：①患側肺平均劑量（mean lung dose, MLD）接受≥5、20、30、40及50 Gy劑量照射的肺體積占患側肺體積的百分率（V5、V20、V30、V40及V50）健側肺V5；②脊髓Dmax、食管Dmax及心臟Dmean。

1.3.3 計劃執行效率評估 統計各計劃總跳數（monitor unit, MU）及治療時間（treatment time, TT）。計劃TT是在Truebeam STX直線加速器的自動治療模式下，從按下“Beam ON”按鍵到射線結束的整個治療過程時間。

1.4 統計學方法

數據分析采用SPSS 22.0統計軟件，計量資料以均數±標準差（±s）表示，隨機區組設計采用方差分析，兩兩比較用LSD-t檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 CAT、3D-CRT及VMAT PTV劑量參數比較

CAT、3D-CRT及VMAT PTV劑量參數比較，差異有統計學意義（P＜0.05）。CAT和 3D-CRT計劃中PTV的V95%、CI低于VMAT計劃（P＜0.05），而V105%、HI、Dmax、Dmean 高于 VMAT 計劃（P＜0.05）；CAT與3D-CRT計劃中PTV參數比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。見表1。

2.2 CAT、3D-CRT及VMAT計劃的肺、OAR受照劑量比較

在患側肺 V5、V20、V30、V40、Dmean方面，CAT和3D-CRT計劃高于VMAT計劃（P＜0.05）；在患側肺V20、V30方面，3D-CRT計劃高于CAT計劃（P＜0.05）；在脊髓Dmax方面，3D-CRT計劃低于CAT與VMAT計劃（P＜0.05）；患側肺V50、健側肺V5、食管Dmax及心臟Dmean，各OAR參數均能滿足RTOG限量標準，3種計劃比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。見表2、3。

2.3 CAT、3D-CRT及VMAT計劃效率參數比較

CAT和3D-CRT計劃的機器MU低于VMAT計劃（P＜0.05）；在治療時間上，CAT低于3D-CRT（P＜0.05），且 CAT 和 3D-CRT 均低于 VMAT（P＜0.05）。見表3。

表1 CAT、3D-CRT及VMAT PTV劑量參數比較 （n=15，±s）

表1 CAT、3D-CRT及VMAT PTV劑量參數比較 （n=15，±s）

注：1）與CAT比較，P＜0.05；2）與3D-CRD比較，P＜0.05

指標 V95%/% V105%/% CI HI Dmax/Gy Dmean/Gy CAT 99.14±0.69 79.97±6.25 0.62±0.05 1.19±0.04 60.93±2.08 55.21±1.44 3D-CRT 99.09±0.61 79.68±6.45 0.62±0.05 1.18±0.04 60.45±1.79 55.11±1.28 VMAT 99.78±0.451）2）23.92±26.791）2）0.83±0.051）2）1.07±0.031）2）55.87±3.681）2）51.87±0.861）2）F值 22.018 82.860 161.071 289.497 44.400 218.907P值 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

表2 CAT、3D-CRT及VMAT計劃的肺受照劑量比較 （n=15，±s）

表2 CAT、3D-CRT及VMAT計劃的肺受照劑量比較 （n=15，±s）

注：1）與CAT比較，P＜0.05；2）與3D-CRD比較，P＜0.05

指標 患側肺V5 患側肺V20 患側肺V30 患側肺V40 患側肺V50 Dmea/Gy 健側肺V5 CAT 32.99±10.67 15.51±6.36 8.49±3.69 4.61±2.10 1.88±1.67 8.04±2.67 6.35±7.55 3D-CRT 32.92±10.61 16.60±6.971）9.07±3.721）4.62±1.93 5.54±15.37 8.21±2.75 4.62±5.95 VMAT 29.98±10.261）2）13.57±5.891）2）7.04±3.001）2）3.47±1.571）2）0.63±0.83 7.01±2.441）2）4.33±4.70F值 33.943 17.678 29.865 19.032 1.198 47.787 11.71P值 0.000 0.000 0.000 0.000 0.317 0.000 0.199

表3 CAT、3D-CRT及VMAT計劃的OAR受照劑量和計劃效率參數比較 （n=15，±s）

表3 CAT、3D-CRT及VMAT計劃的OAR受照劑量和計劃效率參數比較 （n=15，±s）

注：1）與CAT比較，P＜0.05；2）與3D-CRD比較，P＜0.05

指標 脊髓Dmax/Gy 食管Dmax/Gy 心臟Dean/Gy MU TT/s CAT 13.43±6.49 15.97±9.70 2.59±3.23 1527.00±120.00 66.80±5.27 3D-CRT 12.41±5.961）14.59±9.58 2.93±4.12 1549.00±139.00 105.80±5.661）VMAT 15.18±6.992）16.09±8.39 2.36±2.68 3042.00±665.001）2）135.07±29.921）2）F值 4.581 1.118 0.880 102.878 74.750P值 0.019 0.341 0.426 0.000 0.000

3 討論

以前早期NSCLC主要治療手段為手術切除，其5年生存率高達80%[6-7]。隨著放療新技術的發展，SBRT逐漸成為治療早期NSCLC的重要手段之一，特別是對不能耐受手術治療的早期NSCLC患者，SBRT成為標準治療方法，療效與手術相當，甚至優于手術[1，8-9]。Truebeam STX直線加速器配有FFF出束模式，其特點是劑量強度不均勻的尖峰分布和超高劑量率。已有研究表明，FFF模式與FF模式（均整模式）比較，FFF模式可減少機頭散射和光子污染，且MLC漏射更少，從而降低靶區周圍劑量，能更好的保護正常組織[10-11]。多項研究顯示，FFF模式的療效與毒副反應與FF模式相當，且在滿足靶區劑量和保護OAR的同時能大幅縮短治療時間[3，12]。近年來關于FFF模式的SBRT治療研究有很多，但是關于FFF模式SBRT治療在早期NSCLC的相關報道較少，且多集中于FFF模式與FF模式的比較[13-14]。本研究將FFF模式下治療早期NSCLC SBRT的CAT、3D-CRT及VMAT 3種放療技術進行劑量學比較。

本研究結果表明，FFF模式下治療早期NSCLC的3種計劃均可滿足靶區劑量及OAR限量要求，VMAT與CAT、3D-CRT計劃比較，靶區劑量均勻性和適形性更好、平均劑量低，能更好的保護正常組織。治療效率方面，CAT、3D-CRT及VMAT 3者的機器跳數之比約為1：1.02：2.26。CAT治療時間最短，相比治療時間最長的VMAT計劃，CAT計劃的治療時間縮短約1 min，這可降低患者在治療中移動的可能性，從而提高劑量照射的準確性，還可減少患者因長時間固定體位產生的不適感。

有研究顯示，在均整模式下，對于肺癌患者不可忽視的呼吸運動，CAT和3D-CRT計劃射野有利于消除動態多葉準直器和呼吸運動導致腫瘤運動之間的相互影響，VMAT計劃受其影響較大[15-16]。但LI等[17]研究顯示，在非均整模式下給ITV外放0.5 cm距離（擺位誤差范圍），VMAT計劃中因動態MLC和靶區運動之間相互影響導致靶區（GTV和GTV+0.5 cm）劑量誤差可以忽略。

綜上所述，對早期NSCLC患者，3種計劃在靶區覆蓋和OAR限量均能滿足臨床治療要求。在靶區適形度和均勻性以及對肺的保護，VMAT計劃優于CAT和3D-CRT計劃；但在執行效率方面，CAT和3D-CRT更具有優勢。針對該特點，對早期非NSCLC患者，臨床可根據患者實際情況（如患者肺功能狀態、腫瘤靶區大小及腫瘤靶區與OAR的相對位置等），選擇合適的放療技術。