非小細胞肺癌SBRT放療劑量分布的研究＊

單改仙，蘇曉明，戴卓捷，吳清芹，樊晶晶，申玉龍，王宗燁

肺癌發(fā)病率高居全球首位，來自WHO國際癌癥研究署（IARC）的數(shù)據(jù)顯示，在中國每年約有600 000例患者死于肺癌，很多患者因為心肺功能不全無法手術治療。隨著科技的發(fā)展，很多不能手術切除的腫瘤患者可通過新興的非手術方法治愈［1－3］。在這些新興的方法中放療已成為肺癌的主要局部治療手段之一。體部立體定向放射療法（stereotactic body radiation therapy，SBRT） 是利用多束射線、多源、多野在三維空間聚焦、集束原理將高能射線聚集在體內治療腫瘤，達到最強殺死腫瘤的目的［4］。隨著放療設備的更新和放療技術的發(fā)展，非小細胞肺癌（non small cell lung cancer，NSCLC）的 SBRT 治療成為近年來國內外研究的熱點［5－8］，為沒有手術機會的患者帶來了新的希望。

該研究分別采用逆向調強 （inverse－modulated radiation therapy，IMRT）、容積旋轉調強（Volumetric－modulated arc therapy，VMAT）和非共面容積旋轉調強（N－VMAT）進行治療計劃的設計，比較計劃靶區(qū) （planning target volume，PTV） 和危及器官（organs at risk，OAR）的劑量分布圖、劑量體積直方圖（DVH）和相關的劑量學參數(shù)以及機器跳數(shù)、治療時間，以期為NSCLC的SBRT臨床治療提供理論參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取解放軍第306醫(yī)院放療科2015年12月—2016年12月的20例診斷明確且接受SBRT的NSCLC患者，其中男12例，女8例；中位年齡61歲；腫瘤直徑均＜5 cm。所有治療患者均簽署放療知情同意書。定位采用菲利普公司的Philips Big Bore的大孔徑CT，計劃設計采用Monaco5.1 TPS，治療采用瑞典醫(yī)科達公司先進的Axesse四維圖像引導放射治療系統(tǒng)進行治療。

1.2 方 法

1.2.1 定位 采用4D方式進行CT定位，獲取患者的呼吸波形，將每個呼吸波形按時間或者振幅等分成10個時相。掃描條件設定為：螺旋掃描、層厚層間距均為5 mm，其中雙肺要包括在視野之內，掃描期間患者平靜呼吸即可。掃描結束后將帶有定位信息的CT掃描序列圖像以DICOM格式傳輸?shù)街委熡媱澫到y(tǒng)中。

1.2.2 靶區(qū)勾畫 靶區(qū)包括GTV（Gross target volume），ITV和PTV，其中GTV是在10個呼吸時相對應的肺窗CT上勾畫的靶區(qū)，ITV是在最大密度投影（MIP）圖像上進行勾畫，PTV是在ITV的基礎上前后左右上下各外放5 mm。危及器官包括左肺（L－lung）、右肺（R－lung）、心臟（Heart）和脊髓（Cord）等。放療處方為 50 Gy（5 Gy/次×10 次，5 次/W）。

1.2.3 計劃設計 通過Monaco5.1計劃系統(tǒng)，分別采用IMRT、VMAT和N－VMAT進行治療計劃的設計。三者設計的其他參數(shù)設置相同（如射野等中心點，優(yōu)化目標條件等），具體如表1所示。

1.2.4 計劃驗證 所有計劃均行中心點劑量與通量驗證。采用德國IBA公司的Matrix電離室探測器掛在加速器機頭上測量每個射野劑量的分布，通過Compass軟件進行γ值評估，其中標準為3 mm/3%時的通過率均在95%以上。

表1 三種計劃的設計方式

1.2.5 計劃評估 評估參數(shù)包括對于靶區(qū)PTV的D2%、D95%、D50%、適形指數(shù)（CI）和均勻性指數(shù)（HI），危及器官中左肺的 V5%、V10%、V20%、Dmean、右肺的 V5%，V10%、Dmean、脊髓的Dmax和心臟的V20%以及機器的跳數(shù)和治療時間。另外，評估在SBRT的低分次等效為常規(guī)分次（單次劑量 2 Gy）時左肺的 V5%、V10%、V20%、Dmean、右肺的 V5%，V10%、Dmean、脊髓的 Dmax和心臟的 V20%。

1.2.6 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 19.0軟件對計劃評估參數(shù)進行統(tǒng)計分析。計量資料用x±s表示，組間比較采用t檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結 果

2.1 三種放療方式的劑量分布以及DVH圖比較圖1是1例典型NSCLC靶區(qū)PTV中心層面的劑量分布圖。層面中顯示的等劑量區(qū)域分別為5000 cGy、2000 cGy和500 cGy。圖中可以直觀看到三種計劃靶區(qū)被5000 cGy的處方劑量很好地包繞，N－VMAT計劃較IMRT計劃2000 cGy的劑量區(qū)域更集中，減少了健側肺的不必要投照；較普通VMAT而言，劑量分布有較好的改善，500 cGy的劑量區(qū)域明顯減少，劑量分布凹凸明顯，且周圍鄰近的危及器官受量也很低。圖2是該病例對應的體積－劑量直方圖（DVH圖），圖中不僅可以清晰地顯示計劃靶區(qū)PTV、危及器官受照劑量和體積的對應關系，而且可以定量看出 PTV、L－lung、R－lung、Heart和 Cord 在三種照射方式下的差異。

2.2 三種放療方式的靶區(qū)及危及器官等劑量參數(shù)的比較 表2中數(shù)據(jù)經統(tǒng)計分析結果顯示：對于靶區(qū)PTV的CI無論VMAT還是N－VMAT均較IMRT好，靶區(qū)的HI三者之間雖然沒有統(tǒng)計學差異，但是N－VMAT計劃的HI值更接近于1。PTV的D95%，D2%，D50%在三種計劃間無明顯差異（P＞0.05）。由于床轉角N－VMAT治療時間要長于普通VMAT（P=0.049），但仍然短于 IMRT（P=0.032）。N－VMAT 機器跳數(shù)介于IMRT與VMAT之間，其平均值較IMRT減少 10.9%（P=0.035）。

圖1 3種計劃的劑量分布圖

圖2 3種計劃中靶區(qū)PTV和危及器官DVH分布圖的對比

表2 3種計劃的靶區(qū)PTV劑量學參數(shù)比較（20例NSCLC患者結果）

表3中數(shù)據(jù)經統(tǒng)計分析結果顯示：患側肺的V5、V10、Dmean以及健側肺的 V5、Dmean，N－VMAT 均優(yōu)于IMRT和VMAT計劃，患側肺的V20無論是VMAT還是N－VMAT均低于IMRT計劃；脊髓的劑

量都很低，相比較IMRT較VMAT和N－VMAT更好；對于心臟的受量，IMRT介于VMAT和N－VMAT計劃之間。

2.3 處方劑量與等效劑量危及器官等劑量參數(shù)的比較 將處方劑量根據(jù)生物學效應等效為單次劑量為2 Gy時的劑量為75 Gy，表4是處方劑量與等效劑量對應的危及器官的受量，結果顯示，各參數(shù)的評估均在正常限值的允許范圍之內。

表3 3種計劃的OAR劑量學參數(shù)比較（20例NSCLC患者結果）

表4 處方劑量與等效劑量的參數(shù)比較

3 討論

NSCLC是肺癌中常見的一種，近年來，其發(fā)病率日益升高。隨著放療設備的更新和放療技術的發(fā)展，早期肺癌的SBRT是近年來研究的熱點，國內外學者們分別從臨床、物理和生物等角度對其進行研究，并且取得一定成果，如Verstegen等研究發(fā)現(xiàn)，自從SBRT應用以來，Ⅰ～Ⅱ期NSCLC的老年患者選擇放療的人群增加了16%，而選擇不做任何治療的老年患者降低12%，并且選擇SBRT治療的患者總生存時間明顯增加［9］。2015年復旦大學附屬中山醫(yī)院采用 TOMO 引導 4D－CT 掃描［10］，呼吸時相融合控制技術實施SBRT治療，研究發(fā)現(xiàn)腫瘤部位的不同（中央型和周圍型）并沒有使患者治療總反應率有顯著差別。

該研究分別采用逆向調強（IMRT）、容積旋轉調強（VMAT）和非共面容積旋轉調強（N－VMAT）進行治療計劃的設計，比較計劃靶區(qū)（PTV）和危及器官（OAR）的劑量分布圖、劑量體積直方圖（DVH）和相關的劑量學參數(shù)以及機器跳數(shù)、治療時間。結果顯示，無論哪種計劃均可以滿足靶區(qū)劑量的要求。對于靶區(qū)，非共面VMAT無論在均勻度和適形度上均優(yōu)于IMRT計劃。在患側肺和健側肺的評估上，低劑量區(qū)非共面VMAT也具有優(yōu)勢。此外，非共面VMAT較IMRT機器跳數(shù)減少（10.9%）的同時，治療時間縮短。對于脊髓和心臟而言，接受的劑量均很低，三者相比，IMRT計劃較其他更低。

在患者治療時，與IMRT計劃相比，VMAT在不間斷出束的同時，還可以實現(xiàn)動態(tài)調節(jié)機架運動、照射劑量率和射野的形狀，從而增加治療的自由度，縮短治療時間。在劑量分布上，由于N－VMAT的設計是有床轉角，非共面VMAT放療技術與IMRT及普通VMAT放療技術相比，不僅能較好地滿足處方劑量覆蓋靶區(qū)，低劑量區(qū)的劑量線分布密集，劑量陡降明顯，能有效地保護臨近的危及器官，如雙肺，減少不必要的投照，從而保證功能的完善，降低放射性肺炎的發(fā)生率。后期隨訪發(fā)現(xiàn)，放療后的NSCLC患者的一些臨床癥狀都得到了緩解與改善。該研究樣本量相對較少，后期仍有待進一步擴充樣本進行深入研究。

相比于IMRT及普通VMAT放療技術，非共面VMAT放療技術進行NSCLC治療計劃的設計，高于一般放療技術設計計劃質量的同時，對正常肺組織的保護更好。在確保滿足治療指標要求的基礎上，能夠為臨床提供一種更可靠，療效更好，損傷更小的NSCLC治療方法，該方法在精確放射治療NSCLC上邁進了一步，為臨床治療提供了理論參考，值得推廣應用。