有無均整器模式對肝癌患者容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強放射治療計劃的劑量學影響

史子柯 馬霄云 張雁山 金雪玲 寇海瑞 吳嘉明

(甘肅省武威腫瘤醫(yī)院重離子中心放射物理室，甘肅 武威 733000)

肝癌是我國常見的惡性腫瘤之一，其發(fā)病率和死亡率分別位居我國惡性腫瘤的第4位和第2位。全世界每年新發(fā)病例約26萬人,其中我國占42%～45%[1-2]。放射治療技術(shù)被越來越多地用于肝癌的治療[3]。容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強放射治療(VAMT)利用動態(tài)多葉光柵(MLC)、可變劑量率和可變的機架轉(zhuǎn)速[4-5]，通過優(yōu)化的弧形照射來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)治療，理論上可以獲得更優(yōu)的靶區(qū)劑量分布，減少正常組織的受量[6-7]。無均整過濾器(FFF)模式移除了均整器，機頭散射因子和準直器散射因子降低，離軸比劑量分布變小，照射野周圍的劑量更低，提高了劑量率，其射野的劑量分布與有均整過濾器(FF)模式下有較大差別[8-10]。本研究針對肝癌患者分別制定FFF和FF下兩種VMAT計劃，比較分析兩種計劃的靶區(qū)以及危及器官(OAR)的劑量學差異，探究FFF-VMAT計劃用于肝癌臨床放療的優(yōu)勢。

1 對象和方法

1.1 對象

選擇2020年8月—2021年4月在甘肅省武威腫瘤醫(yī)院重離子中心確診為肝癌并放療的患者10例(靶區(qū)體積35～200 cm3)，年齡52～81歲。

1.2 設(shè)備

Vital beam直線加速器(美國瓦里安公司)、definition AS 64排大孔徑CT定位機(德國西門子)、真空負壓袋加熱塑膜固定裝置。

1.3 方法

1.3.1靶區(qū)勾畫及處方劑量 患者行CT增強掃描，范圍為第5胸椎至第4腰椎，層厚3 mm，掃描所得CT圖像以DICOM格式傳輸至治療計劃系統(tǒng)進行三維重建。由我中心放療醫(yī)生勾畫出計劃靶區(qū)(PTV)和OAR。靶區(qū)處方劑量50 Gy/25次[1,5]，OAR的限量設(shè)定分別為：胃Dmax≤4 500 cGy，雙腎Dmean≤1 500 cGy，十二指腸Dmax≤5 000 cGy，脊髓Dmax≤4 500 cGy，雙肺Dmean≤1 500 cGy，以及肝臟Dmean≤2 500 cGy。

1.3.2兩種治療計劃的設(shè)計 采用Eclipse 15.5治療計劃系統(tǒng)針對每例患者分別制定FFF模式和FF模式兩種VMAT治療計劃。FFF模式計劃需采用6MV-FFF能量射線，最大劑量率1 400 MU/min；FF模式計劃采用6 MV能量射線，最大劑量率為600 MU/min[11]。兩種治療計劃均采用VMAT技術(shù)，為使靶區(qū)有更好的劑量均勻性，并更好地保護正常肝組織，所有計劃均采用3個小半弧設(shè)計(準直器角度5°～20°)[12-13]。同時為減少對比誤差，兩組治療計劃的照射角度和優(yōu)化條件相同，歸一方式均為95%的PTV滿足處方劑量，處方劑量110%所包繞的體積不得超過靶區(qū)體積的1%。

1.3.3兩種治療計劃的評估指標及其標準 對FFF模式和FF模式兩種治療計劃的劑量分布云圖進行對比分析，評估指標包括靶區(qū)適形度(CI)和劑量均勻性(HI)(CI的值越接近于1，說明靶區(qū)的適形度越好，HI的值越接近于0，說明靶區(qū)的劑量均勻性越好)[14-15]，以及正常的肝組織受量和OAR受量、加速器總跳數(shù)和出束時間。其中CI=(PTV95/VPTV)×(PTV95/V95)，PTV95為PTV被95%的處方劑量線所包繞的體積，VPTV為PTV的體積，V95為95%的處方劑量線所包繞的所有區(qū)域的總體積；HI=(D2%-D98%)/D50%。OAR受量評估指標包括Dmean、Dmax、V5、V10、V15、V20、V25、V30、V35、V40。記錄兩種放療計劃的加速器總跳數(shù)和出束時間。

1.4 統(tǒng)計學處理

2 結(jié) 果

2.1 兩種治療計劃的劑量分布云圖比較

FF-VMAT和FFF-VMAT計劃均能滿足臨床處方要求，劑量分布云圖(包含橫斷面、冠狀面、矢狀面)顯示，F(xiàn)F-VMAT和FFF-VMAT計劃處方劑量均能較好包圍靶區(qū)，劑量分布類似，靶外無劑量熱點，靶內(nèi)無劑量冷點，且未見超出處方劑量110%的區(qū)域(圖1)。

A：FF-VMAT計劃,B：FFF-VMAT計劃

2.2 兩種治療計劃的靶區(qū)劑量分布比較

兩種治療計劃靶區(qū)CI和HI比較，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。兩種計劃靶區(qū)劑量分布都能滿足臨床處方劑量的要求。見表1、2。

2.3 兩種治療計劃的正常肝組織和OAR受量分布比較

兩種治療計劃的正常肝組織和OAR受量各項參數(shù)比較，差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。見表3、4。兩種模式下的正常肝組織和OAR受量情況均能滿足限制要求。

2.4 兩種治療計劃的加速器總跳數(shù)以及出束時間比較

FF-VMAT計劃以及FFF-VMAT計劃的加速器總跳數(shù)分別為(348.630±41.747)、(379.800±48.007)MU，出束時間分別為(0.592±0.066)、(0.271±0.034)min，F(xiàn)F-VMAT計劃以及FFF-VMAT計劃的加速器總跳數(shù)比較，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，出束時間比較，差異具有統(tǒng)計學意義(t=13.611，P<0.05)。

3 討 論

本研究采用的VAMT技術(shù)是一種較新的放療技術(shù)，其最大的優(yōu)勢是顯著提高了治療效率[4]。近年來臨床放療中越來越廣泛地采用VMAT技術(shù)聯(lián)合FFF模式，因其具有適形高效的特點，可提高腫瘤治療增益比。FFF與FF模式的演變反映了放療醫(yī)生和放射物理師對初始射線劑量均勻性與最終靶區(qū)內(nèi)部理想劑量分布因果關(guān)系的認識變化。FF模式以降低光子通量為代價，也即降低射線的劑量率來滿足射線質(zhì)均整性。FFF模式移除了均整器，射線質(zhì)軟化，平均能量變低，光子注量增加，劑量率提高，射線均勻性變差，半影變小，使小野靶區(qū)更容易產(chǎn)生較高的表面劑量，大野靶區(qū)產(chǎn)生相當?shù)幕蜉^低的表面劑量，但配合動態(tài)MLC調(diào)制，靶區(qū)也可以獲得較好的CI和HI。

本研究結(jié)果顯示，F(xiàn)F-VMAT和FFF-VMAT計劃均能滿足臨床處方劑量要求，靶區(qū)CI和HI無明顯差異。張基永等[16]對直腸癌放療相關(guān)劑量學研究顯示，F(xiàn)F模式較FFF模式能更優(yōu)地實現(xiàn)靶區(qū)劑量分布和均勻性，而FFF模式更利于保護射野周邊組織。REGGIORI等[17]對肝癌的研究表明，靶體積在100～300 cm3之間FFF模式的CI高于FF模式，靶體積小于100 cm3和大于300 cm3時FF模式CI更高。而吳思華等[18]的研究表明，靶區(qū)體積并沒有對兩種模式下靶區(qū)CI和HI產(chǎn)生出明顯的影響。

本研究中FFF模式下的靶區(qū)外劑量跌落更快,大部分正常肝組織和OAR的受量更低。靶區(qū)外劑量分布受到腫瘤形狀、大小、位置、劑量調(diào)制程度及射線能量高低和射線離軸比的影響[19]，射野外的組織受到的射線離軸比變大，射線平均能量比FF模式更低，劑量跌落較快。相關(guān)的研究也表明，F(xiàn)FF模式可以很好地保護靶外正常組織和OAR[20-22]。

本研究中FFF模式下的正常肝組織在3 000、3 500 cGy處的受照體積比FF模式下略高，右腎受照的平均劑量也略高，可能是因為FFF模式下射線質(zhì)的異質(zhì)性大于FF模式，離軸較遠處的平均能量比FF低，更易于被散射。而本研究的肝癌病灶位于右上腹，水等效深度大，這樣容易使較多的散射劑量沉積在正常肝組織和鄰近的右腎中，從而導致其受到略高的低劑量照射[22]。

本研究中FFF模式劑量率是常規(guī)FF模式的2.33倍，出束時間僅為FF模式的一半。FU等[23]研究顯示，F(xiàn)FF和FF模式下治療時間的差別和分割劑量有關(guān)。分割劑量越大，在FFF模式下治療時間縮減越多。在腦部立體定向放射治療(SBRT)、肺癌SBRT、前列腺癌立體定向消融放療(SABR)等單次照射劑量較高的放療中，其時間效率優(yōu)勢可得到充分發(fā)揮[18]。由于單次照射劑量大，F(xiàn)FF模式下的高劑量率可有效縮短出束時間，以此來減少器官運動帶來的影響，提高患者舒適度。但周鵬等[24]認為，F(xiàn)FF模式下的高劑量率在提高治療增益的同時也帶來了治療風險。因此，采用FFF模式治療前可采用呼吸門控、圖像引導及光學表面擺位等技術(shù)來確保靶區(qū)位置精確。

綜上，對肝癌患者的放療，采用FF-VMAT以及FFF-VMAT模式均能滿足臨床治療需要，其靶區(qū)CI和HI無明顯差異，但FFF-VMAT模式下的靶區(qū)外劑量跌落更快，正常肝組織和OAR的受量更低。另外，由于本研究采用的劑量分割為常規(guī)分割，F(xiàn)FF-VMAT模式的優(yōu)勢沒有得到充分發(fā)揮。