螺旋斷層動態鎢門技術在肺癌立體定向放療中的應用

吳駿翔，唐斌，康盛偉，王培，黎杰，吳凡

四川省腫瘤醫院（研究所）/四川省癌癥防治中心/電子科技大學醫學院 放射腫瘤學四川省重點實驗室，四川 成都 610041

引言

據統計，2015年我國肺癌的發病率和死亡率均居惡性腫瘤的首位，新發病例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或不愿接受手術的NSCLC患者的治療[6-7]。相比于調強放療和旋轉容積調強放療（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）等技術，螺旋斷層放療（Helical Tomotherapy，HT）很少應用于NSCLC的SBRT，主要是該技術的照射時間遠長于其他技術[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和照射時間，但是卻不能保證計劃質量。HT的動態鎢門技術通過鎢門的運動減少靶區邊緣頭腳方向的射野半影，即靶區邊緣頭腳方向的劑量跌落更快，從而降低靶區頭腳方向危及器官（Organ At Risk，OAR）的受照劑量[10-12]。動態鎢門技術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的動態鎢門（Dynamic Jaw 5.0 cm，DJ5.0）技術代替2.5 cm的固定鎢門（Fixed Jaw 2.5 cm，FJ2.5）技術應用于NSCLC的SBRT，在保證計劃質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，左側肺癌4例，右側肺癌6例，所有患者均無放療禁忌證。

1.2 CT定位和靶區、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數據傳送至美國MIM Software公司的 MIM Maestro軟件由主管醫生根據ICRU 83號報告[13]和RTOG 0915號報告[14]勾畫計劃靶區（Planning Target Volume，PTV）和OAR。醫生通過4DCT的不同呼吸時相勾畫出內靶區（Internal Target Volume，ITV），再將ITV在三維方向均擴0.5 cm生成PTV。OAR包括患側肺、健側肺、脊髓、心臟以及食管。

1.3 設計方案

將勾畫好的結構傳至美國Accuray公司的TomoTherapy治療計劃系統，在相同優化條件下分別設置FJ2.5、2.5 cm的動態鎢門（Dynamic Jaw 2.5 cm，DJ2.5）和DJ5.0計劃。劑量計算網格設為Fine；調制因子2.5；螺距設置為0.23；迭代次數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%的靶區體積，靶區內Dmax＜125%處方劑量。

1.4 計劃評價指標

靶區評估參數包括95% PTV體積的劑量D95、適形度指數（Conformal Index，CI）[15]以及梯度指數（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肺至少受到5、10 Gy劑量的體積（V5、V10）和平均劑量（Dmean）；健側肺的平均劑量（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，還統計3組計劃的機器跳數和照射時間。

1. 5 統計學分析

采用SPSS 23.0對本研究中3組計劃的劑量學參數進行配對t檢驗分析，數據以±s表示。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 靶區和OAR劑量學比較

3組PTV和OAR劑量參數結果如表1所示。3組計劃得到的靶區D95和CI參數的差異無統計學意義（P＞0.05）。對于GI，DJ2.5組優于其他兩組，差異有統計學意義（P＜0.05）。DJ2.5組的患側肺 V5、V10、Dmean、健側肺Dmean、脊髓Dmax、心臟Dmean、食管Dmean均優于DJ5.0和 FJ2.5組（P＜0.05）。其中DJ2.5組的患側肺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組的患側肺的V5、V10和Dmean優于FJ2.5組（P＜0.05），其他評價參數的差異均無統計學意義（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所示使用動態鎢門技術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劑量參數結果

圖1 3組計劃的劑量分布圖

2.2 機器跳數和照射時間比較

使用5.0 cm射野寬度可以顯著降低計劃的機器跳數和照射時間，DJ5.0 組與FJ2.5 和DJ2.5 組相比，機器跳數分別降低了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鎢門技術將會增加機器跳數和照射時間，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技術雖已廣泛地應用于臨床，但其因治療時間較長而常受到質疑[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的計劃設計中可以通過改變調制因子、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卻會對計劃質量產生較大的影響，較少應用于臨床。HT的動態鎢門技術在靶區縱向邊緣實現寬度調制，鎢門最小寬度縮短至1 cm，其實質是可以縮短射野的半影寬度。通過胡志輝等[19]的研究可知，動態鎢門技術使得5.0 cm射野寬度的半影小于1.0 cm固定鎢門的半影寬度。動態鎢門技術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設備才配置動態鎢門技術，國內少有關于HT動態鎢門技術報道，特別是HT動態鎢門技術在肺癌SBRT的應用報道。

本研究比較了DJ2.5、FJ2.5和DJ5.0等技術在肺癌SBRT中的應用，結果表明，當選擇相同射野寬度時，使用動態鎢門技術可以降低OAR的受照劑量，提高計劃質量。DJ2.5和FJ2.5組相比，患側肺的V5、V10和Dmean分別減少了3.7%、1.5%和0.4 Gy、健側肺的Dmean減少了0.3 Gy。肺的V5、V10、V20和Dmean等劑量學參數均與放射性肺炎的發生密切相關[20-21]，通過動態鎢門技術可以進一步減少放射性肺炎發生的可能。除了肺以外，DJ2.5計劃的脊髓Dmax、心臟Dmean以及食管Dmean均優于FJ2.5組。動態鎢門技術可以更好地保護OAR這一結論與國外研究結果一致[11-12,22]。在Manabe等[12]的研究中，DJ2.5得到的計劃質量最好，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]比較了動態鎢門技術在乳腺癌中的應用，對于大多數OAR，DJ2.5計劃組均優于FJ2.5和DJ2.5計劃組。另外，采用相同射野寬度時，動態鎢門組得到機器跳數和照射時間率高于固定鎢門組，機器跳數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射野寬度結合動態鎢門技術可以顯著降低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量，其中DJ5.0組的患側肺V5、V10和Dmean比FJ2.5組降低了0.7%、0.4%和0.2 Gy，其他OAR的劑量學參數差異無統計學意義。

4 結論

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