4D 錐形束CT 引導下的肺癌立體定向放射治療的臨床研究

鄭明志

福建醫科大學附屬腫瘤醫院·福建省腫瘤醫院 （福建福州 350014）

近年來，立體定向放射治療（stereotactic body radiation therapy，SBRT）已成為放射治療領域的研究熱點。SBRT 利用高度精準的放射治療技術將高劑量X 線在三維空間聚焦于腫瘤部位，可對腫瘤病灶實施“損毀”式的消融。與傳統放射治療技術相比，SBRT 的治療次數大大減少（傳統放射治療需要25～35次，通常需要5～7周的時間；而SBRT只需要3～5次，通常在1周內完成），治療效率大大提高，為小腫瘤患者提供了一種可與手術相媲美的治療方案，且并發癥較少。針對發病率和病死率均居我國惡性腫瘤第1位的肺癌，特別是早期非小細胞肺癌，SBRT 較傳統放射治療技術具有更顯著的治療效果[1-2]；同時，SBRT 具有更精準的定位、更低的危及器官（organ at risk，OAR）受照射劑量及更高的腫瘤靶區受照射劑量等優勢，也可用于局部晚期和晚期寡轉移肺癌的臨床研究[3-6]。雖然SBRT 已具有上述諸多優點，但在實施高精度的SBRT 技術時要經過定位、靶區勾畫、計劃設計、計劃評估、計劃驗證、放射治療實施等過程,定位的精確性、勾畫的準確性、物理師計劃設計水平及放射治療實施中的呼吸運動管理等均會帶來一定的不確定度，而這些不確定度將直接影響放射治療的質量，甚至療效。上述均是SBRT 應用過程中需要重點關注和解決的問題。

本研究采用基于蒙特卡羅算法的Monaco 5.11.01計劃系統，選擇容積旋轉調強（volumetric modulated arc therapy，VMAT）優化技術，比較21例單病灶肺癌計劃，研究定位、靶區勾畫、計劃設計、計劃評估、計劃驗證等放射治療流程，統計和分析計劃結果，以期為肺癌的SBRT 提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2019—2021年于福建省腫瘤醫院接受SBRT的21例肺癌患者，年齡38～81歲，中位年齡為66歲。

1.2 定位及靶區勾畫

采用熱塑膜和真空墊對患者進行體位固定后，在大孔徑Brilliance Bigbore CT（美國飛利浦公司，）下進行第1次定位掃描（4D CT），采集10組呼吸時相和1組平均時相，共11組圖像信息。醫師先依據這11組圖像信息在Monaco 5.11.01計劃系統進行運動靶區和OAR（包括全肺、患側肺、脊髓、心臟、胸壁等）的勾畫，選擇平均時相的CT 做預計劃。預計劃傳輸至X 線容積影像（X-ray volume imaging，XVI）系統，患者在AxesseTM醫用電子直線加速器（瑞典Elekta 公司）下進行治療中心的復位并掃描采集具有時間加權的Mid-ventilation 4D 錐形束CT（cone beam CT，CBCT）圖像，得到的4D CBCT 圖像信息回傳至Monaco 5.11.01計劃系統， 4D CT 結合4D CBCT 圖像用于運動靶區的修正，并最終確定計劃靶區的范圍。

1.3 計劃設計

利用Monaco 5.11.01計劃系統軟件固定射野中心于靶區體積中心， 選取6 MV 的X 線能量，單野雙弧方式設計VMAT 計劃； 處方劑量為2 300～7 000 cGy，分次為1～10次，OAR 限量參考AAPM TG101[7]，治療設備采用AxesseTM醫用電子直線加速器（瑞典Elekta 公司）。

1.4 計劃評估

計劃質量的評估參照美國放射腫瘤協作組（Radiation Therapy Oncology Group，RTOG）0813 和0915報告的要求[8-10]，通過靶區98%、50%、2%體積的受照射劑量（D98、D50、D2）、均勻性指數（heterogeneity index，HI）、適形度指數（conformity index，CI）、R50%和D2cm及OAR 限量標準來評估。其中，HI=（D2-D98）/D50，0

1.5 計劃驗證

采用ArcCheck 模體驗證治療計劃，保持計劃原有的照射野特點，驗證前對驗證設備進行探頭響應的一致性校準，且對醫用電子直線加速器進行絕對劑量標定并獲取相應的絕對劑量校準文件。采用絕對劑量的γ 值分析法對計劃的劑量分布進行驗證和分析比對，并錄入數據。γ 分析評價標準分別選取3%/3 mm、3%/2 mm、2%/2 mm，低劑量區的閾值設定為10%。

1.6 統計學處理

2 結果

2.1 靶區HI、CI 和OAR 的受量及γ 通過率

由于SBRT 計劃需要靶區內不均勻的劑量分布特點，靶區外處方劑量線適形包繞以及低劑量的快速跌落，因此其均勻性較差，HI為0.31±0.08，中位數為0.28；適形性較好，CI為0.83±0.09，中位數為0.86。3%/3 mm、3%/2 mm、2%/2 mm 標準下的γ 通過率均>90%。

表1 靶區HI、CI 和OAR 受照射劑量及γ 通過率

2.2 患側肺的受照射情況

患側肺的V20、V5隨處方劑量和體積的變化趨勢見圖1。由圖1可知，患側肺的V20、V5隨著處方劑量和靶區體積的增加均呈增加趨勢，線性擬合及相關系數R2值（R2值越接近1，說明擬合直線與原始數據的吻合程度越高，其中1是理想值）如圖中所示。其中，圖1（A）、（B）的擬合直線斜率分別略高于圖1（C）、（D），說明處方劑量對患側肺V20、V5的影響更加明顯。

圖1 患側肺相關數據的線性擬合

2.3 與RTOG 計劃要求的比較分析

根據RTOG 0813和0915報告要求，將21例患者按靶區體積大小分成10組，取每組的CI、R50%、D2cm的平均值同RTOG 0813 和0915報告要求進行比較，見表2。

3 討論

Pham 等[12]研究發現，在肺癌的SBRT 治療中，呼吸運動會增加食道的不良反應，因此，臨床針對呼吸運動引起的腫塊運動提出了對靶區精確定位的要求。Simeonova-Chergou 等[13]利用呼吸控制技術來實現精確放射治療，也達到了對靶區的精確定位。腫塊運動幅度可能與腫塊是否與胸壁粘連、腫塊長徑大小、呼吸頻率等相關，因此，參考靶區運動情況對靶區勾畫準確與否十分關鍵，直接影響治療照射野是否照射靶區。針對以上問題，本研究利用熱塑膜和真空墊進行體位固定，配合4D CT 圖像及AxesseTM醫用電子直線加速器的4D CBCT 圖像對肺癌靶區進行精確勾畫，有效降低了呼吸運動對腫塊位置產生的影響。

本研究采用的基于蒙特卡羅算法的Monaco 5.11.01計劃系統設計SBRT 計劃。蒙特卡羅算法可直接模擬光子與人體組織的相互作用，計算次級電子在介質中的吸收劑量，被認為是放射治療劑量計算精度最高的算法，尤其適用于不均勻介質中、建成區和無法達到電子平衡的區域（如肺部）[14]。Narayanasamy 等[15]研究認為，SBRT 計劃使靶區周圍的正常組織受到明顯的空間上不均勻的劑量分布，收緊等劑量線所包繞的體積不但有利于達到關鍵器官耐受劑量，而且也可降低整體劑量。本研究結果顯示，隨著處方劑量和靶區體積的增加，患側肺的V20、V5也隨之增加，且處方劑量對患側肺V20、V5的影響更明顯，其中對患側肺V5的影響最為顯著。

將21 例患者按靶區體積大小分成10 組，發現10 組CI均滿足RTOG 中的要求（CI應<1.2），1～3 組R50%達不到RTOG 要求，1～4 組D2cm達不到RTOG 要求，5～10 組的R50%、D2cm均滿足RTOG 要求。通過比較前3 組（3 組體積分別為1.7、3.8、8.6 cm3，處方劑量分別為2 300、5 400、5 000 cGy），作者認為較小的靶區體積是SBRT 計劃設計的難點，較小的體積和較大的處方劑量會增加肺癌SBRT 的計劃設計難度，靶區沒有足夠的體積來沉積高劑量溢出從而達到收緊50%處方劑量所包繞的體積[對應表2 中第2 組的R50%值最大（16.1），第3組和第1組的R50%次之（分別為10.5 和10.2）]。 本研究基于以上分析，認為當靶區體積<10 cm3時，基于AxesseTM醫用電子直線加速器的Monaco 5.11.01 計劃系統可能不適合用于設計肺癌SBRT 計劃，該統計數據可為醫師提交SBRT 計劃申請單提供參考意見。

表2 患者實際數據與RTOG 計劃要求的比較

為了保證治療計劃的劑量分布被精確地投照到患者體內，在患者治療前必須對臨床治療計劃進行嚴格的劑量驗證。美國的放射物理中心測試了250例IMRT 計劃，發現71例（28%）計劃偏差>7%[14]；Brock 等[6]論述了SBRT 的潛在優勢包括更高的生物有效劑量和更少的治療次數。減少治療次數無形中提高了對計劃驗證的要求，因此SBRT 的計劃驗證十分重要。本研究中，3%/3 mm、3%/2 mm、2%/2 mm 標準下的γ 通過率均>90%。

綜上所述，雖然SBRT 技術具有諸多優點，但臨床應用時需要考慮諸多問題，本研究論述了定位和靶區勾畫過程，并討論了計劃設計和計劃驗證結果，以期為肺癌SBRT 的臨床治療提供參考。