非均整器模式下早期非小细胞肺癌3种放疗技术剂量学研究

陈飞，胡静，龚筱钦，党军，游涛，戴春华

（江苏大学附属医院 放疗科，江苏 镇江 212001）

随着放射治疗技术的迅速发展，早期非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer, NSCLC）立体定向放射治疗（stereotactic body radiation therapy，SBRT）的研究和临床应用日益广泛。由于SBRT技术单次处方剂量高、治疗时间相对较长，患者在治疗过程中难以保持固定体位。非均整器（flattening filter-free, FFF）模式作为新兴的放射治疗技术，其高剂量率使得治疗时间缩短，局部控制率高且放疗毒性低[1-3]。FFF模式移除加速器X射线射野均整器，大幅提高剂量率，其射野剂量分布与均整（filter-free, FF）模式有较大差异，完成单次大剂量的放射治疗[4-5]治疗时间可减少＞50%。本研究旨在比较FFF模式下早期NSCLC SBRT治疗适形拉弧（conformalarc therapy, CAT）、三维适形技术（3-dimensional conformal radiation therapy, 3D-CRT）及容积弧形动态旋转调强（volumetric modulated arc therapy, VMAT）3种计划方式剂量学和治疗效率方面的差异，为临床治疗方案的选择提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2014年12月-2017年7月该院收治的早期NSCLC患者15例。其中，男性10例，女性5例；年龄55～81岁，中位71岁；计划靶区（planning target volume, PTV）体积15.7～110.4 cm3，中位60.3 cm3。本研究使用中央型肺癌发生在段支气管至主支气管，距离关键结构2 cm内（包括邻近食管2例、心脏2例，其余11例为周围型肺癌），均接受SBRT治疗。

1.2 仪器与设备

Siemens Biograph mCT（德国西门子公司），Truebeam STX直线加速器（美国瓦里安公司）。配备120叶多叶光栅系统（multi-leaf collimators, MLC），该MLC中间32对叶片等中心投影宽度为0.25 cm，两旁各14对叶片为0.5 cm，最大射野为22 cm×40 cm，治疗计划系统为Varian Eclipse 11.0（美国瓦里安公司）。

1.3 方法

1.3.1 定位及计划设计 CT扫描和靶区优化：15例患者取仰卧位，体部真空袋固定。Siemens Biograph mCT进行4DCT扫描，CT扫描范围从环状软骨水平至双肺最低位置以下水平，扫描层厚均为3 mm；重建10个均分呼吸时相的CT图像和平均密度投影图像，将图像导入Eclipse治疗计划系统，放疗科主任医师在10个时相上分别勾画靶区，叠加后得到内靶区（internal target volume, ITV），ITV外扩0.5 cm得到PTV，然后在平均密度投影图像进行计划计算。按肿瘤放射治疗组（radiation therapy oncology group, RTOG）标准勾画危及器官（organ at rish, OAR）[包括肺（患侧肺体积，需减去PTV）、脊髓、食管及心脏]。计划设计：用Varian Eclipse 11.0计划系统为每个病例设计3组计划，选择Truebeam STX直线加速器，能量选择均为6X FFF（无均整器模式6 MV X射线），峰值剂量率1 400 MU/min。处方剂量50 Gy，10Gy/次，照射5次。CAT计划设计弧度为逆时针179°～340°（左侧肺癌组织）或逆时针20°～181°（右侧肺癌组织），MLC Margin在PTV上均匀外放0.5cm，形状与PTV适形。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技术。VMAT计划设计与CAT同样弧度，光阑角度为30，治疗床均为0，计划经1位临床医师和1位物理师审核确认符合临床要求。为方便不同计划可以比较，3种计划归一条件：设定100%处方剂量包含95%靶区体积。

1.3.2 计划剂量评估 比较3种计划剂量体积直方图（dose volume histogram, DVH）与剂量分布，从DVH图上分别读取CAT、3D-CRT及VMAT计划的以下指标并进行比较。靶区参数比较：①95%、105%的处方剂量覆盖靶区体积的百分数V95%、V105%；②靶区最大剂量（maximum dose, Dmax）、靶区平均剂量（mean dose. Dmean），适形指数（conformity index, CI），CI=（VT,ref/VT）×（VT, ref/Vref）。其中，VT、ref为参考等剂量线与靶区重叠部分体积；VT为靶区体积，Vref为参考等剂量线体积。CI值越接近1，表示靶区剂量适形性越好。均匀指数（homogeneity index, HI），HI=D5/D95。其中，D5～5%靶区体积剂量；D95～95%靶区体积剂量。HI值越大说明超过处方剂量越大，PTV内剂量分布也越不均匀。OAR参数比较：①患侧肺平均剂量（mean lung dose, MLD）接受≥5、20、30、40及50 Gy剂量照射的肺体积占患侧肺体积的百分率（V5、V20、V30、V40及V50）健侧肺V5；②脊髓Dmax、食管Dmax及心脏Dmean。

1.3.3 计划执行效率评估 统计各计划总跳数（monitor unit, MU）及治疗时间（treatment time, TT）。计划TT是在Truebeam STX直线加速器的自动治疗模式下，从按下“Beam ON”按键到射线结束的整个治疗过程时间。

1.4 统计学方法

数据分析采用SPSS 22.0统计软件，计量资料以均数±标准差（±s）表示，随机区组设计采用方差分析，两两比较用LSD-t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 CAT、3D-CRT及VMAT PTV剂量参数比较

CAT、3D-CRT及VMAT PTV剂量参数比较，差异有统计学意义（P＜0.05）。CAT和 3D-CRT计划中PTV的V95%、CI低于VMAT计划（P＜0.05），而V105%、HI、Dmax、Dmean 高于 VMAT 计划（P＜0.05）；CAT与3D-CRT计划中PTV参数比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。见表1。

2.2 CAT、3D-CRT及VMAT计划的肺、OAR受照剂量比较

在患侧肺 V5、V20、V30、V40、Dmean方面，CAT和3D-CRT计划高于VMAT计划（P＜0.05）；在患侧肺V20、V30方面，3D-CRT计划高于CAT计划（P＜0.05）；在脊髓Dmax方面，3D-CRT计划低于CAT与VMAT计划（P＜0.05）；患侧肺V50、健侧肺V5、食管Dmax及心脏Dmean，各OAR参数均能满足RTOG限量标准，3种计划比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。见表2、3。

2.3 CAT、3D-CRT及VMAT计划效率参数比较

CAT和3D-CRT计划的机器MU低于VMAT计划（P＜0.05）；在治疗时间上，CAT低于3D-CRT（P＜0.05），且 CAT 和 3D-CRT 均低于 VMAT（P＜0.05）。见表3。

表1 CAT、3D-CRT及VMAT PTV剂量参数比较 （n=15，±s）

表1 CAT、3D-CRT及VMAT PTV剂量参数比较 （n=15，±s）

注：1）与CAT比较，P＜0.05；2）与3D-CRD比较，P＜0.05

指标 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计划的肺受照剂量比较 （n=15，±s）

表2 CAT、3D-CRT及VMAT计划的肺受照剂量比较 （n=15，±s）

注：1）与CAT比较，P＜0.05；2）与3D-CRD比较，P＜0.05

指标 患侧肺V5 患侧肺V20 患侧肺V30 患侧肺V40 患侧肺V50 Dmea/Gy 健侧肺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计划的OAR受照剂量和计划效率参数比较 （n=15，±s）

表3 CAT、3D-CRT及VMAT计划的OAR受照剂量和计划效率参数比较 （n=15，±s）

注：1）与CAT比较，P＜0.05；2）与3D-CRD比较，P＜0.05

指标 脊髓Dmax/Gy 食管Dmax/Gy 心脏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 讨论

以前早期NSCLC主要治疗手段为手术切除，其5年生存率高达80%[6-7]。随着放疗新技术的发展，SBRT逐渐成为治疗早期NSCLC的重要手段之一，特别是对不能耐受手术治疗的早期NSCLC患者，SBRT成为标准治疗方法，疗效与手术相当，甚至优于手术[1，8-9]。Truebeam STX直线加速器配有FFF出束模式，其特点是剂量强度不均匀的尖峰分布和超高剂量率。已有研究表明，FFF模式与FF模式（均整模式）比较，FFF模式可减少机头散射和光子污染，且MLC漏射更少，从而降低靶区周围剂量，能更好的保护正常组织[10-11]。多项研究显示，FFF模式的疗效与毒副反应与FF模式相当，且在满足靶区剂量和保护OAR的同时能大幅缩短治疗时间[3，12]。近年来关于FFF模式的SBRT治疗研究有很多，但是关于FFF模式SBRT治疗在早期NSCLC的相关报道较少，且多集中于FFF模式与FF模式的比较[13-14]。本研究将FFF模式下治疗早期NSCLC SBRT的CAT、3D-CRT及VMAT 3种放疗技术进行剂量学比较。

本研究结果表明，FFF模式下治疗早期NSCLC的3种计划均可满足靶区剂量及OAR限量要求，VMAT与CAT、3D-CRT计划比较，靶区剂量均匀性和适形性更好、平均剂量低，能更好的保护正常组织。治疗效率方面，CAT、3D-CRT及VMAT 3者的机器跳数之比约为1：1.02：2.26。CAT治疗时间最短，相比治疗时间最长的VMAT计划，CAT计划的治疗时间缩短约1 min，这可降低患者在治疗中移动的可能性，从而提高剂量照射的准确性，还可减少患者因长时间固定体位产生的不适感。

有研究显示，在均整模式下，对于肺癌患者不可忽视的呼吸运动，CAT和3D-CRT计划射野有利于消除动态多叶准直器和呼吸运动导致肿瘤运动之间的相互影响，VMAT计划受其影响较大[15-16]。但LI等[17]研究显示，在非均整模式下给ITV外放0.5 cm距离（摆位误差范围），VMAT计划中因动态MLC和靶区运动之间相互影响导致靶区（GTV和GTV+0.5 cm）剂量误差可以忽略。

综上所述，对早期NSCLC患者，3种计划在靶区覆盖和OAR限量均能满足临床治疗要求。在靶区适形度和均匀性以及对肺的保护，VMAT计划优于CAT和3D-CRT计划；但在执行效率方面，CAT和3D-CRT更具有优势。针对该特点，对早期非NSCLC患者，临床可根据患者实际情况（如患者肺功能状态、肿瘤靶区大小及肿瘤靶区与OAR的相对位置等），选择合适的放疗技术。