非小细胞肺癌SBRT放疗剂量分布的研究＊

单改仙，苏晓明，戴卓捷，吴清芹，樊晶晶，申玉龙，王宗烨

肺癌发病率高居全球首位，来自WHO国际癌症研究署（IARC）的数据显示，在中国每年约有600 000例患者死于肺癌，很多患者因为心肺功能不全无法手术治疗。随着科技的发展，很多不能手术切除的肿瘤患者可通过新兴的非手术方法治愈［1－3］。在这些新兴的方法中放疗已成为肺癌的主要局部治疗手段之一。体部立体定向放射疗法（stereotactic body radiation therapy，SBRT） 是利用多束射线、多源、多野在三维空间聚焦、集束原理将高能射线聚集在体内治疗肿瘤，达到最强杀死肿瘤的目的［4］。随着放疗设备的更新和放疗技术的发展，非小细胞肺癌（non small cell lung cancer，NSCLC）的 SBRT 治疗成为近年来国内外研究的热点［5－8］，为没有手术机会的患者带来了新的希望。

该研究分别采用逆向调强 （inverse－modulated radiation therapy，IMRT）、容积旋转调强（Volumetric－modulated arc therapy，VMAT）和非共面容积旋转调强（N－VMAT）进行治疗计划的设计，比较计划靶区 （planning target volume，PTV） 和危及器官（organs at risk，OAR）的剂量分布图、剂量体积直方图（DVH）和相关的剂量学参数以及机器跳数、治疗时间，以期为NSCLC的SBRT临床治疗提供理论参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取解放军第306医院放疗科2015年12月—2016年12月的20例诊断明确且接受SBRT的NSCLC患者，其中男12例，女8例；中位年龄61岁；肿瘤直径均＜5 cm。所有治疗患者均签署放疗知情同意书。定位采用菲利普公司的Philips Big Bore的大孔径CT，计划设计采用Monaco5.1 TPS，治疗采用瑞典医科达公司先进的Axesse四维图像引导放射治疗系统进行治疗。

1.2 方 法

1.2.1 定位 采用4D方式进行CT定位，获取患者的呼吸波形，将每个呼吸波形按时间或者振幅等分成10个时相。扫描条件设定为：螺旋扫描、层厚层间距均为5 mm，其中双肺要包括在视野之内，扫描期间患者平静呼吸即可。扫描结束后将带有定位信息的CT扫描序列图像以DICOM格式传输到治疗计划系统中。

1.2.2 靶区勾画 靶区包括GTV（Gross target volume），ITV和PTV，其中GTV是在10个呼吸时相对应的肺窗CT上勾画的靶区，ITV是在最大密度投影（MIP）图像上进行勾画，PTV是在ITV的基础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）、心脏（Heart）和脊髓（Cord）等。放疗处方为 50 Gy（5 Gy/次×10 次，5 次/W）。

1.2.3 计划设计 通过Monaco5.1计划系统，分别采用IMRT、VMAT和N－VMAT进行治疗计划的设计。三者设计的其他参数设置相同（如射野等中心点，优化目标条件等），具体如表1所示。

1.2.4 计划验证 所有计划均行中心点剂量与通量验证。采用德国IBA公司的Matrix电离室探测器挂在加速器机头上测量每个射野剂量的分布，通过Compass软件进行γ值评估，其中标准为3 mm/3%时的通过率均在95%以上。

表1 三种计划的设计方式

1.2.5 计划评估 评估参数包括对于靶区PTV的D2%、D95%、D50%、适形指数（CI）和均匀性指数（HI），危及器官中左肺的 V5%、V10%、V20%、Dmean、右肺的 V5%，V10%、Dmean、脊髓的Dmax和心脏的V20%以及机器的跳数和治疗时间。另外，评估在SBRT的低分次等效为常规分次（单次剂量 2 Gy）时左肺的 V5%、V10%、V20%、Dmean、右肺的 V5%，V10%、Dmean、脊髓的 Dmax和心脏的 V20%。

1.2.6 统计学分析 采用SPSS 19.0软件对计划评估参数进行统计分析。计量资料用x±s表示，组间比较采用t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 三种放疗方式的剂量分布以及DVH图比较图1是1例典型NSCLC靶区PTV中心层面的剂量分布图。层面中显示的等剂量区域分别为5000 cGy、2000 cGy和500 cGy。图中可以直观看到三种计划靶区被5000 cGy的处方剂量很好地包绕，N－VMAT计划较IMRT计划2000 cGy的剂量区域更集中，减少了健侧肺的不必要投照；较普通VMAT而言，剂量分布有较好的改善，500 cGy的剂量区域明显减少，剂量分布凹凸明显，且周围邻近的危及器官受量也很低。图2是该病例对应的体积－剂量直方图（DVH图），图中不仅可以清晰地显示计划靶区PTV、危及器官受照剂量和体积的对应关系，而且可以定量看出 PTV、L－lung、R－lung、Heart和 Cord 在三种照射方式下的差异。

2.2 三种放疗方式的靶区及危及器官等剂量参数的比较 表2中数据经统计分析结果显示：对于靶区PTV的CI无论VMAT还是N－VMAT均较IMRT好，靶区的HI三者之间虽然没有统计学差异，但是N－VMAT计划的HI值更接近于1。PTV的D95%，D2%，D50%在三种计划间无明显差异（P＞0.05）。由于床转角N－VMAT治疗时间要长于普通VMAT（P=0.049），但仍然短于 IMRT（P=0.032）。N－VMAT 机器跳数介于IMRT与VMAT之间，其平均值较IMRT减少 10.9%（P=0.035）。

图1 3种计划的剂量分布图

图2 3种计划中靶区PTV和危及器官DVH分布图的对比

表2 3种计划的靶区PTV剂量学参数比较（20例NSCLC患者结果）

表3中数据经统计分析结果显示：患侧肺的V5、V10、Dmean以及健侧肺的 V5、Dmean，N－VMAT 均优于IMRT和VMAT计划，患侧肺的V20无论是VMAT还是N－VMAT均低于IMRT计划；脊髓的剂

量都很低，相比较IMRT较VMAT和N－VMAT更好；对于心脏的受量，IMRT介于VMAT和N－VMAT计划之间。

2.3 处方剂量与等效剂量危及器官等剂量参数的比较 将处方剂量根据生物学效应等效为单次剂量为2 Gy时的剂量为75 Gy，表4是处方剂量与等效剂量对应的危及器官的受量，结果显示，各参数的评估均在正常限值的允许范围之内。

表3 3种计划的OAR剂量学参数比较（20例NSCLC患者结果）

表4 处方剂量与等效剂量的参数比较

3 讨论

NSCLC是肺癌中常见的一种，近年来，其发病率日益升高。随着放疗设备的更新和放疗技术的发展，早期肺癌的SBRT是近年来研究的热点，国内外学者们分别从临床、物理和生物等角度对其进行研究，并且取得一定成果，如Verstegen等研究发现，自从SBRT应用以来，Ⅰ～Ⅱ期NSCLC的老年患者选择放疗的人群增加了16%，而选择不做任何治疗的老年患者降低12%，并且选择SBRT治疗的患者总生存时间明显增加［9］。2015年复旦大学附属中山医院采用 TOMO 引导 4D－CT 扫描［10］，呼吸时相融合控制技术实施SBRT治疗，研究发现肿瘤部位的不同（中央型和周围型）并没有使患者治疗总反应率有显著差别。

该研究分别采用逆向调强（IMRT）、容积旋转调强（VMAT）和非共面容积旋转调强（N－VMAT）进行治疗计划的设计，比较计划靶区（PTV）和危及器官（OAR）的剂量分布图、剂量体积直方图（DVH）和相关的剂量学参数以及机器跳数、治疗时间。结果显示，无论哪种计划均可以满足靶区剂量的要求。对于靶区，非共面VMAT无论在均匀度和适形度上均优于IMRT计划。在患侧肺和健侧肺的评估上，低剂量区非共面VMAT也具有优势。此外，非共面VMAT较IMRT机器跳数减少（10.9%）的同时，治疗时间缩短。对于脊髓和心脏而言，接受的剂量均很低，三者相比，IMRT计划较其他更低。

在患者治疗时，与IMRT计划相比，VMAT在不间断出束的同时，还可以实现动态调节机架运动、照射剂量率和射野的形状，从而增加治疗的自由度，缩短治疗时间。在剂量分布上，由于N－VMAT的设计是有床转角，非共面VMAT放疗技术与IMRT及普通VMAT放疗技术相比，不仅能较好地满足处方剂量覆盖靶区，低剂量区的剂量线分布密集，剂量陡降明显，能有效地保护临近的危及器官，如双肺，减少不必要的投照，从而保证功能的完善，降低放射性肺炎的发生率。后期随访发现，放疗后的NSCLC患者的一些临床症状都得到了缓解与改善。该研究样本量相对较少，后期仍有待进一步扩充样本进行深入研究。

相比于IMRT及普通VMAT放疗技术，非共面VMAT放疗技术进行NSCLC治疗计划的设计，高于一般放疗技术设计计划质量的同时，对正常肺组织的保护更好。在确保满足治疗指标要求的基础上，能够为临床提供一种更可靠，疗效更好，损伤更小的NSCLC治疗方法，该方法在精确放射治疗NSCLC上迈进了一步，为临床治疗提供了理论参考，值得推广应用。