肺癌螺旋断层放疗计划设计中应用Block减少肺低剂量区的研究

张晋建，李志强，文婷，王彦，钟毓，陈静，黎静

广州军区广州总医院螺旋断层放疗中心，广东广州510010

前言

螺旋断层放疗系统（Helical Tomotherapy,HT）是将6 MV加速器搭载在CT滑环机架上，近似于慢速CT扫描的方式对肿瘤进行螺旋切割照射［1-3］。相比其它光子调强放疗技术，HT能改善靶区的剂量均匀性和适形性，并减少正常组织的剂量［4-7］。HT系统360度旋转照射的方式，可能会引起肺低剂量区过大，因而备受争议。然而，我们在临床实践中发现，计划系统的Block功能可以有效地降低肺的低剂量区。本文就非小细胞肺癌患者行HT计划时，应用Block减少肺低剂量区的方法展开研究和探讨。

HT计划设计时，对于一些需要重点保护的组织区域可以单独勾画出来，并设置为“Block”。依据保护程度的不同，可以将Block设置为3种类型：Unblock、Directional Block、Complete Block。 3 种Block的功能原理如图1所示。其中，图中绿色带箭头直线表示射线束可通过，红色带箭头直线表示射线束不可通过。将保护区域设置为Unblock时，系统对进入该区域的射线方向不作限制（图1a）；将该保护区域设置为Directional Block时，射线不能经过该保护区域进入肿瘤组织，但穿过肿瘤后的射线可以进入该保护区域（图1b）；当该保护区域设置为Complete Block时，射线既不能经过该保护区域进入肿瘤组织，经过肿瘤组织的射线也不允许进入该保护区域（图1c）。软件设置的Directional Block和Complete Block在硬件实现上都是通过关闭MLC叶片实现，相当于屏蔽了这区域范围的入射角度。

图1 3种不同类型的Block设置方式Fig.1 Three different types of Block settings

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集广州军区广州总医院放疗中心2016年6月12月采用HT系统治疗非小细胞肺癌病例20例。PTV的体积大小为85～186 cc，处方剂量均为60 Gy/27 f。

1.2 材料与设备

靶区和正常组织勾画采用MIM 6.0工作站（MIM,美国）；计划工作站采用Tomotherapy Planning Station 4.0.4（安科瑞,美国）。

1.3 实验方法

1.3.1 Block设计方法 入组20例病例，每例病例均画相同的保护区域，并按以下3种条件设置3组HT计划，第I组为Unblock，第II组为Directional Block，第III组为Complete Block+Directional Block（图2）。

图2 3种不同的Block设计方法Fig.2 Planning with 3 different kinds of Block settings

1.3.2 计划优化条件 基本设置FW=2.50 cm，Pitch=0.287，MF=2.5，计算网格 0.526×0.526。PTV满足：V66＜5%，V60＞95%，V57＞90%；脊髓V36＜2%；食道和气管V55＜5%；全肺组织满足V5＜60%，V20＜30%。其中，Vx表示接受剂量为xGy的体积占总体积的百分比。靶区剂量均匀性指数（Homogeneity Index,HI）=（D2%-D98%）/D50%，其中，D2%、D98%、D50%分别表示 PTV 2%、98%、50%的体积所对应的剂量。靶区适形度指数（Conformity Index,CI）=(TV,RI∙TV,RI)/(TV∙VRI)，其中，TV,RI是参考等剂量线内的靶区体积，TV是靶区的体积，VRI是参考等剂量线的体积。CI的值越接近于1，靶区的剂量适形度越好，等于1时，靶区与剂量线完全重合，是最理想的分布。

1.4 统计学分析

采用SPSS 18.0统计软件，使用单向方差分析方法（One-wayANOVA）分析比较不同组别之间数据的差异性。数据结果记录用平均值±标准差表示。P＜0.05，认为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 剂量分布图比较

不同Block设置方案的计划剂量图如图3所示，从图3中可以直观地看到，从I到III组，5 Gy覆盖的肺体积明显缩小。

图3 不同Block设置的剂量分布图示例Fig.3 Examples of dose distribution map with different Block settings

2.2 PTV剂量学参数比较

3组计划PTV的部分剂量体积直方图（DVH）参数如表1所示。从I到III组，PTV平均剂量增大，D2%的剂量增大，剂量均匀性变差，差异均具有统计学意义（P＜0.05）。

表1 不同Block设置方式的PTV参数（xˉ±s）Tab.1 PTV parameters in 3 groups adopting different Block settings(Mean±SD)

2.3 正常肺组织剂量学参数比较

患侧肺、健侧肺及双肺的DVH参数如表2～4所示。从I到III组,患侧肺V5明显降低（P=0.000），而患侧肺 V10、V20、V30、肺平均剂量（Mean Lung Dose,MLD）则无统计学差异；健侧肺V5、V10、MLD明显降低（P=0.000），而V20的差异无统计学意义；双肺V5、MLD的剂量明显降低（P＜0.05），而V10、V20、V30的差异则无统计学意义。

2.4 单次治疗时间比较

从I到III组计划方案，单次治疗时间依次为（5.5±0.5）、（11.8±0.6）、（16.3±2.3）min。

表2 不同Block设置方式的患侧肺组织物理学剂量比较（xˉ±s）Tab.2 Comparison of ipsilateral lung doses among 3 groups adopting different Block settings(Mean±SD)

表3 不同Block设置方式的健侧肺组织物理学剂量比较（xˉ±s）Tab.3 Comparison of contralateral lung doses among 3 groups adopting different Block settings(Mean±SD)

表4 不同Block设置方式的双肺组织物理学剂量比较（xˉ±s）Tab.4 Comparison of lung doses among 3 groups adopting different Block settings(Mean±SD)

3 讨论

诸多研究表明：V5、V20、MLD这几个参数与放射性肺炎发生率相关［8-10］。无论治疗方式是调强放射治疗还是三维适形放射治疗，对肺的放射性肺损伤预测因子时，V5、V20、MLD 都是重要的危险因子［11-14］。因此，非小细胞肺癌NCCN2016年指南［15］对肺作了以下限制：V5≤65%，V20≤35%，MLD≤（20～23）Gy。

在本研究中，将Directional Block组和Directional Block+Complete Block组分别与Unblock组进行比较，患侧肺V5分别降低了38.6%、69.1%，健侧肺V5分别降低了58.6%、100.0%，健侧肺V10分别降低了72%、100%，健侧肺MLD分别降低了45.8%、87.5%，双肺V5分别降低了27%、48%，双肺MLD分别降低了9.6%、21%。与此同时，PTV的适形性和剂量均匀性变得相对较差，但均能满足D66＜5%，D60＞95%，D57＞90%，其中DX代表接受XGy的剂量体积百分数。另外，Directional Block组和Directional Block+Complete Block组的单次治疗时间分别是Unblock组的2.1倍和2.9倍。相比Directional Block组，Directional Block+Complete Block组患侧肺V5降低了49.7%，健侧肺V5、V10、MLD分别降低了100%、100%，76.9%，双肺V5和MLD分别降低了29.1%、12.7%，治疗时间延长了38%。因此，Directional Block+Complete Block组对肺组织的保护要优于Directional Block组，而Unblock组对肺的保护作用相对另外两组较差。勾画不同的保护区域作Directional Block或Complete Block对于剂量分布和治疗时间有一定影响。对于靶区在一侧肺距离健侧肺较远的，可以将健侧肺设置成Complete Block，患侧肺勾画一定区域设置成Directional Block；对于靶区在纵隔，可以分别在左右肺勾画区域，设置成Directional Block或Complete Block。保护区域根据肿瘤的位置和形状而定，并没有统一的勾画标准，在计划设计的过程中应灵活运用，在靶区剂量、正常肺组织剂量和治疗时间三者之间取得较好的平衡。

综上所述，采用Directional Block和Complete Block能够有效地降低肺组织V5和平均剂量，但靶区的均匀性和适形度变差（仍符合临床要求），治疗时间变长。在计划设计过程中，应该灵活运用Block的设置，优化肺组织剂量、靶区剂量和治疗时间的关系。非小细胞肺癌螺旋断层放疗计划设计时，通过合理的Block的设计，可以将把低剂量区控制在合理范围之内。