4D 锥形束CT 引导下的肺癌立体定向放射治疗的临床研究

郑明志

福建医科大学附属肿瘤医院·福建省肿瘤医院 （福建福州 350014）

近年来，立体定向放射治疗（stereotactic body radiation therapy，SBRT）已成为放射治疗领域的研究热点。SBRT 利用高度精准的放射治疗技术将高剂量X 线在三维空间聚焦于肿瘤部位，可对肿瘤病灶实施“损毁”式的消融。与传统放射治疗技术相比，SBRT 的治疗次数大大减少（传统放射治疗需要25～35次，通常需要5～7周的时间；而SBRT只需要3～5次，通常在1周内完成），治疗效率大大提高，为小肿瘤患者提供了一种可与手术相媲美的治疗方案，且并发症较少。针对发病率和病死率均居我国恶性肿瘤第1位的肺癌，特别是早期非小细胞肺癌，SBRT 较传统放射治疗技术具有更显著的治疗效果[1-2]；同时，SBRT 具有更精准的定位、更低的危及器官（organ at risk，OAR）受照射剂量及更高的肿瘤靶区受照射剂量等优势，也可用于局部晚期和晚期寡转移肺癌的临床研究[3-6]。虽然SBRT 已具有上述诸多优点，但在实施高精度的SBRT 技术时要经过定位、靶区勾画、计划设计、计划评估、计划验证、放射治疗实施等过程,定位的精确性、勾画的准确性、物理师计划设计水平及放射治疗实施中的呼吸运动管理等均会带来一定的不确定度，而这些不确定度将直接影响放射治疗的质量，甚至疗效。上述均是SBRT 应用过程中需要重点关注和解决的问题。

本研究采用基于蒙特卡罗算法的Monaco 5.11.01计划系统，选择容积旋转调强（volumetric modulated arc therapy，VMAT）优化技术，比较21例单病灶肺癌计划，研究定位、靶区勾画、计划设计、计划评估、计划验证等放射治疗流程，统计和分析计划结果，以期为肺癌的SBRT 提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2019—2021年于福建省肿瘤医院接受SBRT的21例肺癌患者，年龄38～81岁，中位年龄为66岁。

1.2 定位及靶区勾画

采用热塑膜和真空垫对患者进行体位固定后，在大孔径Brilliance Bigbore CT（美国飞利浦公司，）下进行第1次定位扫描（4D CT），采集10组呼吸时相和1组平均时相，共11组图像信息。医师先依据这11组图像信息在Monaco 5.11.01计划系统进行运动靶区和OAR（包括全肺、患侧肺、脊髓、心脏、胸壁等）的勾画，选择平均时相的CT 做预计划。预计划传输至X 线容积影像（X-ray volume imaging，XVI）系统，患者在AxesseTM医用电子直线加速器（瑞典Elekta 公司）下进行治疗中心的复位并扫描采集具有时间加权的Mid-ventilation 4D 锥形束CT（cone beam CT，CBCT）图像，得到的4D CBCT 图像信息回传至Monaco 5.11.01计划系统， 4D CT 结合4D CBCT 图像用于运动靶区的修正，并最终确定计划靶区的范围。

1.3 计划设计

利用Monaco 5.11.01计划系统软件固定射野中心于靶区体积中心， 选取6 MV 的X 线能量，单野双弧方式设计VMAT 计划； 处方剂量为2 300～7 000 cGy，分次为1～10次，OAR 限量参考AAPM TG101[7]，治疗设备采用AxesseTM医用电子直线加速器（瑞典Elekta 公司）。

1.4 计划评估

计划质量的评估参照美国放射肿瘤协作组（Radiation Therapy Oncology Group，RTOG）0813 和0915报告的要求[8-10]，通过靶区98%、50%、2%体积的受照射剂量（D98、D50、D2）、均匀性指数（heterogeneity index，HI）、适形度指数（conformity index，CI）、R50%和D2cm及OAR 限量标准来评估。其中，HI=（D2-D98）/D50，0

1.5 计划验证

采用ArcCheck 模体验证治疗计划，保持计划原有的照射野特点，验证前对验证设备进行探头响应的一致性校准，且对医用电子直线加速器进行绝对剂量标定并获取相应的绝对剂量校准文件。采用绝对剂量的γ 值分析法对计划的剂量分布进行验证和分析比对，并录入数据。γ 分析评价标准分别选取3%/3 mm、3%/2 mm、2%/2 mm，低剂量区的阈值设定为10%。

1.6 统计学处理

2 结果

2.1 靶区HI、CI 和OAR 的受量及γ 通过率

由于SBRT 计划需要靶区内不均匀的剂量分布特点，靶区外处方剂量线适形包绕以及低剂量的快速跌落，因此其均匀性较差，HI为0.31±0.08，中位数为0.28；适形性较好，CI为0.83±0.09，中位数为0.86。3%/3 mm、3%/2 mm、2%/2 mm 标准下的γ 通过率均>90%。

表1 靶区HI、CI 和OAR 受照射剂量及γ 通过率

2.2 患侧肺的受照射情况

患侧肺的V20、V5随处方剂量和体积的变化趋势见图1。由图1可知，患侧肺的V20、V5随着处方剂量和靶区体积的增加均呈增加趋势，线性拟合及相关系数R2值（R2值越接近1，说明拟合直线与原始数据的吻合程度越高，其中1是理想值）如图中所示。其中，图1（A）、（B）的拟合直线斜率分别略高于图1（C）、（D），说明处方剂量对患侧肺V20、V5的影响更加明显。

图1 患侧肺相关数据的线性拟合

2.3 与RTOG 计划要求的比较分析

根据RTOG 0813和0915报告要求，将21例患者按靶区体积大小分成10组，取每组的CI、R50%、D2cm的平均值同RTOG 0813 和0915报告要求进行比较，见表2。

3 讨论

Pham 等[12]研究发现，在肺癌的SBRT 治疗中，呼吸运动会增加食道的不良反应，因此，临床针对呼吸运动引起的肿块运动提出了对靶区精确定位的要求。Simeonova-Chergou 等[13]利用呼吸控制技术来实现精确放射治疗，也达到了对靶区的精确定位。肿块运动幅度可能与肿块是否与胸壁粘连、肿块长径大小、呼吸频率等相关，因此，参考靶区运动情况对靶区勾画准确与否十分关键，直接影响治疗照射野是否照射靶区。针对以上问题，本研究利用热塑膜和真空垫进行体位固定，配合4D CT 图像及AxesseTM医用电子直线加速器的4D CBCT 图像对肺癌靶区进行精确勾画，有效降低了呼吸运动对肿块位置产生的影响。

本研究采用的基于蒙特卡罗算法的Monaco 5.11.01计划系统设计SBRT 计划。蒙特卡罗算法可直接模拟光子与人体组织的相互作用，计算次级电子在介质中的吸收剂量，被认为是放射治疗剂量计算精度最高的算法，尤其适用于不均匀介质中、建成区和无法达到电子平衡的区域（如肺部）[14]。Narayanasamy 等[15]研究认为，SBRT 计划使靶区周围的正常组织受到明显的空间上不均匀的剂量分布，收紧等剂量线所包绕的体积不但有利于达到关键器官耐受剂量，而且也可降低整体剂量。本研究结果显示，随着处方剂量和靶区体积的增加，患侧肺的V20、V5也随之增加，且处方剂量对患侧肺V20、V5的影响更明显，其中对患侧肺V5的影响最为显著。

将21 例患者按靶区体积大小分成10 组，发现10 组CI均满足RTOG 中的要求（CI应<1.2），1～3 组R50%达不到RTOG 要求，1～4 组D2cm达不到RTOG 要求，5～10 组的R50%、D2cm均满足RTOG 要求。通过比较前3 组（3 组体积分别为1.7、3.8、8.6 cm3，处方剂量分别为2 300、5 400、5 000 cGy），作者认为较小的靶区体积是SBRT 计划设计的难点，较小的体积和较大的处方剂量会增加肺癌SBRT 的计划设计难度，靶区没有足够的体积来沉积高剂量溢出从而达到收紧50%处方剂量所包绕的体积[对应表2 中第2 组的R50%值最大（16.1），第3组和第1组的R50%次之（分别为10.5 和10.2）]。 本研究基于以上分析，认为当靶区体积<10 cm3时，基于AxesseTM医用电子直线加速器的Monaco 5.11.01 计划系统可能不适合用于设计肺癌SBRT 计划，该统计数据可为医师提交SBRT 计划申请单提供参考意见。

表2 患者实际数据与RTOG 计划要求的比较

为了保证治疗计划的剂量分布被精确地投照到患者体内，在患者治疗前必须对临床治疗计划进行严格的剂量验证。美国的放射物理中心测试了250例IMRT 计划，发现71例（28%）计划偏差>7%[14]；Brock 等[6]论述了SBRT 的潜在优势包括更高的生物有效剂量和更少的治疗次数。减少治疗次数无形中提高了对计划验证的要求，因此SBRT 的计划验证十分重要。本研究中，3%/3 mm、3%/2 mm、2%/2 mm 标准下的γ 通过率均>90%。

综上所述，虽然SBRT 技术具有诸多优点，但临床应用时需要考虑诸多问题，本研究论述了定位和靶区勾画过程，并讨论了计划设计和计划验证结果，以期为肺癌SBRT 的临床治疗提供参考。