国产与进口精确放疗设备在直肠癌术后放疗中的临床剂量学比较

曾铭玥，冯林春，丛小虎，刘其腾3

解放军总医院第一医学中心放射治疗科，北京 100853；2 青岛市中心医院放射物理科，山东青岛266042；3 首都医科大学附属潞河医院放射治疗科，北京 101149

2/3 以上的恶性肿瘤在抗肿瘤综合治疗中应用放疗[1]。目前国内高端放疗诊疗装备的核心竞争力薄弱，主要通过进口满足需求，高端进口放疗诊疗装备不但价格上昂贵，而且日后维修费也较高，影响着我国基层医院放疗的发展[2-3]。国产自主知识产权医用直线加速器的发展与崛起可降低医疗成本，普及基层。国产计划系统及直线加速器享有完全自主知识产权，可进行调强放疗计划的射野设计、剂量验证、剂量分布及最优化计算、治疗计划输出等。其中FonicsPlan 三维放射治疗计划系统是国内第一个具有完全自主知识产权的三维适形、静态调强、动态调强、容积调强放射治疗计划系统，于2005 年在国内上市，截至目前已有约400 家用户。新华医疗XHA1400 医用电子直线加速器包括6 MV、10 MV 两档X 线，6 MeV、8 MeV、10 MeV、12 MeV 四档电子线。采用全数字化控制系统，控制精度高，运行稳定性好。支持等中心、源皮距、旋转治疗方式，三维适形放疗，适形调强，快速容积旋转调强等业界先进精确放疗技术。冀天楠等[4-5]对鼻咽癌、肺癌的临床剂量学研究数据显示，进口与国产加速器的均匀性和适行度均无显著差异。但对于直肠癌目前仍无相关研究。本研究通过对10 例局部进展期直肠癌术后辅助放疗患者分别采用国产精确放疗设备(A 组：FonicsPlan 计划系统 + 新华XHA1400 数字化光子医用电子直线加速器)和进口精确放疗设备(B 组：Pinnacle V9.10 计划系统 +Varian IX 医用直线加速器)设计静态调强计划，对每例患者的2 个计划进行照射剂量参数对比分析并进行计划验证，探讨国产放疗设备在剂量学方面的可行性，给不同等级医院、不同放疗技术的直肠癌放疗提供临床依据。

资料与方法

1 研究对象 选取2017 年7 - 10 月于解放军总医院第一医学中心放射治疗科已行放疗患者病例资料10 例，其中男4 例，女6 例，年龄43 ～ 79岁，中位年龄58 岁。纳入标准：(1)年龄18 ～ 80岁；(2)局部进展期直肠癌根治术后分期为Ⅱ ～ Ⅲ期(T2-4bN0-2bM0)。

2 静态调强计划设计 10 例患者既往已按解放军总医院第一医学中心放射治疗科直肠癌根治术后放疗要求行定位及靶区勾画。(1)做膜定位：定位前1 h 排空膀胱，饮用1 000 mL 水使得膀胱能够充分充盈，定位体位采用仰卧位，热塑体模固定，应用大孔径定位CT 行5 mm 层厚增强扫描[6]。(2)靶区勾画：CTV 定义为原发肿瘤高危复发区域和区域淋巴引流区。PTV 以CTV 为基础，分别向左右(LR)、前后(AP)方向各外扩5 mm，头脚方向外扩10 mm。(3)危及器官(organs at risk，OARs)勾画：包括膀胱、小肠、股骨头[6]。(4)治疗计划设计：由同一物理师将每例患者靶区分别采用FonicsPlan 计划系统(A 组)和Pinnacle V9.10 计划系统(B 组)设计静态调强计划。(5)处方剂量：95%的PTV 剂量达到50 Gy，分25 次(2 Gy/F)。整个放疗过程为5 周，5 d/周，1 次/d。(6)限制OARs 剂量：小肠V30＜40%，膀胱V40＜45%，股骨头V40≤5%[6]。

3 放疗计划评价 靶区评价参数：D2%、D5%、D50%、D95%、D98%、靶区适形度指数(conformal index，CI)、剂量均匀性指数(homogeneity index，HI)。OARs 评价参数：小肠 Dmean、V50、V45、V40、V30、V20、V15、V10，膀胱Dmean、V50、V40、V30、V20、V10，双侧股骨头Dmean、V45、V40、V30、V20、V10[6]。

4 放疗计划验证 两组计划的剂量验证均采用ArcCheck 验证模体进行。进行剂量验证前需满足加速器静态输出剂量偏差在 ± 1%以内，剂量差异分析均采用Gamma 分析方法。Gamma 通过率≥90%为符合临床要求，剂量误差和距离误差分别为阈值水平10%，3 mm/3%。

5 统计学方法 应用SPSS 24.0 统计软件进行统计分析。 观测资料主要配对计量资料，两组(配对组)比较为配对t检验，P＜0.05 为差异有统计学意义。

结 果

1 靶区剂量参数比较 靶区剂量比较结果：两组计划95%的PTV 均能实现50 Gy 的剂量覆盖率，两组的D95%无统计学差异。但D2%、D5%、D98%、CI 和HI 等指标，均为B 组优于A 组(P＜0.05)。见表1。

表1 两组PTV 剂量、体积及HI、CI 比较Tab. 1 Comparison of PTV dose, volume, HI and CI between the two groups

2 危及器官剂量比较 两组计划的OARs 剂量限制均能达到计划要求。A 组小肠的V50、V40、V10优于B 组；B 组膀胱的Dmean、V30优于A 组，而A 组膀胱的V40优于B 组；A 组双侧股骨头的Dmean、V30、V20、V10优于B 组；以上差异均有统计学意义(P＜0.05)，其余均无统计学差异。见表2。

表2 两组危及器官剂量参数比较Tab. 2 Dose parameters of involved organs between the two groups

3 剂量验证及计划实施效率 两组计划的Gamma 分析结果显示通过率均值均＞95%，均能满足通过率＞90%的要求，且无统计学差异。A 组的计划实施效率优于B 组，不仅机器跳数上相较B 组减少，且治疗时间也较B 组缩短，差异有统计学意义(P＜0.05)。见表3。

表3 两组计划的剂量验证通过率、机器跳数和治疗时间的比较Tab. 3 Comparison of passing rate in dose verification,monitor unit and treatment time between the two groups

讨 论

直肠癌单纯手术切除局部复发率及并发症发生率高，临床上主要采用以手术为主、辅助放化疗的综合方案治疗[7]。虽然目前局部进展期直肠癌推荐的治疗模式为“术前同步放化疗(CRT)”或“短程术前放疗(SCRT) + 全直肠系膜切除术(TME) ±辅助化疗(ACT)”[8-9]，但在我国很多基层医院未开展术前新辅助放化疗，因此术后辅助放疗是局部进展期直肠癌不可或缺的治疗之一。早期多项临床研究结果显示无论是术后辅助放疗亦是术前新辅助放疗，调强放疗对正常器官的保护要优于三维适形放疗。目前国内各级医院精确放疗设备及技术参差不齐，20 世纪70 年代初我国开始研制国产加速器，经过近半个世纪的发展，目前国产加速器产业已经基本完善[10]，近年来相关研究数据证实国产加速器与进口加速器疗效相当[11-12]。丛小虎等[13]对比国产与进口精确放疗设备在原发性肝癌与胰腺癌的临床剂量学差异，发现国产与进口精确放疗设备在原发性肝癌与胰腺癌放疗方面的计划质量与剂量验证结果保持了良好的一致性。李全义等[14]研究显示国产加速器能够实现早期乳腺癌保乳术后患者放疗的靶区剂量与危及器官的剂量学要求。金丽媛等[15]分析了国产加速器和进口加速器在前列腺癌的剂量学特点，发现国产与进口直线加速器在实施前列腺癌调强放射治疗中均能实现较好的靶区剂量分布。本研究纳入10 例局部进展期直肠癌术后放疗患者，每例患者分别采用国产FonicsPlan 计划系统和进口Pinnacle V9.10 计划系统设计静态调强计划，通过对比剂量学差异，为临床应用提供参考。

Roels 等[16]研究认为直肠癌最常见的区域淋巴结复发部位为直肠系膜区(46%)、直肠上动膜/肠系膜下动脉(28%)、髂内、闭孔区(27%)、髂外区(4%)，而腹股沟区淋巴结转移最少见(＜1%)。直肠癌术前/术后放疗制定靶区勾画的中国专家共识中也指出直肠系膜区、骶前区、髂内血管区为高危淋巴结引流区[17]。所以直肠系膜区、骶前区、髂内血管区为术后放疗必照射区域。因为手术破坏了腹盆腔正常结构，所以术后放疗导致更多的小肠受到照射，肠道不良反应的发生率主要与小肠的照射体积及剂量密切相关。相关研究显示，小肠V15、V45的照射体积分别与早、晚期肠道不良反应的发生率关系密切[18]。当小肠V15＜150 cm3、150 ～ 299 cm3和≥300 cm3时，3 级急性肠道反应发生率分别为0、30%和70%，当小肠V45＞78 cm3或V50＞17 cm3时晚期肠道不良反应发生率显著增加。有研究认为膀胱对射线的耐受性相对较好，膀胱充盈状态下对小肠的保护较排空时好，≥3 级放射性膀胱炎发生率在2%左右，急性泌尿系反应与膀胱V40受照射体积相关，当膀胱的 V40≥50%或V50≥20%时发生放射性膀胱炎的概率较高[19]。

本研究结果从剂量学角度分析显示，在靶区适形度及均匀性上进口精确放疗设备均优于国产精确放疗设备，进口精确放疗设备更有利于计划剂量目标的实现，这考虑与B 组Varian IX 加速器的多叶光栅叶片比A 组XHA1400 加速器多叶光栅叶片窄有关。在正常器官保护上，两组小肠的早期保护无显著差异，国产精确放疗设备对膀胱的早期保护、小肠的晚期保护及股骨头的保护要优于进口精确放疗设备。此结果发生的原因与两套计划系统算法、计划设计及加速器的剂量学性能相关。靶区和危及器官的剂量学差异与计划系统算法的相关性有待进一步研究。在治疗时间上，国产精确放疗设备较进口精确放疗设备缩短了整体治疗时间，国产叶片较进口的厚且动态多叶光栅使得国产设备具备了高效的传递效率。计划验证的通过率能够反映设备系统的整体性能，国产系统的计划通过率达到了96.13%，与进口设备无显著差异，表明国产设备系统性能与进口设备的性能无显著差异，XHA1400 加速器在硬件配置和精度方面都能够到达进口设备的水平。本研究仅为计划的比较，具体疗效及不良反应有待临床研究进一步验证。

综上，国产与进口精确放疗设备均能实现直肠癌根治术后调强放疗的靶区剂量分布要求，剂量学上安全可行，各级别医院可根据临床需求进行选择应用。

作者贡献曾铭玥：数据管理，规范分析，调查研究写作，撰写初稿；冯林春：总体构思，方法设计，资源提供，写作，审读和修订；丛小虎：调查研究，有效验证；刘其腾：数据管理。

利益冲突所有作者声明无利益冲突。

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