中央型肺癌应用IMRT和3-DCRT 实现SBRT的剂量学比较

李腊枚，黄高明，周光华

（湖南师范大学第二附属医院，解放军第163 医院肿瘤科，湖南 长沙 410003）

在中国每年约有600,000 位患者死于肺癌[1]。很多患者因为心肺功能不全无法手术治疗[2]。随着科技的发展，很多不能手术切除的患者也能通过新兴的非手术方法治愈。在这些新兴的方法中，立体定向放射治疗(Stereotactic Body Radiation Therapy,SBRT)取得了最大的成绩。本研究通过比较同一个体在IMRT 与3-DCRT 技术下的SBRT 计划的优缺点，为临床SBRT 治疗个体化放疗方案的选择提供剂量学方面的依据。

1 材料与方法

1.1 临床资料

选择2011年12月至2012年10月在湖南师范大学第二附属医院肿瘤科收治的30例中央型肺癌患者（30 个病灶）。男性13例，女性17例；年龄45-76 岁。所有患者均经纤维支气管镜病理学诊断确诊为肺癌，腺癌9例，鳞癌21例。肿瘤体积为25.68-103.63cm3，平均65.61 cm3，肿瘤直径3cm 以下的9例，3-5cm的15例，5-7cm的6例。

1.2 仪器设备

Siemens 公司KD-ⅡMevatron 型医用直线加速器；GAMMEXA3000A 型可移动激光定位系统；拓能公司的venus 三维治疗计划系统；瓦里安Eclipse 逆向治疗计划系统；西门子16 排螺旋扫描螺旋CT 机；配套三维固定架，真空袋固定装置。

1.3 靶区和周围危及器官的勾画

所有患者均在CT 定位下扫描，图像资料刻录光盘传至TPS 治疗计划系统，由放疗医师参考ICRU50、62、83 号报告，在计划系统内逐层勾画出大体肿瘤体积（gross tumor volume，GTV）、临床靶体积（clinical target volume，CTV）、计划靶体积（planning target volume，PTV）和周围危及器官（organ at risk，OAR）包括脊髓，两侧肺、心脏和食管。CTV 为在GTV 边缘腺癌病灶外扩8mm，鳞癌外扩6mm。CTV 边缘外扩10mm 为计划靶区PTV。

1.4 治疗计划设计

每一套图像分别7 野、9 野IMRT 计划和6 野3-DCRT 计划。各计划PTV 均给予处方剂量60Gy/12 次，隔日照射1 次。PTV 及各危及器官的优化限制条件为处方剂量至少覆盖95%的PTV；PTV 接受＞110%的处方剂量的体积应＜20%；PTV 接受＜93%的处方剂量的体积应＜3%；PTV 外的任何地方不能出现＞110%的处方剂量；肺接受＞20Gy的体积数＜30%；脊髓的最大剂量＜40Gy；全食管的受量＜30Gy，食管接受＞50Gy的体积数＜50%；心脏1/3的体积≤60Gy。计划经本科物理师和两位主治以上医师认可。

1.5 治疗计划评价参数

（1）靶区剂量的比较：①评估PTV的最大和最小剂量D2%、D98%（D2%和D98%分别为2%和98%的PTV 体积的受照剂量[8]以及D50% 。②比较三种计划的靶区剂量体积参数VX%（代表X%处方剂量所包绕的靶区体积）。③适形指数（CI）和不均匀指数（HI）。

适形指数（conformity index，CI）：用以评价靶区与参考等剂量曲面的适形程度（公式1）。VPTV-REF／VPTV ×VPTV-REF／VREF (1) 式中VPTV 为靶体积，VPTV-REF 为参考等剂量线50Gy 所包绕的靶区体积，VREF 为参考等剂量线50Gy 包绕的所有区域体积。CI的取值在0～1 之间，等于1 时表示等剂量线面所包绕的区域与靶区完全一致，等于0 时表示等剂量线所包绕的区域与靶区没有重叠。CI 越接近1，适形度越高。

不均匀指数（homogeneity index，HI）：用以评价PTV 内剂量分布均匀性（公式2）。

HI=D2%-D98%/D50%（2）式中D2% 、D98%分别为2%、8%PTV 所受到的照射剂量，D50%为中位剂量，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。

（3）重要器官受照剂量的比较：①观察全肺平均剂量（mean lung dose，MLD）以及接受大于V5、V10、V20、V30、V40、V50 分别为接受5、10、20、30、40、50Gy 剂量照射的正常肺体积占全肺总体积的百分比。②观察食管平均剂量（Dmean）、V50、V60、D2%用于评价各计划的食管受照射情况。③观察心脏接受大于35Gy的照射体积占全心脏体积的百分比（V35），D1/3 为心脏1/3的体积所接受的照射剂量。④观察脊髓的平均剂量（Dmean）以及1cc 体积的受照射剂量（D1cc）。

1.6 统计学方法

所有结果均以mean±SD表示，对结果采用SPSS13.0 统计软件进行方差分析，SNK-Q 检验进行组间两两比较。P＜0.05 为差别有统计学意义。

2 结果

2.1 PTV 各参数、CI、HI的比较

三组计划均能满足剂量学要求，IMRT 计划与3-DCRT 计划比较，前者的PTV 最大剂量、平均剂量均较后者提高[表1]；IMRT 计划靶区的CI 平均值高于3-DCRT 计划，而靶区HI 平均值正相反[表1]。

表1 三种放疗计划PTV 剂量比较(mean±SD)

2.2 全肺、食管、脊髓、心脏各参数的比较

三种治疗计划对全肺的照射情况，IMRT 计划对正常肺组织的照射剂量和照射体积均较3-DCRT 小，而7 野IMRT 计 划 比9 野IMRT 计 划V5、V10 值小[表2]；食管受照射情况比较显示，IMRT 计划较3-DCRT 计划对食管的照射剂量低，照射体积小[表3]；脊髓受照射情况比较显示，IMRT 计划较3-DCRT 计划对脊髓的照射剂量低，照射体积小[表4]；心脏受照射情况比较显示，9 野IMRT 计划较3-DCRT和7 野IMRT 计划对心脏的照射剂量高，照射体积大[表5]；各项计划均能满足SBRT 在中央型肺癌中应用的剂量学要求，7 野IMRT 计划较其他两项计划在剂量学方面更有优势，对周围组织的保护更好。

表2 三种治疗计划全肺剂量比较（mean±SD）

表3 三种治疗计划食管剂量比较（mean±SD）

表4 三种治疗计划脊髓剂量比较（mean±SD）

表5 三种治疗计划心脏剂量比较（mean±SD）

3 讨论

SBRT 是以采用现代影像学技术正确发现靶区，通过立体定位及验证技术精确瞄准靶区，通过计算机控制驱动特殊射线装置高剂量摧毁靶区，将放疗副作用及放射损伤降到最低为技术特征的现代放疗过程。采用高分次剂量治疗模式是SBRT的最大特征。在本研究中，三组计划均能满足超过95%的PTV 满足处方剂量要求。9 野IMRT、3-DCRT和7 野IMRT 计 划的 靶 区Dmax、Dmin、Dmean 均能满足剂量学要求。而周围危及器官的受照射剂量和体积均小于研究所设定的阈值，9 野IMRT、3-DCRT和7 野IMRT 计划的肺V20 值、脊髓D2%、食管V50 值、心脏D1/3 值均小于实验所设定的肺V20＜30%、脊髓D2%＜40Gy、食管V50＜50%、心脏D1/3≤60Gy 等剂量学要求，故从剂量学角度来分析SBRT 可以应用于中央型肺癌。

SBRT 采用高分次剂量模式主要从以下几方面提高疗效：首先，SBRT 可以提高放疗的BED（生物等效剂量）值，达到根治的目的，取得与手术治疗相当的疗效；其次，SBRT 可以缩短治疗时间，有对抗常规分割放疗肿瘤细胞加速增殖的生物学优势；再次，SBRT 或许存在一种新的克服乏氧细胞放射耐受机制[1]；最后，大分割放疗在促进肿瘤免疫应答方面也发挥着作用[2]。研究证实，常规分割放疗采用与SBRT 放疗相同的设备和技术时，前者也不能取得与后者一致的满意疗效[3]。SBRT 放疗（SBRT 放疗是每次放疗的剂量大于常规分割的剂量，间隔2天以上照射1 次）分割方式可以提高肿瘤的LC和完全缓解率（CR），其值分别达85%-100%[4-5]和62.5%[3]。产生这一差距的原因是，在放疗总剂量相同的情况下，SBRT 所对应的BED 值更高[4]。有三方面依据可以解释这一现象：第一种支持这一结论的理论依据是肿瘤倍增时间理论，SBRT 放疗可以缩短治疗时间，有对抗常规分割放疗肿瘤细胞加速增殖的生物学优势。第二种理论依据是线性二次模型的估计误差理论，Brown[1]认为SBRT 放疗时或许存在一种新的克服乏氧细胞放射耐受机制。第三种理论依据是免疫应答增强机制理论，Michael[2]认为SBRT 放疗在促进肿瘤免疫应答方面也发挥着作用。但是，在放疗毒副反应相关研究中显示：中央型和周围型肺癌放疗后3年内2 或3 级放射性肺炎的累积发病率分别为25%和13%[6]，因此，SBRT 应用与中央型肺癌时技术的选择应该更加慎重。

在本研究中，各组计划均能满足处方要求，处方剂量至少覆盖95%的PTV；PTV 接受＞110%的处方剂量的体积＜20%；PTV 接受＜93%的处方剂量的体积＜3%；PTV 外的任何地方均没有出现＞110%的处方剂量。IMRT组高剂量曲线包绕PTV 较3-DCRT 更为紧密，边缘形成的剂量梯度更陡。这中现象量化的表达就是HI和CI 值，以往的研究均采用ICRU 第62 号报告来确定靶区的适形指数（CI）和均匀性指数（HI），但在ICRU 第83 号[7]报告指出，在精确放射治疗如：3-DCRT、IMRT 等放疗技术中，不再报告PTV的最大剂量和最小剂量，而用接近二者的D2%和D98%来代替。故HI 计算为HI=D2%-D98%/D50%，我们的研究中9 野IMRT，3-DCRT，7 野IMRT 计划的适形指数（CI）分别为0.77±0.025，0.64±0.023，0.76±0.029，IMRT 各组的靶区适形度较3-DCRT 计划高，说明IMRT 计划在三维方向上高剂量分布的形状与靶区的吻合度优于3-DCRT 计划，在这种高度适形的基础上，IMRT技术下增加靶区的剂量更为安全有效，有利于肿瘤的局部控制。9 野IMRT，3-DCRT，7 野IMRT 计划的HI 值分别为1.35±0.14，1.04±0.08，1.33±0.14，IMRT 较3-DCRT 技术靶区剂量的均匀性下降，即在IMRT 计划中靶区内的剂量线分布更为紧密，而接近靶区边缘时，剂量梯度突然增加，剂量线的分布突然减少，IMRT 计划中靶区的剂量曲线均较3-DCRT 包绕靶区更加紧密，接近靶区周围时梯度更大，在靶区部分剂量分布更集中，剂量率也越高，故正常肺组织的受照剂量和体积也更少。

虽然我们的研究在剂量学上证实了SBRT 可以应用于中央型肺癌，但是，我们的研究目前仅限于剂量学方面的研究，SBRT 技术的开展对设备、技术、人员的要求很高，在临床上广泛开展的条件还不是很成熟，需要开展大规模的临床观察研究来证实其临床上的实用性和安全性，相信随着设备、技术的进步，人才的培养，SBRT 在NSCLC中的应用会取得突破。

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