放射治疗中静态与动态调强的对比研究

吴晓玲 李 盼 邓昭逸

(1成都理工大学，四川成都市 610059;2重庆市第九人民医院肿瘤放疗中心，重庆市400700)

放射治疗发展至今已经一个多世纪了。如今，放射治疗仍是治疗恶性肿瘤的重要手段，以调强适形放射治疗［1，2］(IMRT)为代表的治疗模式乃是当今放射治疗技术的主流。近年来，调强计划在许多研究中已被证明具有剂量学优势，能够使剂量分布形状与靶区形状基本一致，提高肿瘤控制率，减少危及器官和正常组织的辐射损伤［3］。与常规放射治疗计划不同，IMRT采用的是逆向计划系统，即根据预先设定好的目标函数，形成不均匀的照射野强度分布。通过采用step＆shoot与sliding window两种不同的模式，可设计出静态调强与动态调强两种放疗计划。

静态调强，是将照射野要求的射线强度分布进行分级［4］(可用二维数组表示)，形成多个子野(segment)进行分步照射。其特征是，每个子野照射完毕后，切断照射，MLC调到另外一个子野，再继续照射，直到所有子野照射完毕，所有子野贡献的射线强度相加，形成所要求的强度分布［5］。在静态调强中，每个子野的形状和权重是由TPS计划系统根据所给的目标函数优化得到的，并计算得到最终的剂量分布。在所得到子野中，有些子野尺寸较小，将影响剂量计算的精度值，造成剂量分布不平滑，产生剂量噪声，影响体内的剂量分布与靶区的适形度。除此之外，由于多次多个子野的照射，会增加照射时间和降低射线利用效率，以上影响因素都会降低剂量与靶区的适形度。但是，静态调强不受剂量率的影响。动态调强，即在射线出束时多叶准直器叶片处于运动状态，通过控制多叶准直器每对叶片的相对位置和停留时间而形成相应形状的缝隙来对靶区进行扫描，从而调节照射野的强度。因此，动态调强受直线加速器剂量率稳定性的影响较大。另外，在动态调强中，对于靶区中任意一个点，至少会有一组开放的照射野或者一对闭合的叶片在其上方划过，显然将带来更高的多叶光栅透射因子。本文通过对两种调强计划的剂量分布图、DVH图参数和跳数的分析，以得到临床应用中合理的选择调强计划。

1 材料与方法

1．1 研究对象及靶区勾画 随机选择了6例临床上比较典型的食管癌病例，在TiGRT TPS放射治疗计划系统上设计静态调强与动态调强计划。将CT图像导入治疗计划系统，由放疗医生勾画肿瘤区GTV、临床靶区CTV(在CTV的基础上外扩0．6 cm的区域为计划靶区PTV)和危及器官OAR。

1．2 治疗计划设计 本研究中均使用北京医疗器械研究所BJ-6B 6MV医用X射线加速器。为了方便比较研究两种计划的特点，同一个病例在两种计划中设置的OAR约束条件为一致。在DVH图中，当两种计划的90%的靶体积满足处方剂量要求，即可看成两种计划具有比较的意义。两种计划都以PTV为参考中心设5个照射野，优化方式选择Intensity-Map Based Optimization。在计划设计时，为使靶区剂量符合剂量要求，可微调靶区剂量，但两种计划的照射野角度、OAR的约束条件及优先级应保持不变。由于调强计划是逆向计划，是根据所设置的约束条件来计算得到优化解。当约束条件设置不同时，得到的解也不同。在研究中，我们只是以使两种计划具有比较的意义为目的来设置约束条件，并没有改变危及器官的目标函数来达到剂量学要求，所以得到的解有可能并非最优解。

1．3 统计学方法 采用SPSS 13．0软件分析，计量资料比较采用t检验，以P＜0．05为差异有统计学意义。

2 结果

2．1 靶区的优化结果 两种计划的靶区剂量分布图类似，而靶区DVH图却有明显的差异。见表1。表中分别列出了GTV、CTV、PTV的剂量最大值和最小值。从表中可以看出，静态调强的靶区剂量分布区间大于动态调强，即静态调强的靶区剂量标准差大于动态调强，动态调强的靶区剂量分布更均匀(P＜0．001)。HI为靶区剂量均匀性指数:HI=D2/D98，D2和D98分别是2%和98%的靶区体积所对应的剂量，HI值越大，剂量分布越均匀;CI为适形指数，CI=(VT，ref/VT)× (VT，ref/Vref)，VT，ref为等剂量线所包绕的靶区体积，Vref为等剂量线所包绕的体积，VT为靶区体积，CI值越大，适形度越好［6，7］。单从靶区的剂量分布来看，动态调强优于静态调强，但两种计划的均匀性指数和适形指数差异无统计学意义。

表1 两种计划的靶区剂量学参数 (±s)

表1 两种计划的靶区剂量学参数 (±s)

剂量(Gy) 静态 动态 t值 P值36．63 ±2．02 39．33 ±1．63 －2．548 ＜0．001 PTV Dmax 78．34 ±3．67 77．69 ±3．09 0．333 ＜0．001 CTV Dmin 47．28 ±3．84 50．21 ±2．69 －1．531 ＜0．001 CTV Dmax 78．35 ±3．67 77．69 ±3．09 0．336 ＜0．001 GTV Dmin 62．14 ±2．38 63．49 ±2．07 －1．050 ＜0．001 GTV Dmax 78．35 ±3．67 77．69 ±3．09 0．336 ＜0．001 HI 1．70 ±0．100 1．60 ±0．119 1．629 0．999 PTV Dmin CI 0．82 ±0．033 0．85 ±0．018 －1．983 0．999

2．2 危及器官的优化结果 两种调强计划中的危及器官剂量差异并不显著，除了双肺V5静态调强优于动态调强(P＜0．01)，其他参数差异并无统计学意义。对于脊髓Dmax，动态调强比静态调强降低了3．2%，但两种计划的Dmax都远小于45 Gy。两种计划中，危及器官受照剂量并无明显差异。见表2。

表2 两种计划肺的剂量体积参数和脊髓的最大值比较 (x?s)

表2 两种计划肺的剂量体积参数和脊髓的最大值比较 (x?s)

器官 静态 动态 t值 P值65．27 ±10．09 65．99 ±9．83 －0．126 0．010左肺 V20(%) 26．79 ±4．49 26．98 ±4．39 －0．077 0．198 V30(%) 10．02 ±2．44 9．64 ±2．31 0．276 0．333 V5(%) 63．67 ±11．56 64．19 ±11．87 －0．077 0．000右肺 V20(%) 26．28 ±5．41 26．17 ±5．60 0．035 0．041 V30(%) 9．85 ±2．79 9．12 ±2．51 0．479 0．193脊髓 Dmax(Gy)V5(%)26．35 ±3．19 25．54 ±1．11 0．583 0．000

2．3 计划跳数及执行时间比较 静态调强计划的机器跳数为(538．83 ±67．56)，少于动态调强计划的(580±77．56)，两 者 比 较，差 异 有 统 计 学 意 义(t= －0．988，P=0．000)。但是在治疗过程中，由于静态调强中有多个小子野，每照射完一个小子野都需要使光栅重新走位，需耗费较长时间，所以在治疗过程中，动态调强执行时间较静态调强节约了约40%。

3 讨论

放射治疗已广泛应用于恶性肿瘤的治疗，而调强治疗在照射方向上能使照射野的形状与靶区的形状一致，同时也能保证靶区剂量与表面剂量处处相等，从而提高了肿瘤的控制率。对6例食管癌观察了静态调强计划和动态调强计划的特点，通过对靶区剂量学参数、危及器官的剂量体积参数和机器跳数及执行时间的比较，可以得出以下结论:①采用sliding window方式的动态调强更具有剂量学优势。在动态调强计划中，靶区剂量的均匀度HI和适形度CI优于静态调强计划，与DVH图曲线结果一致，但两种计划的HI值和CI值并无统计学差异。由于逆向计划系统得到的通量是空间连续变化的，采用step＆shoot方式的静态调强只能对这连续变化的通量进行梯度近似，失去了精度，即降低了与靶区的适形度。②通过对两种计划产生的DVH图的比较，危及器官剂量体积参数曲线并无明显差异。考虑到光栅透射因子对DVH图的影响，在此笔者做了一个计算:当关闭整个光栅时，输入机器跳数为200 MU时，测得的透射射线约为3%，可算出散射射线剂量约为5 cGY。在6例中，动态调强的跳数最多比静态调强仅多82 MU，散射射线剂量差可忽略，即可知道在实际过程中可认为光栅透射因子对两种计划的影响基本可忽略。③通过对患者治疗执行时间和机器跳数的比较发现，动态调强较静态调强节约时间。本研究中，动态调强的最大优势表现在计划执行时间上，而一个照射时间短的治疗模式无疑能减少因位子变化而产生的误差。葛宁等［8］在多叶准直器动态调强与静态调强方式的比较中，得出靶区剂量分布动态调强优于静态调强，静态调强的总机器跳数比动态调强少了9．0% ～23．0%，总治疗时间却是动态调强的2倍，与本结论相似。但是在危及器官的保护上，静态调强优于动态调强，与本结论不同。考虑到本研究的机器跳数较少，透过的光栅叶片的小剂量也较少，即可忽略多叶光栅透射因子带来的影响，所以在静态调强与动态调强中对危及器官和正常组织的保护并无明显差异。

综上所述，在对中下段食管癌调强放射治疗中，当直线加速器剂量率比较稳定时，动态调强计划能更好的保证靶区剂量均匀度和适形度。当加速器剂量率不稳定时，则可优先选择静态调强。但是，本文仅以一种计划系统为基础，至于其他计划系统是否有相似的结论，还有待进一步研究。

［1］ 胡逸民．调强适形放射治疗(一)［J］．中国肿瘤，2000，9(5):228－229．

［2］ Bortfeld T．IMRT:a review and preview［J］．Phy Med Biol，2006，51(13):363 －379．

［3］ Chandra A，Guerrero TM，Liu HH，et al．Feasibility of using intensity-mudulated radiotherapy to improve lung sparing in treatment planning for distal esophageal cancer［J］．Radiother Oncol，2005，77(3):247 －253．

［4］ 章敏娟．调强射野的实现方式研究［D］．南京:东南大学，2007:14－19．

［5］ 胡逸民．肿瘤放射物理学［M］．北京:原子能出版社，1999:550－559．

［6］ 郑亚琴，刑晓汾，马永强，等．快速旋转调强与五野动态调强在乳腺癌保乳术后放疗中的剂量学比较［J］．中华放射医学与防护杂志，2013，33(3):282－285．

［7］ Bignardi M，Cozzi L，Fogliata A，et al．Critical appraisal of volumetric modulated arc therapy in stereotactic body radiation therapy for metastases to abdominal lymph nodes［J］．Int J Radiat Oncol Biol Phys，2009，75(5):1570 －1577．

［8］ 葛 宁，陈福慈，徐利明．多叶准直器动态调强和静态调强方式的比较［J］．医疗卫生装备，2007，28(12):59－61．