不同能量非均整射束在非小细胞肺癌立体定向放疗中的剂量学比较

黄宝添　陆佳扬　陈创珍

(汕头大学医学院附属肿瘤医院放疗科，广东　汕头　515031)

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不同能量非均整射束在非小细胞肺癌立体定向放疗中的剂量学比较

黄宝添陆佳扬陈创珍

(汕头大学医学院附属肿瘤医院放疗科，广东汕头515031)

〔摘要〕目的比较两种不同能量的非均整射束在Ⅰ期非小细胞肺癌(NSCLC)立体定向治疗(SBRT)计划中的剂量学差异。方法选取10例NSCLC病人的SBRT计划，分别使用两种能量非均整射束6MV(6XFFF)和10MV(10XFFF)，使用相同射野角度和优化条件分别进行计划设计并比较剂量学差异。比较的具体参数包括靶区的D2%、D98%、Dmean、适形度指数(CI)和均匀性指数(HI)，剂量下降梯度指数(GI)，危险器官剂量和治疗时间。结果10XFFF计划组靶区的D2%，Dmean均高于6XFFF计划组，6XFFF计划组具有较好的均匀性指数(HI)，而两组计划的适形度指数(CI)无统计学意义；6XFFF计划组的GI，包括GI80%，GI60%和GI50%均优于10XFFF计划组；在危险器官剂量方面，6XFFF组的主动脉、气管树、脊髓、心脏、胸壁、患侧肺、间侧肺剂量均低于10XFFF计划组(P<0.05)，而食管和上腔静脉的剂量差别无统计学意义(P>0.05)；10XFFF组的治疗时间明显少于6XFFF组(P<0.05)。结论肺癌SBRT治疗中，采用6XFFF和10XFFF两种能量射束治疗各有优劣。6XFFF能量射束能得到较优的靶区均匀性和危险器官受量，而采用10XFFF能量能明显缩短治疗时间。

〔关键词〕非小细胞肺癌；立体定向治疗；非均整射束；能量；剂量学

早期非小细胞肺癌(NSCLC)患者使用立体定向放射治疗(SBRT)技术，其3年局部控制率可达88%～92%，且具有较低的放疗毒性〔1～3〕。常规肺癌SBRT治疗使用的是8～12个非共面照射野，包括治疗前的摆位和验证通常需要20～45 min〔4〕。基于非均整射束(FFF)的旋转调强(Rapid Arc)放疗技术近两年来被广泛应用于早期NSCLC的SBRT〔5，6〕。与其他常规的旋转调强放疗技术相比，RapidArc结合FFF射束能显著缩短治疗时间和减少机头散射剂量〔4，7，8〕。较短的治疗时间是10XFFF射束的优势，但其在靶区和危险器官的剂量学方面是否同样具有优势，国内外文献还未见报道。因此，本文采用6XFFF和10XFFF两种射束对早期NSCLC SBRT病例分别进行计划设计，对靶区剂量分布、危险器官剂量和治疗时间等参数进行综合评价，探讨更适合NSCLC患者SBRT治疗的能量射束。

1材料与方法

1.1患者临床资料选取10例2012年3月至2014年1月在我院接受放射治疗的老年患者10例。患者经病理检查确诊为Ⅰ期周围型NSCLC，无纵隔淋巴结转移，其中男7例，女3例，左肺癌6例，右肺癌4例，年龄58～76岁，平均年龄65.6岁。

1.2病人CT扫描扫描前使用真空负压袋或热塑面罩固定患者，仰卧位在平静呼吸下进行CT(荷兰飞利浦公司)扫描。扫描范围从环状软骨到肋膈角下缘，包含双侧肺。其中3例患者进行全时相(10个时相)的4DCT扫描，另外7例进行常规的增强扫描，扫描层间距和层厚各为3 mm。病人的CT图像导入Eclipse 10.0治疗计划系统进行靶区的勾画和计划设计。

1.3靶区勾画与处方设定对于4DCT扫描的病人，由医生在肺窗下勾画出10个不同呼吸时相的肿瘤靶区并生成内靶区(ITV)，ITV在三维方向上各外扩5 mm生成计划靶区(PTV)；对于常规增强扫描的病人，由医生在肺窗下勾画大体肿瘤靶区(GTV)，PTV由GTV根据在模拟机上观察到的肿瘤运动适当外扩生成。全部病人的治疗计划均在增强图像上进行设计。危险器官包括主动脉、气管树、胸壁、脊髓、食管、心脏、患侧肺、间侧肺和上腔静脉。危险器官的勾画按照RTOG 0915号报告进行〔1〕。处方参考斯坦福癌症中心的分割方案设定为25 Gy×1 fraction。

1.4计划设计在Eclipse(Version 10.0，美国瓦里安公司)计划系统使用Truebeam直线加速器上的6XFFF和10XFFF两种射线能量对10例患者分别进行计划设计。计划设计均采用部分双弧(Dual partial-arc)，弧的起始角度根据病灶的位置选择179°或者181°，结束角度以射束不进入间侧肺为准。6XFFF能量采用1 400 MU/min的剂量率，10XFFF能量采用2 400 MU/min的剂量率进行优化。优化时两组计划均采用相同射野角度和优化约束条件。剂量计算使用AAA(Version 10.0.28)算法并执行组织不均匀性修正，计算网格均设定为1 mm。最终剂量归一到PTV的D95%(即100%的处方剂量线包绕95%的靶区体积)。

1.5剂量评价计划比较的参数包括：靶区的2%体积剂量(D2%)、98%体积剂量(D98%)、平均剂量(Dmean)、适形指数(CI)、均匀指数(HI)；剂量下降梯度指数(GI)；危险器官：主动脉、气管树、脊髓、食管和上腔静脉的评价参数是最大剂量(Dmax)和平均剂量(Dmean)，胸壁的评价参数是V20和Dmean，患侧肺的评价参数是V5，V10，V20和Dmean，心脏的评价参数是Dmean；其他的评价参数还包括机器的跳数(MU)和治疗时间。计算CI，HI和GI。CI 越接近1，适形度越好；HI 越接近0，靶区剂量均匀性越好；GI的数值越小，剂量下降越快。

1.6统计学方法采用SPSS17.0软件进行配对t检验。

2结果

2.1靶区的评价参数比较10XFFF计划组靶区的D2%，Dmean均高于6XFFF计划组(P<0.05)。6XFFF计划组的HI优于10XFFF计划组(P<0.05)，而两组计划的CI无统计学意义(P>0.05)。见表1。

2.2危险器官的剂量比较6XFFF计划组的主动脉、气管树、脊髓、心脏、胸壁、患侧肺、间侧肺受量均低于10XFFF计划组(P<0.05)。而食管和上腔静脉的剂量差别无统计学意义(P>0.05)。见表2。

2.3剂量下降梯度指数比较6XFFF计划组的剂量下降梯度指数，包括GI80%，GI60%和GI50%均优于10XFFF计划组(P<0.05)。见表3。

2.4计划的MU数和治疗时间比较两组计划之间MU数差别无统计学意义(P>0.05)，但10XFFF计划组的治疗时间明显少于6XFFF计划组(P<0.05)。见表3。

表1　靶区剂量评价参数比较

表2　危险器官剂量比较

表3　两组计划的GI、MU数和治疗时间的比较

3讨论

结合RapidArc和FFF技术能显著缩短放射治疗时间。由于FFF射束移除了均整块，其周围的散射剂量要低于均整射束〔7～9〕，因此可在一定程度上降低二次肿瘤的发生〔10〕。而使用RapidArc技术结合FFF射束用于NSCLC的SBRT治疗时，该使用哪种射线能量，国际上尚无定论，因此本文研究6XFFF和10XFFF两种能量射束的剂量学优劣，具有一定的临床意义。

SBRT技术用于早期NSCLC患者的治疗，其局部控制率(LC)与靶区的生物等效剂量(BED)紧密相关。RTOG 0915报告建议的是使用12 Gy×4 fraction或者是34 Gy×1 fraction的剂量分割方案。但是随后研究表明，当肿瘤体积小于12 cc时，使用单次分割剂量大于20 Gy的治疗方案其1年局控率可高达93%～100%〔11〕。Chetty等〔12〕的研究结果也证明，对于小体积的NSCLC患者，治疗时并不需要太高的BED。因此，本文采用的是斯坦福癌症中心使用的25 Gy×1 fraction剂量分割方案，该剂量分割方案由于总放疗剂量只有25 Gy，远低于RTOG 0915报告建议的34 Gy和48 Gy，因此能降低危险器官的照射剂量，减少放射治疗并发症的发生概率。

本研究结果表明，10XFFF组治疗计划的D2%，Dmean均高于6XFFF计划组，且10XFFF组的HI稍差于6XFFF组。分析是由于高能射线穿过肺时，发生侧向电子散射，且当肺密度越低、射野面积越小、光子能量越高时该现象越明显。侧向电子散射的结果，使射线在肺中的路径延长，半影增宽，从而使肺受量增加并使实体组织(如肿瘤)的边缘缺量。因此，本文中10XFFF组计划其靶区剂量分布不如6XFFF组均匀。此外，本研究发现，10XFFF组的大部分危险器官(如主动脉、气管树、脊髓、心脏、胸壁、患侧肺、间侧肺)的剂量高于6XFFF组，这与Weiss等〔13〕的研究结果一致。Weiss等〔13〕对13例肺部肿瘤患者使用固定野调强放射治疗技术分别进行6 MV和18 MV X线的计划设计，结果发现18MV计划组的食管、心脏和肺等危险器官的平均剂量均高于6MV组。

治疗时间是衡量放射治疗技术优劣的一个重要参数。本文发现，采用10XFFF射束其平均治疗时间相比6XFFF组缩短约2.2 min。产生此现象的原因是两组计划的MU数并没有明显的区别，而10XFFF射束的剂量率约是6XFFF射束的两倍(6XFFF射束的最大剂量率为1 400 MU/min，而10XFFF射束的最大剂量率为2 400 MU/min)。缩短治疗时间对于SBRT计划治疗具有十分重要的临床意义，因为缩短治疗时间可以降低病人体位改变的概率从而提高治疗精度〔14〕，而延长治疗时间可能会导致肿瘤靶区在治疗过程中发生移动从而导致“脱靶”。

本文发现6XFFF射束在靶区的均匀性和保护危险器官方面具有一定的优势，但是10XFFF射束能量在治疗时间上具有明显的优势。因此，如何更好地结合这两种能量射束相互间的优势来更好地为NSCLC患者将是今后的一个重要研究方向。

4参考文献

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12Chetty IJ，Devpura S，Liu D，etal.Correlation of dose computed using different algorithms with local control following stereotactic ablative radiotherapy(SABR)-based treatment of non-small-cell lung cancer〔J〕.Radiother Oncol，2013；109(3)：498-504.

13Weiss E，Siebers JV，Keall PJ.An analysis of 6-mv versus 18-mv photon energy plans for intensity-modulated radiation therapy(IMRT)of lung cancer〔J〕.Radiother Oncol，2007；82：55-62.

14Hoogeman MS，Nuyttens JJ，Levendag PC，etal.Time dependence of intrafraction patient motion assessed by repeat stereoscopic imaging〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2008；70：609-18.

〔2014-12-19修回〕

(编辑赵慧玲/曹梦园)

基金项目：广东省医学科学技术研究基金项目(A2015534)

通讯作者：陈创珍(1973-)，女，主任医师，主要从事肿瘤放射治疗研究。

〔中图分类号〕R734.2

〔文献标识码〕A

〔文章编号〕1005-9202(2016)10-2400-03；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.10.040

第一作者：黄宝添(1983-)，男，工程师，主要从事放射治疗剂量学研究。