射波刀治疗肝癌的放射治疗计划参数的质量控制研究

郭学玲，贺晓东，赵宪芝，贾 臻，代智涛，居小萍，刘永明，张火俊

原发性肝癌位居全球癌症发病率第6位[1]。在HCC的多种治疗手段[2-5]中，射波刀作为一种新型且精准的体部立体定向放射治疗（stereotactic body radiation therapy，SBRT）设备，在肝癌治疗中备受瞩目[6-8]。临床研究表明，射波刀治疗肝癌安全且有效，显示出较高的局部控制率，还可以提高生存率[9]。然而，目前放疗物理师在射波刀治疗计划参数质控方面的工作做得较少，缺少比较系统的可以供初期开展射波刀放疗工作的同行参考的经验。本研究针对射波刀治疗计划质控工作，对118例接受射波刀放疗的肝癌患者的治疗计划参数进行分析，以期为实现安全、精准而高效的射波刀放疗提供数据支持和参考。

1 临床资料

1.1 一般资料

回顾性分析2017年1月1日—2018年8月16日在海军军医大学附属长海医院放射治疗科接受射波刀放疗的118例肝癌（包括转移性肝癌）患者的临床资料，包括性别、年龄、照射靶区个数、总放疗剂量、分次放疗剂量、分割次数和标化等剂量（表1）。

表1 118例肝癌患者的人口统计学和射波刀放疗数据Table 1 Demographic and cyber-knife radiotherapy data of 118 patients with liver cancer

1.2 射波刀放射治疗计划设计

定位和治疗期间，患者均取仰卧位，双手自然置于身体两侧，并且使用真空垫体模进行固定。行螺旋CT扫描定位，获得平扫（主图像）和增强（辅图像）2期图像。对适合采用Synchrony呼吸同步追踪系统的患者，在CT定位前1周，于CT引导下行肝肿瘤金标（1～4枚金标）植入术。

主管医师基于主图像和辅图像，勾画靶区及周围危及器官（organs at risk，OARs），并且根据患者的个体差异，制定相应的放射治疗计划，包括总放疗剂量和放疗分割次数等。由放疗物理师基于射波刀MultiPlan@4.0.2治疗计划系统（treatment planning system，TPS），按医嘱设计放射治疗计划。

1.3 射波刀放射治疗计划参数

射波刀放射治疗计划参数主要包括靶区参数、OARs参数和机器参数3类。使用射波刀放射治疗计划参数自动化提取系统提取参数，自动检索备份文件[10-12]。

计算生物等效剂量（biological equivalent dose，BED）以及相当于常规2 Gy分次剂量的等效剂量（equivalent dose in 2 Gy per fraction，EQD2），计算时未考虑时间剂量。

1.4 射波刀放射治疗计划设计中的关键技术

针对靶区和OARs优化，TPS提供多种不同的选择方案[15]。在设计过程中，通过调整OARs的先后顺序，可以实现优先重点优化（即保护）某些OARs的目的，包括脊髓、心脏、胃、食管、十二指肠、空肠和回肠等。

在预先设置各种限制参数后，进行初步剂量优化计算，并且根据靶区的适形指数、OARs限量以及节点数等，不断调整和优化参数，完成放射治疗计划的设计，均采用射线追踪剂量算法[13-14]。

1.5 统计学分析

应用Excel 2016软件进行数据处理和分析，进行描述统计。计量资料以x±s表示。

2 结果

2.1 靶区参数

118例肝癌患者中，最多有6个肿瘤靶区，其中单靶区、双靶区和多靶区的病例数分别为86、24和8例。由于多（双）靶区的病例数较少，并且个体的差异性较大，因此本研究针对单靶区进行分析。

数据分析结果显示，靶区体积的离散度较高。在86例单靶区肝癌患者中，靶区最小体积为4.54 cm3，最大体积为309.31 cm3，中位体积为35.12 cm3，除去最大和最小体积后的平均体积为（55.95±53.90）cm3。平均总放疗剂量为（43±4）Gy（范围：30～58 Gy），平均单次放疗剂量为（7±2）Gy，平均分割次数为（6±1）次（范围：5～8次）。靶区总放疗剂量最高为50 Gy/5次，对应的BED和EQD2分别为100和83 Gy；最低为32 Gy/8次。如果以平均42 Gy/6次来计算BED和EQD2，则分别为71和60 Gy。

86例单靶区患者放射治疗计划的平均适形指数、新适形指数、均匀指数和靶区覆盖指数分别为（1.12±0.06）%、（1.21±0.07）%、（1.41±0.04）%和（92.67±3.80）%。24例双靶区患者放射治疗计划的平均适形指数、新适形指数、均匀指数和靶区覆盖指数分别为（1.16±0.14）%、（1.29±0.14）%、（1.42±0.05）%和（90.88±4.88）%。

2.2 OARs参数

提取所有患者OARs的计划体积剂量及最大点剂量数据，并与美国物理师协会TG101报告[15]的推荐值进行比较。根据文献[15-16]对OARs进行限量评估。对于肝癌而言，OARs通常包括脊髓、心脏、食管、肝脏、胃、空肠、回肠、十二指肠、左肾和右肾等。采用剂量体积直方图（dose volume histogram，DVH）显示OARs相应体积的受照剂量。

获得计划剂量与耐受剂量之差以及计划最大点剂量与耐受最大点剂量之差对应的最小剂量（Dmin）和最大剂量（Dmax）以及平均剂量。计划剂量低于耐受剂量越低，表明OARs实际受照剂量可能越低。考虑到放疗分割次数的差异，OARs会有不同的耐受剂量，因此绝对剂量差不能很好地反映放射治疗计划的质量，因此采用相对剂量可以更直观地观察计划剂量低于耐受剂量的比例。计划体积相对剂量＝（计划剂量-耐受剂量）/耐受剂量×100%。计划最大点相对剂量＝（计划最大点剂量-最大点耐受剂量）/最大点耐受剂量×100%。表2列出了118例肝癌患者放射治疗计划中危及器官（organs at risk，OARs）的相对剂量统计结果。表3统计了OARs计划接受相对剂量低于耐受量50%的数据。

表2 118例肝癌患者射波刀放射治疗计划中危及器官（organs at risk，OARs）的相对剂量统计结果Table 2 Relative dose of OARs in treatment planning of 118 patients with liver cancer receiving cyberknife stereotactic radiotherapy

表3 118例肝癌患者射波刀放射治疗计划中危及器官（organs at risk，OARs）相对剂量低于耐受量50%的统计数据Table 3 Relative dose lower than 50% of tolerated dose for OARs in treatment planning of 118 patients with liver cancer receiving cyber-knife stereotactic radiotherapy

2.3 机器参数

在设计放射治疗计划时，通常选择7.5、10.0、12.5、15.0、20.0、25.0、30.0、35.0和40.0 mm准直器，其中以20.0、25.0和30.0 mm准直器最常用分别占22%、27%和15%。对于与OARs距离很近的极大体积靶区，或是多靶区体积差异较大时，可能需要选择2个准直器，如15.0与30.0 mm准直器组合或是20.0与35.0 mm准直器组合以及多路径来完成设计。本组患者中，有9例患者的放射治疗计划选用了2个准直器。单靶区和双靶区患者放射治疗计划的平均节点数分别为（71±11）和（82±9）个，平均射野数分别为（170±43）和（219±55）个，平均总跳数分别为（7 509±2 685）和（9 901±2 603）跳，平均治疗时间分别为（45±8）和（51±7）min。

3 讨论

优秀的射波刀放射治疗计划方案是综合权衡靶区参数、OARs参数和机器参数之间关系的结果，既要保证给予靶区体积足够的照射剂量、保证靶区的适形度等靶区参数达到最优，还要尽量使正常OARs的受照剂量最低，同时需要平衡机器的射野数、节点数和治疗时间等参数。通过采取一系列严格的质控措施以优化物理放射治疗计划，从而提高局部控制率和生存率。本研究中，单靶区肝癌患者居多，接受射波刀放疗后的获益也最佳，这与其他研究[17-18]的结果一致。

靶区体积、处方剂量和分割次数是由主治医师根据肝癌患者的年龄、疾病状态、生存情况、生活质量以及Child-Pugh分级等因素，制定的个体化放射治疗计划方案，其中以分割次数为5次居多。放射治疗计划的平均适形指数、新适形指数、均匀指数和靶区覆盖指数是放疗物理师根据靶区和OARs等制定的个体化方案的优化评估结果。本研究显示，单靶区的上述指数均优于双（多）靶区；而多靶区单计划设计方案可以有效降低正常组织和OARs的受照剂量、缩短治疗时间以及提高治疗有效率[19]。

本研究结果显示，OARs尤其是心脏、左肾、右肾和脊髓（＜0.25 cm3）得到了极好的保护，并且空肠、回肠、胃和十二指肠等接近靶区的正常组织也得到了较好的保护。需要指出的是，对于肝脏和肺脏2大并行器官，因评价指标不同，未给出数据。肝脏的保护体积为700 cm3，结果显示有90%的计划保护体积＞1 000 cm3，其中35%的数据大于需保护体积的2倍，即1 400 cm3。由此提示，射波刀治疗肝癌在降低放射性肝损伤方面显示出较大的优势。对于全肺而言，其保护体积为1 000 cm3，结果显示有79%的数据＞1 500 cm3。由此提示，在射波刀治疗中，全肺也得到了极好的保护。

准直器的选择对与整个放射治疗计划的影响较大，不仅能够影响靶区参数和OARs参数，更会影响机器参数。本研究中，选择20.0、25.0和30.0 mm准直器分别占22%、27%和15%，单靶区患者放射治疗计划的机器参数优于双靶区患者。有研究[15]分析了胰腺癌受照靶区体积大小与准直器直径、射野数和治疗时间之间的关系，得到了相似的结论，即准直器的选择对于优化整个放射治疗计划方案至关重要[20]。

目前已开展了射波刀治疗非小细胞肺癌放射治疗计划比较的研究[19]，不同算法的剂量学比较研究[13-14,21]，以及普通放疗中的剂量学比较研究[21-23]，表明射波刀在剂量梯度跌落方面显示出明显的优势。然而，既往缺少针对同一病种放射治疗计划参数的大样本研究，本研究弥补了这一空白，为同行提供参考。

本研究的不足之处在于未能深入分析靶区体积与OARs的空间位置、射线束和治疗时间等参数之间的关系，有待进一步研究。