双肺中央型非小细胞肺癌两种调强放射治疗计划的剂量学比较

柳炫宇， 赵文娟， 俞志杰， 王艺霖， 方振炜， 郭飞宝,3

肺癌是世界上发病率和死亡率最高的恶性肿瘤。肺癌的发生是多因素共同作用导致的结果[1]。其中，非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)占80%以上。由于NSCLC发病较为隐匿，约有70%的NSCLC患者确诊时已是晚期[2]。放射治疗在NSCLC治疗中的地位越来越重要[3]。其中，静态调强放射治疗(statics intensity-modulated radiotherapy， sIMRT)的肿瘤靶区精准度较高，可保护机体正常组织，还能有效控制NSCLC的进展，安全性较高，临床应用广泛[4]；但其射野角度固定，在满足靶区剂量覆盖率的同时，容易造成双肺高剂量区的增加。容积旋转调强放射治疗(volumetric modulated arc therapy，VMAT)则是一系列子野并配合可变束流来实现调强放射，机器跳数和治疗时长方面明显少于sIMRT[5]。VMAT旋转角度大，相较于sIMRT技术而言，射线可从更多的角度进入人体产生作用，可以较好地控制双肺的高剂量区，同时可能产生更多的低剂量区。有研究表明，放射性肺损伤不仅需要关注肺的高剂量区(20 Gy)，还需要关注肺的低剂量区(5 Gy)[6-7]。而NSCLC放射治疗无进展生存率低的主要原因是放射性肺损伤所带来的放射性肺炎。肺作为放射性敏感组织，三级的放射性肺炎便对患者的生存率产生严重的影响[8]。同时，由于人体解剖结构的差异，左、右肺体积大小、肺叶数目和毗邻关系的不同，同一种调强计划设计方式可能对左、右肺癌的放射治疗计划结果有剂量学参数上的差异。笔者拟比较左、右肺NSCLC患者采用sIMRT和VMAT两种放疗方案的计划靶区和危及器官的剂量学参数差异，探讨左、右肺中央型NSCLC患者的最佳放射治疗方案。

1 对象与方法

1.1 对象 收集笔者医院2013年12月—2019年1月行根治性调强放射治疗的NSCLC患者28例，其中男性26例，女性2例；年龄(63.1±11.0)岁(42～73岁)。左侧肺癌10例，右侧肺癌18例。鳞癌17例，腺癌11例。分期类型为：Ⅰ期2例，Ⅱ期6例，Ⅲ期17例，Ⅳ期3例。多为中晚期NSCLC。右侧肺癌18例中，肿瘤(含淋巴结转移灶，下同)的几何中心位置距体正中线的距离范围为(-7.19～0.33 cm)(2.60±1.72) cm。左侧肺癌10例中，肿瘤的几何中心位置距体正中线距离范围为(1.80～5.18 cm)(3.85±1.04) cm(负值表示肺癌中心位置位于体正中线的右侧，正值表示肿瘤中心位置位于体正中线左侧)。纳入标准：病理诊断明确为NSCLC并接受根治性放射治疗的患者。排除标准：合并其他肿瘤或严重基础疾病，既往接受放射治疗。

1.2 模拟定位 患者均采用科莱瑞迪热塑模仰卧位固定，双臂上抬交叉置额顶。为减少由于皮肤移动造成定位及治疗摆位的误差，训练患者，嘱其保持平静呼吸，并于体表做铅点标识，采用西门子大孔径CT模拟定位机SOMATOM Definition AS行螺旋CT 扫描，范围从第7颈椎下缘水平到膈肌下3 cm水平，应包括全肺组织，扫描层厚3 mm，获得CT定位图像。

1.3 靶区及危及器官勾画 将CT定位图像经网络传输到Raysearch公司“Raystation 4.7”版本的放射治疗计划系统平台上，由一位5 a以上临床工作经验的放疗科医师在Raystation治疗计划系统上进行靶区和危及器官的勾画，再由一位10 a以上临床工作经验的放疗科医师进行靶区和危及器官的修正，以确保结构的准确性。中央型NSCLC的肿瘤区(gross tumour volume, GTV)为CT图像上所见的原发病灶和转移淋巴结病灶。临床靶区(clinical target volume, CTV)包括可以断定的GTV和(或)亚临床病灶范围。考虑到放疗过程中存在的各种误差，将GTV和CTV均匀外扩5 mm获得计划靶区(planning target volume, PTV)PTV-G和PTV-C。危及器官主要包括双肺、心脏、食管、脊髓等。

1.4 治疗计划设计 放疗选用Elekta的Infinity直线加速器模型，光子线能量6 MV，分别设计sIMRT 和VMAT两种计划。VMAT计划设计采用单弧照射，照射弧的机架旋转范围是179.9°～180°(逆时针旋转)。sIMRT计划设计采用五野照射，照射角度根据靶区形状、位置等的不同而有所差别，以靠近靶区一侧，平行于靶区横断面长轴范围内进行射野布置。本研究采用提前设置目标值和扩环限制，sIMRT五野照射和VMAT单弧照射照满足临床要求和计划设计的评价标准。PTV-G处方剂量为60 Gy/30次，2.0 Gy/次；PTV-C处方剂量为54 Gy/30次，1.8 Gy/次。

1.5 靶区和危及器官的剂量参数记录 参照ICRU83 号报告分别评估两组放射治疗计划方案的结果。利用适形指数(conformity index， CI)和均匀指数(homogeneity index， HI)评估靶区的适形性和均匀性:

HI=(D2-D98)/D50

CI=TVRI2/(TV×VRI)

式中DX为X%靶区体积所接受的剂量，TVRI为处方剂量线所包绕的靶区体积，TV为靶区体积，VRI为处方剂量线所包绕的体积。HI越接近0，表示靶区剂量分布越均匀；CI越接近1，则表示靶区剂量分布越适形。记录靶区PTV-C的D98和D95，靶区PTV-G的D98、D95、D50、D2(其中DX为X%的靶区体积所接受到的最低剂量)；双肺的剂量参数V5、V10、V20、V30及Dmean(其中Dmean为平均剂量，VX为X Gy的剂量线所包绕的组织体积)；心脏的剂量参数V30、V40及Dmean；脊髓的剂量参数D2、Dmax(Dmax表示心脏所接受的最大剂量)。

2 结 果

2.1 靶区剂量参数分析 VMAT和sIMRT两种计划的靶区覆盖率和均匀性均能较好地满足临床要求。两种计划在PTV-GD95的剂量分布上差别有统计学意义(P=0.028)。两种放疗方式的靶区均匀性和适形性差别均有统计学意义(P=0.012、P=0.003，表1)。

表1 PTV-C和PTV-G计划靶区的剂量参数比较Tab.1 Comparison of dose parameters in the planned target region using VMAT and sIMRT

2.2 心脏和脊髓的剂量参数分析 两种放疗方式的脊髓Dmax比较，差别有统计学意义(P=0.016,表2)。

表2 VMAT和sIMRT心脏和脊髓的剂量参数比较Tab.2 Comparison of the dose parameters of the heart and spinal cord with VMAT and sIMRT

2.3 肺剂量参数分析

2.3.1 肺剂量参数分析 两种放疗方式在全肺V20、左肺V30、右肺V20的剂量分布上差别有统计学意义(P=0.004、P=0.032、P=0.013，表3)。

表3 VMAT和sIMRT下28例患者的肺剂量参数比较Tab.3 Comparison of lung dose parameters of 28 patients with VMAT and sIMRT

2.3.2 肿瘤位置偏右的NSCLC的肺剂量参数分析 对于18例右侧的中央型NSCLC患者，两种放疗方式在全肺V20、右肺V20、右肺V30、右肺Dmean的剂量分布上差别均有统计学意义(P=0.015、P=0.011、P=0.034、P=0.027，表4)。

表4 右肺癌患者VMAT和sIMRT下的肺剂量参数比较Tab.4 Comparison of lung dose parameters between VMAT and sIMRT for right-side lung cancer

2.3.3 肿瘤位置偏左的肺剂量参数分析 对于10例左侧中央型NSCLC患者，两种放疗方式在全肺V5、左肺V30、左肺Dmean、右肺V5、右肺Dmean的剂量分布上的差别均有统计学意义(P=0.041、P=0.024、P=0.018、P=0.024、P=0.036，表5)。

表5 左肺癌患者VMAT和sIMRT下的肺剂量参数比较Tab.5 Comparison of lung dose parameters between VMAT and sIMRT for left-side lung cancer

3 讨 论

肺癌是常见的恶性肿瘤之一，放射治疗是重要的治疗手段。周云泷等[9]认为，VMAT双弧能够极大地提高放疗增益比，而VMAT单弧和sIMRT技术相当，也能满足临床的要求。本研究基于左、右肺的中央型NSCLC，设计了两种均能满足临床要求的放疗计划，分别统计了忽视肿瘤位置、左肺肿瘤以及右肺肿瘤的各个计划的剂量学参数，收集并记录靶区、心脏、脊髓以及肺的相关数据。本研究结果表明：在计划满足临床要求的前提下，VMAT较sIMRT 有更好的适形性和均匀性。在忽视肿瘤位置前提下，两种计划方式在肺的低剂量区无明显差别，而VMAT对全肺的V20有更好的保护作用，这与吕海鹏等[10]的研究结果一致，VMAT较sIMRT在高量区保护上更有优势。左肺NSCLC的肺剂量参数，sIMRT对肺低量区(V5、V10)有更好的保护作用，而VMAT对肺的高剂量区(V20、V30)有更好的保护作用。而当右肺NSCLC时，在全肺受量上，sIMRT在全肺的V5更具优势；而在全肺V10、V20、V30方面，VMAT则可以控制得更好；在单独分析左右肺受量上，亦能得到相同结果。究其原因，笔者认为，可能是sIMRT射野角度较VMAT少，射束集中，故而导致肺的高量区增大；而VMAT的旋转优势使得这些必要的射束剂量分散开来，从而导致在VMAT计划中，低量区普遍高于sIMRT计划，高量区普遍低于sIMRT计划。在心脏和脊髓保护方面，VMAT表现出明显优势。此外，在各计划方式不变的前提下，左肺的受量均低于右肺。笔者认为，从人体解剖学特点考虑，左肺有两叶肺叶，右肺有三叶肺叶，且左肺由于心脏的挤压，导致左肺体积较右肺体积小。各计划中，射线穿过左肺组织少于右肺组织，导致左肺剂量普遍低于右肺。但由于本研究病例数有限，不排除存在特例情况导致双肺剂量学的差异。今后可在左、右肺受照剂量与肺体积关系进行进一步研究。

临床工作中，为避免放射性肺损伤，不仅需要关注肺V20受量体积，还需要关注肺V5的体积大小。姚升字等[11]认为，在胸部肿瘤三维适形放疗严格限制两肺V5；对于敏感的肺组织，低剂量亦可产生损伤[12]，应将V5的数值控制在63%以下[13]。郑磊等[14]的研究发现，肺的体积剂量参数,V5、V10、V20、Dmean与放射性肺炎的发生相关,V5、V10较传统的预测参数V20、Dmean更能预测放射性肺炎的发生，而目前放疗技术的发展使得更多肺组织暴露于小剂量范围内。 因此，在进行正常组织限量的同时, 必须更加重视低体积剂量参数的设定。本研究在统计不同位置中央型NSCLC在放疗计划中的全肺V5、左肺V5和右肺V5的基础上，还统计和分析了肿瘤位置偏左、偏右时其他参考数据，在达到要求的范围内应综合考虑合适的放疗方式。

综上所述，对于NSCLC患者而言，在靶区覆盖和危机器官受照量均能满足临床要求的情况下，VMAT计划方式有着更好的靶区适形性和均匀性。NSCLC患者放疗计划的选择，应由临床医生根据患者肺部的功能状态，设置合理的高、低剂量区限制要求，结合放疗后肺部并发症概率，选择合适的放疗计划。此外，在临床工作中，由于患者的身体素质、肿瘤位置及大小、肿瘤分期等多种因素的影响，不同计划方式对同一病例有着不同的剂量学差异，合适的计划方式对于患者的预后有着重要的影响。但限于本研究病例数较少，且缺乏一定的针对性，今后应针对不同肺叶的肺癌分布剂量学差异、肺癌体积与位置综合考虑，在肺癌不同肺内位置的“量身定做”计划等方面继续深入。