新型动态适形弧技术在周围型肺癌立体定向放射治疗中的应用

魏 鹏， 张爱平， 陈其超， 杨君东， 刘卫东， 叶书成

(1.济宁医学院附属医院肿瘤科， 山东 济宁 2720002.济宁肿瘤医院放射治疗中心， 山东 济宁 272011)

肺癌是临床中最常见的肿瘤，根据国际癌症研究机构(International Agency for Research on Cancer,IARC)2021年最新发布的全球癌症统计报告，肺癌已成为全球发病率第二和死亡率第一的癌症[1，2]。根据我国国家癌症中心数据统计显示，每年新发肺癌病例接近80万例，其中约80%为非小细胞肺癌[3]。立体定向体放射治疗(stereotactic body radiation therapy,SBRT)已成为不能手术或者拒绝手术的早期非小细胞肺癌患者的标准治疗手段[4]。动态适形弧放射治疗(dynamic conformal arc therapy,DCAT)技术是将多叶准直器的适形能力与旋转弧形射束相结合，从而产生适用于肿瘤部位的持续改变的剂量分布。DCAT相对于目前常用的容积旋转调强放射治疗(volumetric-modulated arc therapy,VMAT)在降低多叶准直器、机架角度与肿瘤靶区运动之间的相互影响的同时大大减少了治疗时间，被用于各类肿瘤的治疗[5,6]。相对于剂量率恒定且无子野形状优化功能的传统动态适形弧(classical dynamic conformal arc，CDCA)技术，Monaco治疗计划系统提供了剂量率可变与子野形状优化功能的现代动态适形弧(modern dynamic conformal arc，MDCA)技术。本研究对比了2种不同技术的SBRT放射治疗计划在剂量学上的差异，为临床应用提供参考。

1 资料与方法

1.1临床资料：回顾性分析济宁医学院附属医院2016年1月至2020年1月期间行SBRT治疗的15例周围型肺癌患者，其中5例左侧肺癌，10例右侧肺癌，年龄52～86岁，平均年龄(68±11)岁，男性8例，女性7例。

1.2纳入与排除标准：纳入标准：有完整的临床病例资料；患者诊断为周围型非小细胞肺癌；未发现远处转移。排除标准：有放射治疗禁忌症患者。

1.3仪器设备：采用Brilliance Big Bore CT模拟机(荷兰飞利浦公司);Versa HD型医用电子直线加速器(瑞典医科达公司)；以及Monaco 5.11.03放射治疗计划系统(瑞典医科达公司)。

1.4定位方法：采用立体定向固定体架、腹压板和真空负压袋相结合的方式进行患者仰卧位体位固定，双手交叉自然抱头。使用Brilliance大孔径CT模拟机进行四维CT扫描。扫描范围为上界环状软骨，下界第12胸椎(包括整个全肺)，扫描条件为120kV，300mAs,3mm层厚螺旋扫描。

1.5靶区与危及器官勾画:由胸部肿瘤病区高年资医师根据国际辐射单位和测量委员会(International Commission on Radiation Units and Measurements,ICRU)62号报告，将窗宽和窗位分别调至1000 HU和-600 HU，进行10个时相的肿瘤靶区(gross tumor volume,GTV)勾画。将10个时相的GTV在平均密度投影图像上生成内靶区(internal target volume,ITV)。计划靶区(planning target volume,PTV)为ITV在三维方向上均匀外扩5mm的区域。参考美国放射治疗肿瘤学组(Radiation Therapy Oncology Group,RTOG)标准[7]，勾画全肺、心脏、脊髓、肋骨、大血管、食管、气管树等危及器官。

1.6治疗计划设计:靶区PTV处方剂量为48Gy,治疗次数为4次，要求100%的处方剂量包绕95%的PTV体积，90%处方剂量至少包含99%的PTV体积。应用Monaco5.11.03治疗计划系统进行计划设计，采用非均整高剂量率模式6 MV FFF X射线，最大剂量率为1400 MU/min，计算网格为2mm，统计学不确定度为0.5%，Versa HD型医用电子直线加速器模型，80对多叶准直器，叶片宽度为5mm，治疗角度为220度的单弧动态适形弧。CDCA计划剂量率恒定，无子野形状优化功能，而MDCA计划剂量率可变且具有子野形状优化功能。其他优化参数2种计划保持一致。参考美国放射治疗肿瘤学组(Radiation Therapy Oncology Group,RTOG)标准，MDCA和CDCA计划均按95%的PTV接受100%的处方剂量进行归一化处理。见图1。

图1 2种治疗计划的剂量分布图

1.7治疗计划评估:靶区PTV剂量参数：靶区最大剂量Dmax、最小剂量Dmin、平均剂量Dmean、适形度指数(conformity index,CI)、均匀性指数(heterogeneity index,HI)和梯度指数(gradient index,GI)。CI=(TVPI)2/(TV*VPI)，式中TVPI为处方剂量线所包围的靶区体积，TV表示靶区体积，VPI表示处方剂量线包围的所有区域的体积，CI值越接近1表明靶区适形度越好；HI=D5%/D95%，式中D5%和D95%为包围PTV体积的5%和95%的最小剂量，HI值越接近1表明靶区均匀性越好；GI=V50%/TV，式中V50%为50%处方剂量线所包围的所有区域的体积，GI值越小表明剂量跌落的越快[8]。危及器官评价参数：评价脊髓、心脏、肋骨、大血管、食管、气管树等危及器官的最大受照剂量Dmax;双肺Dmean、V13.5Gy、V12.5Gy以及除靶区PTV外的所有正常组织(healthy tissue,HT)的Dmean；其中Dmean表示双肺接受照射剂量的平均值，V13.5Gy、V12.5Gy分别表示13.5 Gy和12.5 Gy剂量照射肺体积的绝对体积。治疗计划执行效率平均参数：评价治疗计划的机器跳数和出束时间。

2 结 果

2.1靶区和危及器官剂量学比较:2种计划靶区和危及器官剂量参数结果列于表1。两种计划得到的靶区和危及器官的剂量学参数均能满足临床需求。两种计划得到的靶区Dmax、HI均无统计学差异(P>0.05)；MDCA计划的Dmean和Dmin分别低于和高于CDCA计划，差异有统计学意义(t=-2.766、4.774，P<0.05)；MDCA计划在CI和GI上明显优于CDCA计划，差异有统计学意义(t=15.791、-12.055，P<0.05)。图1显示了一例患者的2种计划的平面剂量分布图。MDCA计划得到的双肺Dmean、V13.5、V12.5均低于CDCA计划，差异有统计学意义(t=-4.712、-3.604、-2.923，P<0.05)；两种计划得到的心脏、食管、气管树、脊髓的Dmax等参数相比均无统计学意义(P>0.05)；对于肋骨Dmax、大血管Dmax和HT Dmean等参数MDCA计划低于CDCA计划，差异有统计学意义(t=-5.799、-3.943、-4.774，P<0.05)。

表1 15例周围型肺癌患者不同计划的靶区和危及器官剂量参数

2.2治疗计划执行效率比较:MDCA计划的机器跳数与CDCA计划相比差异无统计学意义(P>0.05)；MDCA计划和CDCA计划的平均出束时间分别为98.51和84.87s，MDCA计划与CDCA计划相比增加了16.07%，差异有统计学意义(t=-8.824，P<0.05)。见表2。

表2 15例周围型肺癌患者不同治疗计划执行效率参数

3 讨 论

SBRT具有单次剂量大、治疗分次少、肿瘤体积小等特点，单次剂量的增大导致计划具有较大的机器跳数，增加了单次治疗时间。Stathakis等[6]报道了DCAT与VMAT相比，DCAT可以获得与VMAT近似的剂量分布，但DCAT的机器跳数降低了2.5倍，大大缩短了治疗时间。治疗时间缩短可以减轻患者的不适感，降低患者分次内体位移动、器官体积变化等不确定因素对治疗精度的影响，同时治疗时间的缩短可以提高加速器的利用效率。

本研究中，2种计划靶区PTV的Dmax和HI均没有明显差异，但是PTV的Dmin有明显差异，显示MDCA计划要高于CDCA计划。CI和GI有显著差异，MDCA计划具有更好的剂量适形度，同时具有更快的剂量跌落，降低了靶区周围的危及器官。MDCA计划在双肺Dmean、V13.5Gy、V12.5Gy，肋骨Dmax、大血管Dmax以及正常组织的Dmean明显优于CDCA计划，降低了放疗相关毒副反应。子野形状优化与可变剂量率的应用，增强的计划的质量。在机器跳数方面，2种计划没有显著性差异，但在出束时间上MDCA计划要大于CDCA计划，主要由于MDCA计划子野数量的增多。与传统模式相比，无均整滤过模式具有半影小、散射小，适合治疗肺部等小体积靶区等优点，被广泛应用到临床[9]。我们前期也做过相关研究，结果显示无均整过滤模式相比传统模式出束时间缩短了52.9%，平均剂量率提高了110.6%[10]。本研究应用了无均整滤过模式，最大剂量率可达1400MU/min，2种计划出束时间都在2min以内，大大缩短了治疗时间。

综上所述，MDCA和CDCA计划在靶区剂量覆盖方面均能满足临床要求，但在靶区适形度和剂量梯度方面优于CDCA计划，同时MDCA计划可以更好的保护双肺、肋骨、大血管和正常组织。临床中推荐选择使用子野形状优化和可变剂量率功能的MDCA计划。