非小细胞肺癌三维适形放射治疗与固定野动态调强放射治疗的剂量学比较

郭芬，田伟（通信作者）

1 常德市第一中医医院（湖南常德 415000）；2 常德市第一人民医院（湖南常德 415000）

2022年2月，国家癌症中心发布的最新全国癌症统计数据显示，在所有恶性肿瘤中，肺癌的发病率和病死率均位居首位[1]。肺癌可分为小细胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC）和非小细胞肺癌（non small cell lung cancer，NSCLC）两大类，其中NSCLC 约占所有肺癌的80%[2]。放射治疗是不能耐受或不愿手术的NSCLC 患者的重要治疗手段。目前，应用较广泛的放射治疗技术包括三维适形放射治疗（three dimensional-conformal radiation therapy，3D-CRT）和调强放射治疗（intensity modulated radiation therapy，IMRT）。而固定野动态调强放射治疗（fixed field dynamic IMRT，dIMRT）是一种动态IMRT 技术，可通过固定机架角，使多叶准直器（multi leaf collimator，MLC）的运动与出束照射同时进行，从而实现剂量强度的调制。该技术在胸部肿瘤的放射治疗中应用较广，可在提高靶区照射剂量的同时，有效减少危及器官的受照射剂量。本研究拟在采用四维CT（four dimension-computed tomography，4D-CT）定位的NSCLC 放射治疗中，比较3D-CRT 与dIMRT 的剂量学差异，为临床选择治疗方案提供必要的依据，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

随机选取2019年1月至2021年12月于常德市第一人民医院接受放射治疗的14例I～IIIB 期（根据美国癌症联合委员会AJCC 第八版分期标准）NSCLC患者。其中，男11例，女3例；年龄46～77岁，中位年龄60岁；鳞癌和腺癌各7例；I 期2例，Ⅱ期5例，Ⅲ期7例；计划靶区（planning target volume，PTV）体积63.7～531.4 cm3，中位体积197.3 cm3。

纳入标准：经病理检查确诊为NSCLC；分期为I～IIIB 期；卡氏功能状态评分（Karnofsky performance status，KPS）>75分；呼吸频率和幅度平稳，能配合4D-CT 扫描；无法耐受手术或拒绝手术治疗；知情研究内容，签署知情同意书。排除标准：严重心肺功能不全的患者；患有多种癌症的患者；存在远处转移的患者。

1.2 方法

1.2.1 体位固定及CT 扫描

所有患者定位前均进行适当的呼吸训练，确保定位与分次间治疗时呼吸的相对一致性，减少不规律呼吸运动造成的位置误差；定位时患者取仰卧位，采用体部真空垫+热缩胸膜+体部定位架固定；使用Siemens 40排大孔径CT 模拟定位机及瓦里安呼吸运动管理系统行4D-CT 扫描，扫描上界为下颌骨上缘，下界为肝脏下缘3 cm处，扫描层厚为5 mm，包括0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%及90%共 10个时相序列图像，最终在Eclipse 13.5治疗计划系统（treatment planning syste，TPS）上生成最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）图像和平均密度投影（average intensity projection，AIP） 图像。

1.2.2 靶区和危及器官勾画及处方规定

参照国际辐射单位与测量委员会（International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU）的62号和83号报告，在MIP 图像上勾画内靶区（internal taget volume，ITV），并基于ITV 在前后、左右方向外扩5 mm，头脚方向外扩10 mm后，生成PTV；PTV 处方剂量为 50.4～66.0 Gy/28～30 f。在AIP 图像上勾画危及器官，包括全肺、对侧肺、心脏、食管及脊髓，危及器官的剂量限值见表1。靶区外正常组织（normal tissue，NT）定义为体轮廓减去PTV，即靶区外的所有正常组织。

表1 危及器官的剂量限值

1.2.3 计划设计

所有计划均在Eclipse 13.5 TPS 上设计，直线加速器为Varian Trilogy，dIMRT 的实现方式为滑窗技术。根据靶区位置及大小，合理选择射野方向，其中3D-CRT 采用3～4野，dIMRT 采用4～5野，射野角度基本一致，射线能量为6 MV。两组计划均由同一物理师根据相同的处方剂量及危及器官限量在AIP 图像上执行设计。

1.3 计划评估

根据剂量-体积直方图及断面剂量图评价计划。（1）PTV 相关剂量学参数包括最大近似剂量D2%、中位剂量D50%、最小近似剂量D98%（分别为2%、50%、98%靶区体积的受照射剂量），平均剂量Dmean，V95%、V100%、V110%（分别为95%、100%、110%靶区处方剂量所包含的体积占靶区体积的百分比），以及均匀性指数（homogeneity index，HI）、适形度指数（conformal index，CI）、梯度测量值（gradient measure，GM）；其中，HI=（D2%-D98%）/D50%，HI随着计划不均匀程度的增加而增大，理想值为0；CI=V100%/VPTV，式中VPTV表示PTV 的体积，CI 取值越接近1，适形度越好，该值可从Eclipse 13.5 TPS 中直接获取；GM=R50%-R100%，式中R50%、R100%分别为50%、100%处方剂量的等效球半径，该值可从Eclipse 13.5 TPS 中直接获取。（2）危及器官相关剂量学参数包括全肺的V5、V10、V20、V30、V40（分别为接受≥5、10、20、30、40 Gy 剂量的肺体积占全肺体积的百分比）及平均剂量Dmean，对侧肺的V5、V10、V15、V20、V30及平均剂量Dmean，心脏的V25、V30、V40及平均剂量Dmean，食管的V40、V45、V50及平均剂量Dmean和最大剂量Dmax，脊髓的平均剂量Dmean、最大剂量Dmax。（3）此外，还需比较两种计划的机器跳数（monitor unit，MU）和NT 的受照射剂量。

1.4 统计学处理

2 结果

2.1 PTV 相关剂量学参数

PTV 相关剂量学参数方面，两种计划均能满足临床要求，dIMRT 计划的D2%、D98%、Dmean、V100%、V110%、HI、CI 均优于3D-CRT 计划，差异均有统计学意义（P<0.05），见表2。

表2 两种计划的PTV 相关剂量学参数比较（±s）

表2 两种计划的PTV 相关剂量学参数比较（±s）

注：3D-CRT 为三维适形放射治疗，dIMRT 为固定野动态调强放射治疗，HI 为均匀性指数，CI 为适形度指数，GM 为梯度测量值

参数 3D-CRT 计划 dIMRT 计划 t P D2%（cGy） 6 590.414±769.828 5 987.266±681.288 12.853 <0.001 D50%（cGy）5 809.329±1079.072 5 878.452±687.704 0.049 0.962 D98%（cGy）5 594.799±667.988 5 716.569±687.504 -4.539 0.001 Dmean（cGy）6 137.100±701.104 5 873.286±685.552 13.558 <0.001 V95%（%） 99.436±0.702 99.766±0.435 -1.546 0.146 V100%（%） 95.258±0.869 97.824±1.916 -4.833 <0.001 V110%（%） 26.750±13.667 0.000±0.000 7.323 <0.001 HI 0.176±0.059 0.047±0.021 7.558 <0.001 CI 1.743±0.286 1.226±0.150 7.028 <0.001 GM 2.206±0.529 2.322±0.693 -1.192 0.254

2.2 危及器官相关剂量学参数

危及器官相关剂量学参数方面，两种计划的全肺V5、V30、V40、Dmean，对侧肺的V5，心脏的V40及脊髓的Dmean比较，差异均有统计学意义（P<0.05），其中3D-CRT 计划的全肺和对侧肺V5、脊髓Dmean优于dIMRT 计划，见表3。

表3 两种计划的危及器官相关剂量学参数比较（±s）

表3 两种计划的危及器官相关剂量学参数比较（±s）

注：3D-CRT 为三维适形放射治疗，dIMRT 为固定野动态调强放射治疗

参数 3D-CRT 计划 dIMRT 计划 t P全肺V5（%） 41.036±18.074 46.707±17.618 -3.183 0.007 V10（%） 29.505±12.455 30.905±12.987 -1.179 0.259 V20（%） 19.752±9.697 17.651±8.722 2.157 0.050 V30（%） 14.748±7.878 12.079±6.232 3.637 0.003 V40（%） 10.872±5.872 8.174±4.888 4.568 0.001 Dmean（cGy） 1 164.271±485.304 1 086.236±419.813 2.395 0.032对侧肺V5（%） 25.632±20.454 36.195±19.986 -3.840 0.002 V10（%） 11.534±12.108 12.543±12.675 -0.409 0.690 V20（%） 4.906±7.864 5.569±7.558 -0.677 0.511 V30（%） 2.818±5.376 2.921±5.126 -0.210 0.837 V40（%） 1.528±3.118 1.141±2.649 1.353 0.199 Dmean（cGy） 421.750±305.657 475.871±280.413 -1.805 0.094心脏V25（%） 16.555±15.360 12.760±12.104 1.286 0.221 V30（%） 14.400±13.638 9.525±10.017 1.861 0.086 V40（%） 10.471±12.452 4.603±6.468 2.295 0.039 Dmean（cGy） 1 248.136±852.316 1 062.107±617.966 1.568 0.141食管V40（%） 20.042±23.844 15.463±19.223 1.504 0.157 V45（%） 15.189±22.023 11.785±17.963 1.313 0.212 V50（%） 12.803±21.019 10.321±17.577 1.496 0.159 Dmean（cGy） 1 605.121±1 343.656 1 573.893±1 232.782 0.342 0.783 Dmax（cGy） 4 091.464±2 053.039 4 014.471±2 050.435 0.646 0.530脊髓Dmean（cGy） 670.407±619.913 804.500±538.728 -2.161 0.049 Dmax（cGy） 2 834.814±1504.471 2 733.850±1102.119 0.535 0.602

2.3 MU 及NT 受照射剂量

3D-CRT 计划的MU 比dIMRT 计划平均减少了351.21，差异有统计学意义（P<0.05）；两种计划的NTV5、V30、V35、V40、V45和V50比较，差异均有统计学意义（P<0.05），见表4。

表4 两种计划的MU 及NT 受照射剂量比较（±s）

表4 两种计划的MU 及NT 受照射剂量比较（±s）

注：3D-CRT 为三维适形放射治疗，dIMRT 为固定野动态调强放射治疗，MU 为机器跳数，NT 为靶区外正常组织

参数 3D-CRT 计划 dIMRT 计划 t P MU 447.790±182.107 799.000±227.940 -5.064 <0.001 NT V5（%） 23.651±11.433 27.947±13.863 -4.120 0.001 V10（%） 17.086±7.962 18.032±9.350 -0.999 0.336 V15（%） 12.685±6.297 12.637±6.787 0.077 0.940 V20（%） 9.690±5.397 9.226±5.017 0.855 0.408 V25（%） 7.891±4.663 6.770±3.566 1.960 0.072 V30（%） 6.678±3.957 4.897±2.643 3.688 0.003 V35（%） 5.346±3.300 3.396±1.834 4.282 0.001 V40（%） 4.254±2.842 2.322±1.399 4.161 0.001 V45（%） 3.271±2.393 1.648±0.998 3.928 0.002 V50（%） 2.236±1.607 1.045±0.716 4.387 0.001

3 讨论

随着放射治疗技术的发展，多种IMRT 技术被应用于NSCLC 治疗中。与3D-CRT 相比较，IMRT在提高靶区剂量、改善靶区适形度和减少危及器官受照射剂量方面具有较大优势，但不同研究的结论存在一定差异[3-5]。dIMRT 采用的滑窗技术属于多叶准直器动态调强技术，是通过控制MLC 相对应的一对叶片（运动总是朝一个方向）的相对位置和停留时间来实现对射野强度的调节。

本研究结果显示，在靶区剂量学参数方面，两种计划均能满足临床要求，dIMRT 计划的D2%、D98%、Dmean、V100%、V110%、HI、CI 均 优 于3D-CRT计划，与相关研究[6-8]结果一致，说明dIMRT 在靶区剂量调制方面优于3D-CRT。在胸部肿瘤的危及器官保护方面，临床上比较关注肺的低剂量受照射情况。本研究结果显示，两种计划的全肺V5、V30、V40、Dmean，对 侧 肺 的V5，心 脏 的V40及 脊 髓 的Dmean比较，差异均有统计学意义（P<0.05），其中3D-CRT 计划的全肺和对侧肺V5、脊髓Dmean优于dIMRT 计划，说明3D-CRT 在肺的低剂量控制方面具有一定优势，临床选择治疗方案时可酌情考虑。本研究结果显示，3D-CRT 计划的MU 比dIMRT计划平均减少了351.21，说明3D-CRT 的执行效率优于dIMRT；两种计划的NTV5、V30、V35、V40、V45和V50比较，差异均有统计学意义（P<0.05），且dIMRT 计划的V30、V35、V40、V45和V50优于3D-CRT计划，与Zhang 等[9]的研究结果一致，说明dIMRT在NT 的较高剂量控制方面具有较大优势。

然而，本研究结果未能充分体现dIMRT 的剂量学优势。两组计划的全肺V10、V20、对侧肺的V10～V30、Dmean，心脏的V25、V30、Dmean，食管的所有剂量学参数和脊髓的Dmax比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。原因可能为： （1）本研究中部分患者的靶区体积小、形状较规则且多数为周围型肺癌，便于计划设计；（2）本研究3D-CRT 与dIMRT的布野角度基本一致，且射野数相同或 dIMRT 仅额外增加1个射野，导致dIMRT 的剂量调制力度和范围有限；（3）不同于其他研究仅在早期或局部晚期NSCLC 患者放射治疗中比较不同技术的剂量学差异，本研究随机选择的患者临床分期分布较广，靶区体积差异较大且样本数量有限，这可能会对统计结果造成一定影响。

本研究结果显示，3D-CRT 的最大优势在于执行效率及危及器官、正常组织的低剂量控制方面。3D-CRT 计划的MU 比dIMRT 计划减少了约44%，说明其执行效率较高，与王若峥等[10]的研究效果一致，说明3D-CRT 放射治疗时间短，可减少患者的不适感，进而提高患者的治疗依从性和剂量传递的准确性。鉴于此，针对早期NSCLC 患者，推荐优先选择3D-CRT[10-11]。放射性肺炎是胸部肿瘤放射治疗的主要并发症，而V5是放射性肺炎的剂量预测指标[12-15]。本研究结果显示，与dIMRT 计划相比，3D-CRT 计划的全肺、对侧肺及NT 的V5均具有剂量学优势。由此推测，3D-CRT 诱发放射性肺炎的概率较低。目前，临床上部分肿瘤的放射治疗方案结合了3D-CRT 和 dIMRT 两种技术的优势，采用混合调强技术，尤其是胸部肿瘤[16-17]，而整合各种技术的优势可能是未来临床放射治疗发展的方向。

此外，放射治疗过程中，受患者呼吸运动、心脏搏动和食管蠕动等生理运动的影响，肿瘤靶区会发生位置移动和变形，从而造成靶区位置的不确定性[18-19]。本研究采用的4D-CT 定位方式，可降低因放射治疗技术选择造成的偏倚，尽可能保证3D-CRT 与dIMRT 两种技术剂量学比较的客观性；4D-CT 定位还可以更加精确地计算和评估肿瘤靶区和危及器官的受照射剂量，为患者个体化精确放射治疗的实施提供必要依据[20]。

综上所述，3D-CRT 与dIMRT 应用于NSCLC的放射治疗中均能满足临床需求，3D-CRT 在低剂量控制（全肺、对侧肺、NT 的V5）以及执行效率方面优于dIMRT，而dIMRT 在靶区剂量分布、危及器官V30和V40及NTV30～V50调控方面更具优势,临床可根据具体情况灵活选择治疗方式。