不同束流模式对肺癌中等分割容积旋转调强放射治疗剂量学的影响*

孙斌，钟思瑶，南贤秀，徐程，高玉艳

101100 北京，首都医科大学附属北京潞河医院 放疗科

无均整器（flattening filter free，FFF）技术是将常规医用直线加速器的均整器（flattening filter，FF）移除，从而产生“钟形” 剂量剖面分布。相较于FF 模式，FFF 模式的射线能谱改变，具有散射线减少、剂量率增加等特点［1］。因此，FFF 模式多用于立体定向放射治疗中，使靶区中心剂量提高的同时，也有效降低了周围正常组织的受量，治疗效率也得到了提高［2］。近几年，常规分割剂量模式下基于FFF 模式的旋转调强放射治疗研究越来越多，涉及乳腺癌、鼻咽癌、宫颈癌、食管癌等病种［3-6］；关于FFF 模式与FF 模式在肺癌立体定向放射治疗中剂量学差异也有较多的研究［7］；而两种模式在单次剂量介于常规分割剂量和立体定向大剂量之间的剂量学差异，目前鲜有研究。此外有研究表明，对于早期非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC），相较于6 000～6 300 cGy（30～33 次）的常规剂量，剂量在6 000 cGy（单次剂量为300 cGy）和4 800～6 000 cGy（单次剂量为400 cGy），显示出2年有效局部控制［8-11］，对于局部晚期NSCLC 6 000 cGy（单次剂量为400 cGy）的治疗方案，也得到了较好的治疗效果［12-13］。基于上述研究，本文旨在比较FFF 模式和FF 模式下，肺癌中等剂量分割放射治疗计划剂量学参数差异，为该剂量分割模式下临床射线模式的选择提供参考。

1 资料与方法

1.1 病例选择

随机选取我科2021 年1 月至2022 年10 月收治拟行放射治疗的12 例肺癌患者，其中男性10 例，女性2 例；年龄54～75 岁，平均年龄（67.58±7.49）岁。左肺鳞癌2 例，左肺腺癌3 例，右肺鳞癌2 例，右肺腺癌5 例，肿瘤分期为Ⅲ期或寡转移的IV 期，其中IIIa期1 例，IIIb 期6 例，IVa 期5 例。纳入标准：（1）自愿参加并书面签署知情同意书；（2）性别不限，年龄从18 岁到75 岁；（3）组织学或细胞学证实的NSCLC；（4）临床分期Ⅲ期或寡转移的IV 期；（5）患者均不能耐受或拒绝手术；（6）限定原发病灶大小＜ 5 cm；（7）卡氏（KPS）评分≥70 分，预计生存期＞3 个月。排除标准：（1）治疗期间患者主动提出退出；（2）入选前已行放疗（包括放疗后复发的患者）；（3）有严重合并症，如高血压、冠心病、精神病史或严重过敏史；（4）拒绝或不能签署参与试验的知情同意书；（5）预计生存期≤6 个月；（6）同步放化疗期间，发生严重毒副反应。

1.2 体位固定和CT 图像扫描

患者采用仰卧位、面视正上方、双手抱肘置于额头上。使用Q-Fix 体板配合体部热塑膜进行体位固定，在体膜上做好定位标记。采用大孔径16 排螺旋CT 模拟定位系统（Brilliance Big Bore，Philips）结合瓦里安RPM（Real-Time Position Management，RPM）系统进行4D 扫描，扫描层厚为0.5 cm，扫描方式为平扫，扫描范围从环状软骨上缘至肝下缘。

1.3 靶区和危及器官勾画

将获得的患者平扫图像及10 个时相图像通过局域网传输到Eclipse15.5 计划系统中，根据呼吸时相重建出4D 图像。考虑到肿瘤会因呼吸和器官运动而运动，为此生成MIP 图像，由医生勾画出转移淋巴结与内靶区（internal target volume，ITV），通过已勾画的转移淋巴结、内靶区均匀外扩生成计划靶区（planning target volume，PTV）。同时勾画双肺、心脏、食管、气管、脊髓等危及器官。

1.4 治疗计划设计

使用Eclipse15.5 计划系统，分别对12 例患者进行6 MV FFF 模式和6 MV FF 模式计划设计。两种计划均采用3 个部分弧（弧1 顺时针181°～40°或弧1 逆时针179°～320°，弧2 逆时针40°～181°或弧2 顺时针320°～179°，弧3 顺时针181°～40°或弧3 逆时针179°～320°）进行照射，并在270°～310°或50°～90°进行闭束，减少患侧正常肺的照射；治疗床角度为0°；准直器角度依次分别为5°、355°、85°。FFF 模式和FF 模式最大剂量率分别为1 400 MU/min 和600 MU/min。计划处方为ITVs（转移淋巴结+ITV）6 000 cGy/15f，PTV4 500 cGy/15f。

1.5 计划评估

对两种模式下的每例患者采用相同的计划评价标准：在满足ITVs 处方量包绕95%体积的前提下，分别记录ITVs 和PTV 2%靶区体积所受的剂量（D2%）、98%靶区体积所受的剂量（D98%）、靶区平均剂量（Dmean）、适形度指数（conformity index，CI）和均匀性指数（homogeneity index，HI）。其中（VT，ref为参考等剂量线所覆盖的靶体积，VT为靶区体积，Vref为参考等剂量线围绕的所有体积），CI 值越接近1，代表计划的适形度越好。（D50%为50%靶区体积所受的剂量），HI 值越接近0，代表计划的均匀性越好［14］。此外，记录危及器官双肺、患侧肺3 000 cGy、2 000 cGy、500 cGy 所覆盖的相对体积和平均剂量（V30、V20、V5和Dmean），健侧肺的V5和Dmean；心脏4 000 cGy、3 000 cGy 所覆盖的相对体积和平均剂量（V40、V30和Dmean）；食管和气管1 cc 体积所受的剂量（D1cc），3 000 cGy 所覆盖食管和气管的体积（V30），平均剂量；脊髓最大剂量（Dmax）。记录两种模式下计划的跳数（monitor unit，MU），每个照射野机架最小旋转速度，计划优化时间。

1.6 统计学方法

采用SPSS 27.0 软件对12 例样本数据进行统计学分析，统计结果用均数±标准差（）描述，采用配对样本t检验分析，以P＜ 0.05 为差异具有统计学意义。

2 结 果

2.1 两种治疗计划剂量分布

两种模式治疗计划处方量均能较好地覆盖靶区，靶区外无高剂量热点。同一患者横断面、冠状面、矢状面剂量分布进行比较如图1 所示。

图1 两种模式治疗计划剂量分布Figure 1.Dose Distribution of Treatment Plan in Two Modes

2.2 靶区剂量学参数比较

两组计划ITVs 的D98%、Dmean、CI、HI 和PTV 的D98%、HI 差异无统计学意义（P＞ 0.05）；ITVs 的D2%和PTV 的D2%、Dmean、CI 差异有统计学意义（P＜ 0.05）。FFF 模式下的ITVs 的D2%和PTV 的D2%、Dmean均小于FF 模式，FFF 模式的PTV 适形指数CI 优于FF 模式（表1）。

表1 FFF 模式与FF 模式靶区剂量参数比较Table 1.Target Dose Parameters in FFF Mode and FF Mode

2.3 危及器官的剂量学参数比较

双肺的V5和健侧肺的V5、Dmean差异无统计学意义（P＞ 0.05），双肺的V30、V20、Dmean和患侧肺的V30、V20、V5、Dmean差异有统计学意义（P＜ 0.05），并且FFF 模式均优于FF 模式；心脏的V40和V30差异无统计学意义（P＞ 0.05），Dmean差异有统计学意义（P=0.043）且FFF 模式低于FF 模式；食管的D1cc、V30和气管的D1cc、V30、Dmean的差异无统计学意义（P＞ 0.05），食管的Dmean差异有统计学意义（P=0.019）但FF 模式优于FFF 模式。脊髓的Dmax差异无统计学意义（P＞ 0.05；表2）。

2.4 其它重要参数比较

2.4.1 MU 三个照射野MU，FFF 模式均高于FF模式且差异有统计学意义（P＜ 0.05），FFF 模式治疗计划总MU 约是FF 模式的1.106 倍，差异有统计学意义（P＜ 0.001；表3）。

表3 FFF 模式与FF 模式其它重要参数比较Table 3.Other Important Parameters in FFF Mode and FF Mode

2.4.2 机架旋转最小速度 3 个照射野机架旋转最小速度FFF 模式均高于FF 模式且差异有统计学意义（P＜ 0.001），FFF 模式与FF 模式3 个射野机架旋转最小速度比较如图2、表3 所示。

图2 两种模式机架旋转最小速度示意图Figure 2.Schematic Diagram Demonstrating Minimum Rotation Speed of Gantry in two Modes

2.4.3 计划优化时间 FFF 模式计划优化时间高于FF 模式且差异有统计学意义（P＝0.004；表3）。

3 讨 论

传统医用直线加速器中由于FF 的存在，射野内剂量分布的均匀性较好，但是散射线增加，同时减少了光子注量，剂量率受限。近年来FFF 去均整模式在临床中的应用越来越广泛。去除FF 后，散射线减少，射野内均匀性变差，但光子注量增加，最大剂量率明显提升，而变化较大的是其能谱的变化。陈兴强等［15］研究表明射野一定时，FFF 模式与FF 模式能谱差异最大达99%，能量注量差异最大达98.9%，FFF 模式下高注量能量范围在0.3～1.0 MeV，峰值约为0.26 MeV。FF 模式下高注量能量范围在0.5～1.2 MeV，峰值约为0.33 MeV。而FFF 模式的平均能量约为1.2 MeV，FF 模式为1.4 MeV。由于FFF 模式射线特性发生改变，对放射治疗计划的靶区和危及器官的剂量学评估参数必将产生影响。

本研究显示，两组计划ITVs 的D2%和PTV 的Dmean剂量学差异均有统计学意义，且FFF 模式小于FF 模式，这可能由于FF 模式经过均整后，可产生一个平坦的剂量分布，但遇到的某些不均匀分布的靶区层面，调制能力差，容易在靶区内产生热点或冷点［7］。两组计划PTV 的CI 存在差异（P＜ 0.001），FFF 模式适形度要好于FF 模式，这可能与FFF 模式有较少的散射剂量有关。Kragl 等［16］研究表明FFF 模式散射和漏射均低于FF 模式。此外，李定杰等［17］研究显示FFF 模式和FF 模式靶区处方量的CI100%无剂量学差异，但FFF 模式处方剂量80%的CI80%和处方剂量50%的CI50%好于FF 模式。这与本研究中FFF 模式PTV 处方剂量的适形度优于FF模式的结果一致。

对于危及器官，除双肺V5外，双肺和患侧肺的其它剂量学参数差异都有统计学意义，FFF 模式要好于FF 模式，可能的原因为 FFF 模式散射线和漏射线更少，剂量率较高且射野内束流分布差异大，从而具备更优越的调制能力，对危及器官保护更好，特别是患侧肺的V5，降低了放射性肺炎的发生。吴思华等［18］研究表明FFF 模式的双肺V5有剂量学差异，其V30、V20、Dmean无剂量学差异，这与本研究所得结论相反，这可能与病例的选择、计划系统的不同，分割模式、布野方式的不同，优化参数的不同等相关。理论上，FFF模式应该对靶区周围的器官保护得更好，但是健侧肺的V5、心脏V40和V30、食管的D1cc和V30以及气管的D1cc剂量学差异无统计学意义（P＞ 0.05），FFF 模式受量却高于FF 模式；食管的Dmean虽然有剂量学差异（P＝0.019），FFF 模式受量仍然高于FF 模式。练炼等［3］研究也发现FFF 模式会增加一些危及器官低剂量覆盖。导致FFF 模式一些危及器官的低剂量或体积剂量高于FF 模式，可能是因为FFF 模式射线质的异质性大于FF 模式，离轴较远处的平均能量低于FF 模式，更易于被散射［19］，或者与VMAT 照射方式相关［20-21］。至于食管和气管的D1ccFFF 模式高于FF模式，可能由它们与靶区ITV 或PTV 重叠体积的多少或远近程度不同导致。

对于MU，本研究中FFF 模式要高于FF 模式且差异有统计学意义，这可能由于单个FFF 模式射野内剂量不均匀，靶区中心剂量高边缘剂量低，在计划中需要增加小子野进行补偿保证靶区边缘剂量要求，从而导致FFF 模式的MU 更多［6］。虽然FFF 模式的MU 高于FF 模式，但是由于剂量率的增加，FFF 模式3 个照射野的机架最小旋转速度分别为（5.69±0.43）deg/s、（5.91±0.30）deg/s 和（5.65±0.62）deg/s，远远大于FF 模式，考虑到机架最大旋转速度为6deg/s，可见FF 模式下机架明显降速。此外FFF 模式少有变减速，而FF 模式存在大量的变减速，即使FFF 模式MU 较高，但是其执行效率要高于FF 模式。有研究表明，照射时间的增加可能会增加二次肿瘤的发生率［22］，并且照射时间长还可能会增加治疗中的不确定性和治疗误差［23］。本研究还对比了计划的优化时间，发现FFF 模式计划优化时间大于FF 模式且差异有统计学意义，吴思华等［18］研究表明FFF 模式与FF 模式计划优化时间并无差异，造成两种研究结果不同可能与计划系统，优化函数的不同相关。

综上所述，对于肺癌中等剂量分割，两种模式下治疗计划均满足临床要求，但FFF 模式保护患侧肺的优势更加明显，机架几乎全程以最大旋转速度匀速旋转，偶有变速，这既保证了计划的治疗效率也减少了机器的磨损。虽然FF 模式计划优化时间更短，但在实际临床工作中FFF 模式增加的优化时间是可接受的。因此，对于肺癌中等剂量分割治疗，可优先选择基于FFF 模式的VMAT 技术。

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