非小细胞肺癌有无均整器模式下容积旋转调强放疗计划的剂量学比较*

吴思华,莫少玲,邓莹,张嘉蓉,麦秀滢,王静,黄思娟,杨鑫△

1中山大学肿瘤防治中心、华南肿瘤学国家重点实验室、肿瘤医学协同创新中心、广东省鼻咽癌诊治研究重点实验室(广东广州 510060)；2中山大学新华学院(广东广州 510520)

肺癌主要分为非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)和小细胞肺癌(small cell lung cancer，SCLC)[1]。目前调强放射治疗(放疗)是治疗NSCLC的主要方式之一[2]。容积旋转调强(volumetric modulated arc therapy，VMAT)技术是实现调强放疗的手段之一。VMAT技术利用单弧或多弧设野，通过机架旋转，多叶光栅(multi-leaf Collimators，MLC)快速运动形成不同形状，剂量率不断改变，从而调节靶区的剂量强度[3]。有研究表明，相较于常规IMRT技术，VMAT技术在靶区方面有更好的适形性，急性不良反应和发生率明显降低，其治疗时间也相对较短[4-5]。在常规调强放疗中，通常会使用均整器。均整器能使靶区剂量均匀分布。移除均整器后，表面剂量增加，外围剂量下降[6]，光子注量增大[7]，剂量率高，其计划执行性更高[8]。目前国内外研究治疗脑肿瘤、NSCLC等病种均有采用FFF模式下的VMAT技术，研究其剂量学参数等并得出了FFF模式剂量率高、出束时间短、剂量分布好、对OAR保护更好等结论[9-10]。有较多的文献讨论FFF和FF的剂量学差异，却很少结合肿瘤体积进行分析。本研究采用多个剂量学参数分析均整模式(flatting filter，FF)和非均整模式(flatting filter free，FFF)下VMAT技术的差异。此外，本研究还对比了两种模式的计划优化时间以及不同肿瘤体积对两种模式的靶区覆盖等参数的影响，为NSCLC治疗计划的制作以及放疗实施提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料 随机选取2015年6—12月在中山大学肿瘤防治中心确诊并接受治疗的51例NSCLC患者，其中男36例，女15例，中位年龄59岁。本文所使用的病例资料、临床数据与实验结果，均上传至 RDD(Research Data Deposit，www.researchdata.org.cn)平台进行审核(RDDA2019001188)。

1.2 方法

1.2.1 体位固定 患者取仰卧位，使用真空垫固定，双手自然放于身侧。

1.2.2 CT扫描 使用Philips Brilliance Big Bore 的大孔径CT，结合Varian RPM系统进行4维CT扫描。摄像头捕捉到患者体表的光学标记点，绘制出呼吸曲线，在4D扫描结束后，计算机根据呼吸时相自动重建出图像。CT扫描同时注射碘伏醇进行影像增强，扫描范围为环状软骨上缘至肝脏下缘，层厚3 mm。

1.2.3 靶区勾画 由临床经验丰富的医师根据NCCN指南通过三维治疗计划系统逐层勾画肿瘤靶区，转移淋巴结、临床靶区和其他危及的正常组织器官。

1.2.4 放疗计划设计 用Monoco 5.11.03 TPS分别设计FF和FFF VMAT计划。两种计划设置机器起止角度为179°～181°和181°～179°进行双弧旋转照射。计划时，在pareto模式下以parallel函数进行剂量体积限制，串型器官以serial函数进行剂量限制，经优化剂量计算完成后，将所得计划进行分析比较。两种计划处方剂量PGTV(65 Gy)、PTV1(60 Gy)、PTV2(45 Gy)，分次数30次。

1.3 评估参数 对每例患者的两种模式下均采用下列参数进行结果评估：在Monaco计划系统上分别设计VMATFF和VMATFFF。在95%的PGTV达到处方剂量前提下，对靶区(PGTV、PTV1、PTV2)收集并记录其Dmin、Dmax、Dmean、V95(接受95%处方剂量的体积)、V105(接受105%处方剂量的体积)、D2(2%的相对体积对应的剂量)、D98(98%的相对体积对应的剂量)、D50(50%的相对体积对应的剂量)、适形度指数(Conformity Index，CI)、均匀性指数(Homogeneity Index，HI)。其中：HI=(D2-D98)/D50，靶区均匀性越好，HI值越小；CI=Vt,ref/Vt*Vt,ref/Vref(Vt，ref为靶区接受的处方剂量；Vt为靶区体积；Vref为全身接受处方剂量体积)，CI值在0～1之间，适形度越高CI值越接近1[11]。此外，收集危及器官(Organs-At-Risk，OAR)的以下剂量信息：双肺[V5(%)、V20(%)、V30(%)、Dmin、Dmax、Dmean]、心脏[V30(%)、V40(%)、Dmin、Dmax、Dmean]、食管[V15(%)、V40(%)、Dmin、Dmax、Dmean]、脊髓和脊髓-03[Dmin、Dmax、Dmean]。优化完成之后计算两种计划的机器总跳数(monitor unit，MU)、出束时间(delivery time)及计划的调制幅度系数(Modulation)和优化时间(Optimization Time)。

2 结果

2.1 靶区剂量比较 PGTV、PTV1、PTV2的HI和CI值相近，均差异无统计学意义(P>0.05)。两种计划的HI、CI在不同PTV体积下差异无统计学意义(P>0.05)。但在51例患者中有57%在HI比较方面FFF优于FF，67%在CI比较方面FF优于FFF。代表靶区覆盖率的V95(%)和V105(%)在FFF模式下略大于FF模式，但均差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

表1 51例NSCLC患者FF模式和FFF模式靶区剂量比较

2.2 危及器官剂量比较 对于5个OAR，Dmin均有统计学意义，且其值FFF模式均小于FF模式。特别对于心脏V30(%)、V40(%)、Dmax、Dmean都有统计学意义(P<0.05)，除此之外，肺部V5(%)也有统计学意义(P=0.001)。见表2。

表2 51例NSCLC患者FF模式和FFF模式危及器官剂量比较

2.3 机器跳数和出束时间比较 从机器跳数上看，虽然FFF模式是FF模式的1.13倍，且具有统计学意义(P=0.000)，但是从出束时间上看，92%患者的出束时间FF长于FFF，FFF模式明显缩减为FF模式的79.41%(P=0.000)。

2.4 计划设计比较 从计划优化时间和表示计划复杂程度的调制幅度系数上看，FFF模式的优化时间缩减为FF模式的95.53%(P>0.05)。47%患者的计划复杂程度FF模式高于FFF模式，两者的复杂程度类似(P>0.05)。见表3、图1。

表3 51例NSCLC患者FF模式和FFF模式的机器跳数、出束时间、计划设计优化时间、调制幅度系数比较

2.5 肿瘤体积的影响与比较 本文所入组患者的肿瘤体积在9.19～1 086.79 cm3。未见在肿瘤体积大小不一致情况下，肿瘤体积给两种计划的HI、CI的数值分布带来明显的变化趋势。且对机器的出束时间和跳数、计划的复杂程度和优化时间均无明显变化趋势。见图1～2。

图1 51例NSCLC患者VMAT计划跳数、调制幅度系数、优化时间和出束时间在不同PTV体积下分布示意图

3 讨论

放疗已经成为了治疗NSCLC的手段之一，实际证明放疗对肿瘤靶区有很好的治疗效果。均整器在普通放疗和三维适形放疗(3-dimensional conformal radiation therapy，3D-CRT)中有重要作用，但在VMAT技术中，通过调整多叶MLC的运动即可在模体表面实现剂量均匀的效果，故不需均整器将不均匀射束修整为均匀射束。

3.1 放疗出束时间 在放疗中，缩短治疗时间极其重要。总治疗实施时间包括出束时间、MLC叶片运动时间和记录与验证时间。Fu等[12]比较了在6MV-FFF和6MV-FF治疗模式下，MLC叶片的运动速率、叶片段数、出束时间等。结果表明6MV-FFF模式下的MLC叶片运动速率比6MV-FF高，记录与验证时间相较于FF短，总的治疗时间减少。由此说明，缩短机器出束时间能一定程度上缩短总的治疗时间。这与本文的结果：相较于FF模式，FFF模式更能缩减出束时间相一致。且缩短出束时间可减少患者在治疗过程中，因长时间保持相同体位而感觉不适，进而产生体位变化造成分次内误差。同时，缩短治疗时间可减少危及器官和正常组织的照射。

3.2 靶区与OAR受量 有文献表明去除均整器后有更好的剂量学特性[13]，减少了机头散射和漏射辐射，可减少全身的剂量受量[14-15]，从而降低放疗后二次癌症的发生概率[16]。李定杰等[17]比较了FFF和FF模式下的VMAT计划，结果表明，两者靶区适形度(CI100%)类似(P>0.05)，且FFF模式明显改善了计划适形度(CI50%和CI80%)(P<0.05)。FFF模式患侧肺、全肺受量明显减少，且出束时间明显减少，但两种模式机器跳数相近。该结果与本研究结果在机器跳数与OAR的描述上略有差异，可能与两者所采用的计划系统和分析的参数有所区别导致。SBRT治疗肺癌常见的并发症有食管不良反应、中央气道损伤、放射性肺炎等，其中放射性肺炎(RP)是SBRT治疗肺癌最常见的并发症[18]。所以在制定放疗计划时，在靶区剂量达到处方剂量的前提下，尽量对OAR进行保护，降低放射性反应产生的概率。本研究表明FFF模式下的OAR所受照射剂量更低，更能降低并发症产生的风险，特别是全肺V5(%)略小于FF模式(P=0.001)，能降低放射性肺炎的风险。同时，FFF模式下本文研究的5个OAR的最小剂量相较于FF模式皆有下降(P=0.000)，此外，心脏的V30(%)在FFF模式下略有下降(P=0.006)。FFF模式能减少OAR照射的剂量，原因在于移除均整器可以增加中心轴的剂量，减少射野外的剂量[19]。

图2 51例NSCLC患者VMAT计划HI、CI在不同PTV体积下的分布示意图

3.3 肿瘤体积的影响与比较 Reggiori等[20]研究了用FFF模式对肝癌患者SBRT技术的VMAT计划会对患者的病变产生影响，其运用虚拟模体进行研究再结合肝转移患者进行回顾性分析。结论表明，在基于靶区体积的分析下，靶区体积在<100 cm3与>300 cm3情况下，FF模式相较于FFF模式的适形性更高，靶区体积在100～300 cm3情况下FFF模式的适形性更高。在本文也采用了靶区体积分析方法，但结果表明在NSCLC患者VMAT计划中，肿瘤体积并没有对两种计划的靶区HI、CI、机器的出束时间和跳数、计划的复杂程度和优化时间表现出明显的变化趋势。这可能与研究病种不同、或者靶区体积数据分布不均有关。其说明FFF和FF模式不能在某个范围的靶区体积下凸显其优势，即不论任何靶区体积大小，VMAT计划的FFF和FF模式都适用。

3.4 计划优化时间和复杂程度 在计划的优化时间和复杂程度上，两种计划比较的结果均无统计学意义，这就表明了这两种模式下，计划设计的优化时间和难度相当。FFF模式不会增加做治疗计划的时间，相反，还能缩短患者的治疗时间。总体来看，FFF模式全程所用的时间相较于FF模式短。

陈飞等[21]对15例早期NSCLC患者在FFF模式下分别设计了适形拉弧(conformal arc therapy，CAT)、3D-CRT及VMAT计划。从剂量学角度比较显示FFF模式下 VMAT较于其他两者，其靶区剂量适形性和均匀性更好、平均剂量更低，能更好地保护正常组织，但VMAT治疗执行效率低于其他两者。这表明了VMATFFF有较好的剂量学特性，可以满足日常临床更高要求。

综上所述，两种计划的剂量分布相当，都能满足临床要求，FFF模式下OAR的保护会优于FF，FFF的剂量率高，缩短了治疗时间。两种计划的设计难度相当，FFF不会增加做计划的难度，不论NSCLC靶区体积大小，VMAT计划的FFF和FF模式都适用。本文的新颖之处在对于不同肿瘤体积，给出FFF和FF模式都适用的建议，并且两种计划的优化时间相当，这给医生、物理师进行计划设计时，能有更多的选择及参考对比的可能性。本文研究不足之处是两种模式下心脏的参数均有统计学意义，但是否与靶区靠近心脏的位置有关还有待验证。