王 鵬，周解平，詹必紅，錢立庭，吳愛東，付 杰

（1.安徽省立醫(yī)院西區(qū)放療科，安徽 合肥 230022；2.安徽省立醫(yī)院西區(qū)放療科放射物理室，安徽 合肥 230022；3.上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院放射治療科，上海 200233）

立體定向放療技術(shù)在肺部腫瘤治療中的應(yīng)用逐漸增多，肯定了大分割放療在早期非小細(xì)胞肺癌（nonsmall cell lung cancer，NSCLC）和肺轉(zhuǎn)移癌治療中的作用。目前使用的立體定向放射治療方式包括多野調(diào)強(qiáng) （intensity modulated radiotherapy，IMRT）、容積調(diào)強(qiáng) （volumetric modulated radio therapy，VMAT）和體部γ－刀［1－2］。 國內(nèi)有學(xué)者［3－4］曾對IMRT和VMAT進(jìn)行過劑量學(xué)研究。陀螺旋轉(zhuǎn)式60Co立體定向放射治療系統(tǒng) （陀螺刀）屬單源雙軸線旋轉(zhuǎn)聚焦式體部γ－刀［5］，關(guān)于其與加速器劑量學(xué)方面的比較尚無文獻(xiàn)報道。本研究探討5野調(diào)強(qiáng) （5F－IMRT）、VMAT和陀螺刀計劃在肺部轉(zhuǎn)移瘤及周圍型肺癌中劑量學(xué)分布特點(diǎn)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選擇2013年4月—2014年4月安徽省腫瘤醫(yī)院放療病區(qū)進(jìn)行立體定向放射治療的16例原發(fā)性及肺轉(zhuǎn)移癌患者 （共20個病灶），其中，NSCLC 3例和肺轉(zhuǎn)移癌13例，均為由于醫(yī)學(xué)原因不宜手術(shù)或拒絕手術(shù)患者。其中男性11例，女性5例；年齡43～87歲，中位年齡56歲；周圍型原發(fā)肺腫瘤3例 （3個病灶），轉(zhuǎn)移性肺癌13例（17個病灶），其中肺轉(zhuǎn)移瘤中食管癌肺轉(zhuǎn)移3例（4個病灶），肺癌肺轉(zhuǎn)移2例 （7個病灶），乳腺癌肺轉(zhuǎn)移1例 （2個病灶），肝癌肺轉(zhuǎn)移1例 （1個病灶）、腮腺癌1例 （1個病灶），軟組織肉瘤肺轉(zhuǎn)移1例，前列腺癌肺轉(zhuǎn)移1例，惡性腦膜瘤肺轉(zhuǎn)移1例 （1個病灶），宮頸癌肺轉(zhuǎn)移1例 （1個病灶），鼻咽癌肺轉(zhuǎn)移1例 （1個病灶）。病灶直徑1.8～4.8cm，中位直徑3.5cm。超過1個病灶則分次治療，其中1個治療結(jié)束后開始第2個病灶治療。

1.2 主要設(shè)備 5F－IMRT和 VMAT技術(shù)采用Varian trilogy直線加速器和60對多葉準(zhǔn)直器（MLC），均采用Philips ADAC逆向治療計劃系統(tǒng)。陀螺刀 （上海伽瑪星科技發(fā)展有限公司）［6］全采用航天陀螺儀的旋轉(zhuǎn)原理，將60Co聚焦放射源安裝在2個垂直方向同步旋轉(zhuǎn)的陀螺結(jié)構(gòu)上。

1.3 CT模擬定位 定位方法：使用立體定位框架，患者采用舒適的體位臥于定位袋上，抽成真空固化成形并密封，雙手上舉緊握頭頂?shù)陌咽?。CT定位掃描和治療時要求患者平靜呼吸，不采取呼吸動度限制措施，掃描范圍從頸中線到膈肌下3cm（包括全肺組織），層厚5mm，層間距0mm，圖像經(jīng)光盤分別傳送至陀螺刀放射治療計劃系統(tǒng)和Philips ADAC治療計劃系統(tǒng)。

1.4 靶體積的測量 大體腫瘤體積 （gross tumor volume，GTV）包括CT影像肺窗可見的肺部病灶 （參照文獻(xiàn)取窗寬1500HU，窗位－600HU），GTV沿肺窗CT圖像的腫瘤邊緣并完整包繞整個腫瘤。臨床靶體積 （clinic target volume，CTV）為GTV外擴(kuò)5mm，包括考慮到腫瘤的呼吸運(yùn)動所導(dǎo)致的腫瘤內(nèi)靶區(qū) （internal tumor volume，ITV），如果病灶靠近胸壁，則按原則減少外擴(kuò)，不超出胸壁。計劃靶體積 （plan target volume，PTV）為CTV外擴(kuò)5～10mm，PTV為24.15～208.85cm3，中位 PTV 為83.68cm3，平均值為（90.73±47.8）cm3。確定正常肺 （并聯(lián)器官）、脊髓和食管 （串聯(lián)器官）為危及器官。左肺和右肺作為一個整體結(jié)構(gòu)或者作為獨(dú)立的結(jié)構(gòu)分別計算。正常肺體積的范圍為剔除GTV后的全肺組織［7］，正常全肺體積為2328.20～5336.90cm3，平均體積為 （3768.74±722.34）cm3。其中左肺體積的范圍 為 1109.26～2259.52cm3， 平 均 體 積 為1669.89cm3；右肺體積為1278.66～3825.17cm3，平均體積為 （2151.55±547.24）cm3。脊髓體積為 （30.8±15.3）cm3，食管和脊髓的體積有個體差異。

1.5 放療計劃方案 為每例患者分別設(shè)計3種大分割放療計劃，包括5F－IMRT、VMAT和陀螺刀計劃，均統(tǒng)稱為體部立體定向放射治療（stereotactic body radiotherapy，SBRT）計劃，同一患者的3種治療計劃的處方劑量相同，分割方式也相同。①大分割5F－IMRT計劃：采用共面5野，直接機(jī)參數(shù)優(yōu)化 （direct machine parameter optimization，DMPO）算法，最大子野數(shù)為50個，最小子野面積和最小劑量跳數(shù)分別為4cm2和5MU，最大的劑量率為600MU·min－1；②VMAT計劃：部分雙弧，角度范圍同5F－IMRT，采用SmartArc優(yōu)化算法，最大葉片運(yùn)動速度為0.46cm·Deg－1，最終間隔的弧形角度為4°，最大劑量率為600MU·min－1；③陀螺刀計劃：采用正向計劃設(shè)計，使用2號和3號準(zhǔn)直器，2號和3號準(zhǔn)直器孔徑大小分別為12和30mm。為便于研究，本研究參照夏廷毅等［10］的方法采用5Gy×10次，總劑量50Gy照射。大分割5F－IMRT和VMAT計劃采用95%PTV接受的照射劑量為處方劑量，即95%PTV接受劑量50Gy。陀螺刀照射計劃50%等劑量 （處方劑量）線包繞95%PTV。其分割劑量、分割次數(shù)等與其他2種計劃一致。正常組織劑量約束參照文獻(xiàn)［8，10］，雙肺接受20Gy照射體積占全肺體積百分比（V20）≤20%。對主氣管、支氣管、心臟和大血管接受的劑量要求＜40Gy，食管和脊髓接受的劑量要求＜30Gy。不符合上述要求的患者改用IMRT調(diào)強(qiáng)常規(guī)分割劑量照射 （2Gy／f）。本研究中所有SBRT計劃經(jīng)本院專業(yè)物理師和具有副高級以上職稱的臨床醫(yī)師認(rèn)可。

1.6 觀察指標(biāo) ①適形指數(shù) （conformity index，CI）［9］：CI＝ （VT，ref／VT）× （VT，ref／Vref），其 中VT，ref為參考等劑量面 （本研究為95%）所包繞的靶體積，VT為所有靶體積，Vref為參考等劑量面所包繞體積；CI值在0～1之間，CI＝1時表示參考等劑量面完全包繞靶體積，適形度越高，越接近1；② 均勻指數(shù)（homogeneity index，HI）［10］：HI＝D5%／D95%，HI值越大表明劑量不均勻性越大。D5%和D95%分別為5%和95%PTV所受到的照射劑量；③正常組織器官受照劑量：觀察全肺平均劑量 （mean lung dose，MLD）和 V5、V10、V20、V30以及串聯(lián)器官脊髓和食管的最大受照劑量。

1.7 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。3種計劃的PTV劑量、PTV靶區(qū)CI、HI值和患者肺組織的受照劑量以表示，組間比較采用t檢驗。以α＝0.05為檢驗水準(zhǔn)。

2 結(jié) 果

2.1 3種放療計劃的PTV劑量 （PTVD）分布3種治療計劃對于靶區(qū)的覆蓋都比較滿意，處方劑量覆蓋95%的PTV。5F－IMRT、VMAT與陀螺刀計劃的PTVD比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義 （P＜0.05）。5F－IMRT計劃的PTV Dmean 大于VMAT計劃 （t＝0.760，P＝0.460）；VMAT 計劃的 PTVDmean小于陀螺刀 （t＝19.975，P＝0.000）；5F－IMRT計劃的PTVDmax小于陀螺刀（t＝23.835，P＝0.000）。陀螺刀計劃的PTVDmean和PTVDmax均大于5F－IMRT 和 VMAT計劃，5F－IMRT、VMAT和陀螺刀計劃的PTVDmin比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。實(shí)際臨床應(yīng)用中只有平均PTVD有實(shí)際臨床意義。見表1。

2.2 3種放療計劃PTV靶區(qū)的CI和HI值5F－IMRT、VMAT和陀螺刀計劃的CI值比較：5F－IMRT計劃的 CI值小于 VMAT計劃 （t＝3.509，P＝0.003）；VMAT計劃的CI值大于陀螺刀計劃 （t＝8.694，P＝0.000）；5F－IMRT計劃的CI值大于陀螺刀計劃 （t＝3.427，P＝0.004）。即CI值方面，VMAT計劃優(yōu)于5F－IMRT計劃，5F－IMRT計劃優(yōu)于陀螺刀計劃。HI值比較：5F－IMRT計劃的HI值大于VMAT，但組間比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（t＝1.500，P＝0.152）；VMAT計劃 的 HI值小于陀螺刀計劃 （t＝36.780，P＝0.000）；5F－IMRT計劃的 HI值小于陀螺刀計劃 （t＝41.040，P＝0.000）。見表2。

表1 3種放療計劃的PTVD分布Tab.1 Distribution of PTVD of three radiotherapy plans （n＝20，，D／Gy）

表1 3種放療計劃的PTVD分布Tab.1 Distribution of PTVD of three radiotherapy plans （n＝20，，D／Gy）

Group PTVDmax PTVDmean PTVDmin 5F－IMRT 5561.67±199.12 5261.18±119.10 4400.68±279.28 VMAT 5501.57±246.26 5228.15±190.20 4407.56±395.57 Gyroknife 10000.00±0.00 7048.56±213.10 4377.06±191.95

表2 3種放療計劃的PTV靶區(qū)CI和HI值Tab.2 CI and HI values of PTV of three radiotherapy plans （n＝20，）

表2 3種放療計劃的PTV靶區(qū)CI和HI值Tab.2 CI and HI values of PTV of three radiotherapy plans （n＝20，）

Group CI HI 5F－IMRT 0.7946±0.0649 1.1538±0.0280 VMAT 0.8507±0.0476＊ 1.1375±0.0378 Gyroknife 0.7377±0.0540＊1.6827±0.0488

2.3 3種放療計劃的全肺組織受照射量 VMAT計劃的全肺組織V5、V10、V20和V30小于5F－IMRT計劃 （t＝5.75，1.392，1.887，1.188；P＝0.000，0.186，0.080，0.255）；VMAT計劃的全肺組織V5、V10、V20和V30小于陀螺刀計劃 （t ＝ 4.303，5.018，1.264，2.069；P ＝0.000，0.000，0.233，0.059）；5F－IMRT計劃的全肺組織V5、V10、V20和V30與陀螺刀計劃比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義 （t＝1.094，3.302，1.164，1.914；P ＝ 0.292，0.205，0.264，0.076）。VMAT計劃 MLD明顯低于陀螺刀計劃 （t＝2.462，P＝0.027）和5F－IMRT （t＝3.682，P＝0.002），5F－IMRT和陀螺刀計劃 MLD 比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義 （t＝1.344，P＝0.200）。見表3。

表3 3種放療計劃的全肺組織受照劑量Tab.3 Doses of whole lung tissue of three radiotherapy plans （n＝20，，D／Gy）

表3 3種放療計劃的全肺組織受照劑量Tab.3 Doses of whole lung tissue of three radiotherapy plans （n＝20，，D／Gy）

V5 V10 V20 V30 MLD 5F－IMRT 0.2433±0.0557 0.1323±0.0422 0.0799 Group±0.0301 0.0510±0.0216 523.70±144.36 VMAT 0.2045±0.0521 0.1262±0.0429 0.0751±0.0321 0.0495±0.0204 495.00±146.35 Gyroknife 0.2569±0.0724 0.1709±0.0652 0.1445±0.2243 0.0566±0.0274 554.75±200.70

2.4 3種放療計劃的患側(cè)肺組織受照劑量 與VMAT比較，5F－IMRT計劃的患側(cè)肺組織V5、V10、V20和V30值比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（t＝0.447，0.004，1.841，1.300；P ＝0.661，0.997，0.087，0.215）；陀螺刀計劃的患側(cè)肺組織受照劑量 （V5、V10、V20和V30）大于5－IMRT計 劃 （t＝5.329，4.337，1.641，1.038；P ＝0.000，0.001，0.123，0.317）；陀螺刀計劃的患側(cè)肺組織受照劑量 （V5、V10、V20和V30）大于 VMAT （t＝5.222，4.579，3.381，1.608，P＝0.000，0.000，0.005，0.130）。陀螺刀計劃患側(cè)肺組織的 MLD高于5－IMRT （t＝4.303，P＝0.002）和 VMAT計劃 （t＝4.517，P＝0.000）。而5F－IMRT與VMAT計劃患側(cè)肺組織的MLD比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義 （t＝0.977，P＝0.345）。見表4。

表4 3種放療計劃患側(cè)肺組織受照劑量Tab.4 Dose of lesion lung tissue of three radiotherapy plans （n＝20，，D／Gy）

表4 3種放療計劃患側(cè)肺組織受照劑量Tab.4 Dose of lesion lung tissue of three radiotherapy plans （n＝20，，D／Gy）

V5 V10 V20 V30 MLD 5F－IMRT 0.3367±0.0838 0.2492±0.0887 0.1609 Group±0.0692 0.1029±0.0480 852.38±283.80 VMAT 0.3297±0.1123 0.2492±0.1004 0.1517±0.0699 0.0996±0.0457 832.65±302.60 Gyroknife 0.4617±0.1510 0.3204±0.1277 0.1753±0.0814 0.1078±0.05411021.61±391.71

2.5 3種放療計劃健側(cè)肺組織受照劑量 與陀螺刀計劃比較，5F－IMRT計劃健側(cè)肺組織 MLD較高 （t＝8.370，P＝0.000）；與5F－IMRT放療計劃比較，VMAT計劃健側(cè)肺組織MLD差異無統(tǒng)計學(xué)意義 （t＝1.953，P＝0.071）；與陀螺刀計劃比較，VMAT計劃健側(cè)肺組織 MLD較高 （t＝5.557，P＝0.000）。5F－IMRT 計劃健側(cè)肺組織V5和V10值高于VMAT計劃 （t＝2.890，P＝0.012；t＝1.665，P＝0.118）及陀螺刀計劃 （t＝5.750，P ＝ 0.000；t＝ 2.010，P ＝ 0.064）。VMAT計劃健側(cè)肺組織V5和V10值大于陀螺刀計劃 （t＝3.800，P＝0.002；t＝0.444，P＝0.664）。3種放療計劃健側(cè)肺組織的V20和V30值比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義 （P＞0.05）。見表5。

表5 3種放療計劃健側(cè)肺組織受照劑量Tab.5 Doses of healthy lung tisse of three radiotherapy plans （n＝20，，D／Gy）

表5 3種放療計劃健側(cè)肺組織受照劑量Tab.5 Doses of healthy lung tisse of three radiotherapy plans （n＝20，，D／Gy）

V5 V10 V20 V30 MLD 5F－IMRT 0.1440±0.0923 0.0262±0.0412 0 0 203.Group 50±83.90 VMAT 0.0741±0.0794 0.0068±0.0178 0 0 165.39±72.10 Gyroknife 0.0089±0.0178 0.0040±0.0155 0 0 83.50±50.77

2.6 食管和脊髓最大受照劑量 本組患者均為轉(zhuǎn)移性病灶和外周型肺癌，病灶多位于肺外側(cè)帶，肺中野，多遠(yuǎn)離脊髓和食管。5F－IMRT、VMAT和陀螺刀放療計劃的食管最大受照劑量分別為（13.83±10.38）、 （12.38±9.46）和 （14.19±10.09）Gy；5F－IMRT、VMAT 和陀螺刀放療計劃的脊髓最大受照射量分別為 （10.27±6.26）、（12.60±9.56）和 （13.52±5.69）Gy。

3 討 論

放療在肺轉(zhuǎn)移瘤治療中占重要地位，但常規(guī)放療總劑量低，局部控制率不高，治療后患者總生存率也不高。SBRT在肺部腫瘤治療中的應(yīng)用逐漸增加，肯定了大分割放療在早期NSCLC和肺轉(zhuǎn)移癌治療中的作用。有研究［11］表明：大劑量低分割次數(shù)立體定向放療治療肺癌、肺轉(zhuǎn)移癌時，而且病灶非鄰近于縱膈及脊髓附近，不會出現(xiàn)嚴(yán)重的遲發(fā)毒性反應(yīng)。本研究探討5F－IMRT、VMAT和陀螺刀在肺部轉(zhuǎn)移瘤及周圍型肺癌中劑量學(xué)分布特點(diǎn)，以期為該類患者選擇合適的治療手段提供劑量學(xué)依據(jù)。

立體定向伽瑪射線全身治療系統(tǒng)原理：采用多束伽瑪射線動態(tài)旋轉(zhuǎn)聚焦的原理，保證了在焦點(diǎn)位置具有高劑量的伽瑪射線對腫瘤病灶進(jìn)行輻照［12］。夏廷毅等［13］認(rèn)為：該技術(shù)所形成的劑量分布特點(diǎn)為高劑量集中到GTV，低劑量分布于周圍組織，呈 “洋蔥皮樣”分布，類似于粒子植入的劑量分布特點(diǎn)，并稱之為填充式三維適形。采用加速器實(shí)現(xiàn)適形放療技術(shù)通過多野的多束射線疊加在靶區(qū)形成高劑量區(qū)，使靶區(qū)劑量高，靶區(qū)外劑量低，劑量分布均勻度和適形度較好，大多可控在100%±10%或更好。調(diào)強(qiáng)放療計劃的射野數(shù)均為5個野，且調(diào)強(qiáng)方法為動態(tài)調(diào)強(qiáng)，因每束射線必須包繞靶區(qū)，夏廷毅稱之為 “包容式三維適形”，技術(shù)上可分為多野調(diào)強(qiáng) （如5F－IMRT）和VMAT。

本研究比較3種放療計劃的靶區(qū)劑量分布特點(diǎn)、適形度和劑量均勻性以及靶區(qū)周邊正常肺、食管、脊髓的受照劑量；選擇肺轉(zhuǎn)移病灶和早期外周型肺癌的優(yōu)選計劃。本研究參照文獻(xiàn) ［10］，限制脊髓和食管劑量在30Gy／10f內(nèi)。針對同一份圖像使用5－IMRT、VMAT和陀螺刀方法完成計劃設(shè)計，并且3種照射方式的分割劑量、分次次數(shù)相同，采用統(tǒng)一的處方劑量，均為5Gy×10次照射。

本研究對陀螺刀、5－IMRT和VMAT放療計劃的劑量學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行了探討，結(jié)果顯示3種放療計劃的CI值均可達(dá)到臨床要求，其CI值比較，VMAT計劃＞5－IMRT計劃＞陀螺刀計劃；HI值比較，陀螺刀計劃＞5－IMRT計劃＞VMAT計劃。陀螺刀照射計劃的特征是劑量分布不均勻但平均劑量較高，這符合其基本原理，加速器完成的治療計劃類似于包容性三維適形，而陀螺刀計劃類似于填充式三維適形放療。

劑量學(xué)分析顯示：陀螺刀計劃的PTVDmean，PTVmax水平均明顯高于5F－IMRT和VMAT計劃，而PTVDmin值與5F－IMRT和VMAT計劃類似。在臨床上，只有PTVDmean有實(shí)際意義，在給予同樣的處方劑量時，陀螺刀采用的標(biāo)準(zhǔn)是以50%的等劑量線包繞95%的PTV，而加速器療法采用的標(biāo)準(zhǔn)是處方劑量包繞95%的PTV，陀螺刀計劃的PTVDmean和PTVmax均高于5F－IMRT和VMAT計劃。

3種放療計劃均采用相同的劑量分割模式，雙肺V5、V10、V20、V30具有常規(guī)分割劑量模式下的意義。3種方法的區(qū)別：①加速器采用共面照射，僅在PTV所在的層面厚度體積內(nèi)進(jìn)行照射，而陀螺刀計劃采用陀螺旋轉(zhuǎn)式照射，因而可能會出現(xiàn)患側(cè)肺組織的MLD較大的現(xiàn)象；②采用的射線源不同，分別為60Co和6MV－X線，穿透力不同，6MV－X線穿透力更強(qiáng)；③由于射線源不同，因而穿透力不同，因而，病灶所在的部位［14］（病灶大小、深淺、左右肺等因素）可能會影響劑量分布特點(diǎn)，尤其是影響60Co的劑量分布。例：對于4×4cm大小的照射野，60Co和6MV－X線在1、3、5、10、15和20cm的組織最大比 （tissue maximum ratio，TMR） 分 別 為 0.980、0.898、0.815、0.607、0.445、0.328 和 0.966、0.960、0.891、0.716、0.572、0.455，或許能夠解釋對側(cè)肺照射劑量較低的原因。對相關(guān)影響因素的研究還需要進(jìn)一步探討；④Varian triology 5339（計劃系統(tǒng)為Pinnacle 9.2）帶有劑量優(yōu)化系統(tǒng)，而陀螺刀尚未附帶此功能。因而，對于3種模式的劑量學(xué)探索，還需更深層次的研究。

本研究中所有病灶均位于外周及肺中野，本研究通過劑量約束，均可以達(dá)到劑量約束要求，食管和脊髓受照劑量要求＜30Gy。由于食管和脊髓劑量不是本研究的主要研究目的，而且病灶所在的位置對劑量特征影響較大，如脊髓和食管的最低劑量可為0Gy，最高劑量分別達(dá)到24和21Gy，而對不符合上述要求的病例改用IMRT調(diào)強(qiáng)常規(guī)分割劑量照射 （2Gy／f）。由于臨床治療中采取的是大分割照射，因此當(dāng)病變位于食管和脊髓附近時應(yīng)注意最高受照劑量的約束，因其為串聯(lián)器官，受照劑量一旦過高就會造成嚴(yán)重后果。

綜上所述，對于相對孤立性的肺部較小體積病灶 （肺轉(zhuǎn)移灶和早期肺癌）而言，VMAT和陀螺刀計劃是2種不同照射方式的SBRT技術(shù)，均能達(dá)到所設(shè)置的靶區(qū)劑量要求和劑量約束；在保證SBRT擺位精度的前提下，陀螺刀計劃的主要優(yōu)勢在于平均受照劑量高，能夠在一定程度上保護(hù)健側(cè)肺組織；而VMAT計劃的主要優(yōu)勢在于適形度高，能夠進(jìn)行計劃驗證，全肺 （及患側(cè)肺）V5、V10和MLD較低，具體選擇哪種放療技術(shù)需要根據(jù)各臨床治療單位所具備的實(shí)際醫(yī)療設(shè)備以及所治療患者的實(shí)際情況權(quán)衡作出選擇。

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