葛瑞剛，解傳濱，戴相昆，李紀偉，陳高翔，徐壽平，曲寶林

中國人民解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學中心放射治療科，北京100853

前言

立體定向放射外科（Stereotactic Radiosurgery,SRS）的概念來源于立體定向神經(jīng)外科，其目的是給予病變單次致死劑量照射的同時在周圍正常組織有陡峭的劑量跌落，以保護周圍正常組織［1］。盡管所有SRS都是采用小射野集中照射靶區(qū)的方式，但這一實現(xiàn)過程各有不同。射波刀（CyberKnife, CK）是將一臺小型直線加速器安裝于靈活的機器人手臂上，通過大小不等的圓形準直器組合產(chǎn)生大量等中心或非等中心射束投射到靶區(qū)，以實現(xiàn)較好的靶區(qū)覆蓋度和較高的靶區(qū)邊緣劑量梯度［2］。以常規(guī)直線加速器為基礎的SRS 體系可采用多個非共面拉弧野或調(diào)強野來完成治療，但其劑量分布受到射野成形設備、射野或拉弧的數(shù)目以及所使用治療技術的影響［3-4］。LinacTech 公司的微光刀（D2SRS-MLC）系統(tǒng)實現(xiàn)了葉片等中心處最小2 mm 的厚度，為常規(guī)加速器實現(xiàn)更高的靶區(qū)適形度和劑量跌落帶來可能［5-6］。本研究通過分析基于常規(guī)加速器的D2SRS-MLC 系統(tǒng)在腦轉(zhuǎn)移瘤立體定向放療中的劑量學特性，并與CK 計劃進行比較，探討微光刀技術在腦轉(zhuǎn)移瘤立體定向放療臨床應用的可行性。

1 材料與方法

1.1 設備與儀器

研究選用雷泰D2SRS-MLC（微光刀）、醫(yī)科達Synergy 直線加速器和安科瑞G4 射波刀立體定向放射治療系統(tǒng)（CyberKnife,CK）。D2SRS-MLC 系統(tǒng)具有51 對光柵，其等中心投影厚度為2 mm，以獨立外掛形式實現(xiàn)動態(tài)適形拉?。―ynamic Conformal ARC,DCA）技術以及動態(tài)調(diào)強放療（DMLC-ⅠMRT）技術，從而建立基于常規(guī)加速器治療平臺的立體定向放療系統(tǒng)，可針對顱內(nèi)病變及體部小腫瘤實施立體定向放射外科治療［7-8］。CK 是將一臺小型直線加速器安裝于具有6 個自由度的機械臂上［9-10］，在不同半徑球面上共有160 個節(jié)點，可形成1 980 個入射方向［11］。其射野由12 個獨立的二級準直器確定，在等中心SAD=80 cm 處，形成直徑為5～60 mm 的圓形射野，源到等中心的距離為65～100 cm。

1.2 病例資料

選取30 例在解放軍總醫(yī)院接受CK 治療的腦轉(zhuǎn)移瘤病例，腫瘤最大體積48.55 cm3，最小體積1.69 cm3，平均體積和中位體積分別為11.36 和8.58 cm3。所有患者靶區(qū)勾畫在MultiPlan 9.0（Accuary,USA）計劃系統(tǒng)上完成。

1.3 計劃設計

CK 計劃設計在MultiPlan 9.0 計劃系統(tǒng)完成，采用非等中心、非共面投照模式，按照靶區(qū)2/3 最大徑尺寸選擇相應大小束光筒，同時選擇一個比其小1～2檔的較小尺寸束光筒。為了提高計劃實施效率，單野最大跳數(shù)限定為300 MU，計劃總跳數(shù)限定為10 000 MU。

將CT 圖像及輪廓資料經(jīng)DCⅠOM 網(wǎng)絡傳輸?shù)絋iGRT計劃系統(tǒng)（LinaTech,中國）進 行DCA 和DMLC-ⅠMRT 計劃設計，2 組計劃均采用非共面照射方式，劑量率選用500 MU/min。其中DCA 計劃采用等中心多弧照射，并根據(jù)各危及器官與靶區(qū)的相鄰關系進行相應角度的避讓，在各弧段機架旋轉(zhuǎn)過程中，MLC 形狀根據(jù)不同機架角度下射野方向觀靶區(qū)輪廓自動適形以實現(xiàn)對靶區(qū)的動態(tài)適形照射；DMLC-ⅠMRT 計劃采用非共面固定射野下以滑窗形式進行射野強度調(diào)制，滑窗方式為一對相對葉片總是向一個方向運動，并在運動過程中不斷形成各種形狀的窗口（即子野）掃過靶區(qū)。

3 組計劃處方劑量為21 Gy/3 F。正常組織限量參照TG101 報告：腦干Dmax＜23 Gy，V18＜0.5 mL。治療計劃設計要求在滿足正常組織劑量限制前提下，盡可能提升靶區(qū)覆蓋率。

1.4 劑量評估

通過等劑量曲線分布對各組計劃進行評估，通過劑量體積直方圖（DVH）獲取靶區(qū)及各器官相關劑量學參數(shù)，其中靶區(qū)劑量評估包括靶區(qū)劑量體積參數(shù)D98、D95、D90、D50、D10、D5，劑量分布的均勻性指數(shù)（HⅠ）、適形度指數(shù)（CⅠ）、靶區(qū)外正常組織劑量跌落參數(shù)（GⅠ）。

CⅠ定義為處方劑量分布與靶區(qū)形狀適合情況，見式（1），其中VPTV是計劃靶區(qū)體積（PTV）的大小，VRX是處方等劑量線包圍的體積，PTVRX是處方等劑量線包圍的靶區(qū)體積，CⅠ越接近1說明靶區(qū)適形度越高［12-13］：

HⅠ定義為靶區(qū)最大劑量和最小劑量相對于平均劑量之間的差別，見式（2），當DH=0時，認為靶區(qū)內(nèi)劑量分布均勻。HⅠ值越大，靶區(qū)內(nèi)劑量分布均勻性越差［14］：

GⅠ定義為50%處方劑量線覆蓋的體積與處方等劑量線覆蓋的體積之比［15］，見式（3），其意義在于反映靶區(qū)外的劑量跌落情況，較小的GⅠ表示靶區(qū)外劑量擴散較少，劑量跌落急劇：

1.5 統(tǒng)計學方法

用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件對3種計劃的各項參數(shù)作單因素方差分析（One-way ANOVA），顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 等劑量曲線評估

通過對等劑量曲線圖進行分析比較，可以看出3種計劃的靶區(qū)覆蓋及靶區(qū)外劑量跌落都能達到臨床要求，且實現(xiàn)了處方劑量對靶區(qū)的較好覆蓋，如圖1所示。

圖1 患者等劑量分布圖示例Fig.1 Isodose distributions in a patient

2.2 靶區(qū)劑量參數(shù)評估

從靶區(qū)劑量分布來看，CK 計劃和D2SRS-MLC兩種計劃方式（DMLC-ⅠMRT 和DCA）對于靶區(qū)較大體積劑量參數(shù)D98、D95、D90沒有顯著差異，但對于靶區(qū)小體積及半數(shù)體積劑量參數(shù)D5、D10、D50這3種計劃兩兩之間都有顯著性差異，其中CK 計劃的D5、D10、D50最高，DCA 計劃次之，DMLC-ⅠMRT 計劃最低，如表1所示。

表1 靶區(qū)劑量分布參數(shù)統(tǒng)計表（±s,Gy）Tab.1 Statistics of target dose distribution parameters(Mean±SD,Gy)

表1 靶區(qū)劑量分布參數(shù)統(tǒng)計表（±s,Gy）Tab.1 Statistics of target dose distribution parameters(Mean±SD,Gy)

1表示CK計劃；2表示DMLC-ⅠMRT計劃；3表示DCA計劃

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表2列出了靶區(qū)劑量覆蓋參數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)。CK 計劃具有較好的CⅠ（CⅠ=0.82±0.04），但HⅠ（HⅠ=0.42±0.11）最差。處方劑量21 Gy覆蓋的體積用參數(shù)V100%表示，DMLC-ⅠMRT、DCA 計劃相較于CK 計劃沒有顯著性差異；DMLC-ⅠMRT 計劃具有與CK 計劃相當?shù)陌袇^(qū)CⅠ（CⅠ=0.80±0.07）（P=0.24），而且具有較好的HⅠ（0.28±0.13）（P=0.00），DCA 計劃CⅠ（0.69±0.09）最低，但HⅠ（0.33±0.11）優(yōu)于CK計劃。

表2 靶區(qū)劑量覆蓋參數(shù)統(tǒng)計表Tab.2 Statistics of target dose coverage parameters

2.3 靶區(qū)外劑量跌落情況

從表2 的GⅠ可以看出，CK 計劃的靶區(qū)外劑量跌落更具優(yōu)勢，但相較于DCA 計劃無統(tǒng)計學意義（P=0.06）。

在PTV 體積位于1.69～48.55 cm3內(nèi)對各計劃組靶區(qū)外劑量跌落情況分析發(fā)現(xiàn)，當PTV 體積較小時CK 計劃的靶區(qū)外劑量跌落優(yōu)勢更為明顯，而隨著靶區(qū)體積的增大，3 種技術體現(xiàn)出逐漸趨于一致的趨勢，如圖2所示。

圖2 靶區(qū)體積與劑量梯度（GI）的關系Fig.2 Relationship between target volume and dose gradient index

2.4 計劃實施效率

在計劃實施時間上，CK 計劃的治療時間最長［（38.76±5.60）min］，與DMLC-ⅠMRT 計劃［（16.94±1.50）min］和DCA 計劃［（12.67±0.52）min］都有顯著性差異（P=0.00/0.00）。

3 討論

基于直線加速器的SRS 設備在腫瘤放療臨床中已有廣泛應用，特別是在顱腦腫瘤的立體定向放療應用［16-17］，由于其技術應用的極大靈活性，相較于過去常規(guī)的伽馬刀治療具有一定的優(yōu)勢［18］。而微型多葉準直器作為一種較為靈活的射束成形技術，可以在提高靶區(qū)適形度的同時實現(xiàn)對危及器官的更好保護，以此為基礎的一些新的放療技術已開始應用于臨床［19］。研究顯示，D2SRS-MLC 等中心2 mm 厚度的準直器葉片相較于常規(guī)加速器準直器具有顯著的劑量優(yōu)勢［5］。而CK作為一種新型的立體定向放射治療技術，利用非等中心及非共面圓形射野技術來治療腫瘤，通過大量的不同大小射束，多個節(jié)點、多個入射方向及逆向計劃的配合使用，能夠達到較高的靶區(qū)適形度，但由于設備昂貴，能開展的單位較少。本研究以D2SRS-MLC 系統(tǒng)在腦轉(zhuǎn)移瘤立體定向放療中應用研究為基礎，通過與CK 的比較分析其臨床實施的可行性，也為相關單位基于此種技術開展SRS提供參考。

相關研究顯示，靶區(qū)外低劑量區(qū)的體積與SRS的并發(fā)癥呈正相關［20］，因此SRS 在臨床實施過程中對于靶區(qū)劑量適形度與靶區(qū)外的劑量跌落有著較高的要求，以最大可能減少由于大分割治療對靶區(qū)周圍正常組織造成的損傷。而靶區(qū)適形度主要依靠準直器對射束的準直和調(diào)制來實現(xiàn)［21］，本研究中DMLC-ⅠMRT 技術采用了共面與非共面射野相結(jié)合的辦法有效提高了靶區(qū)適形度，并且實現(xiàn)了與CK 技術相當?shù)乃剑委煏r間較DCA 技術顯著增加。DCA 技術在實施過程中以機架每10°為一個節(jié)點對靶區(qū)形狀進行準直適形，雖然靶區(qū)適形度有所下降，但卻得到了相較于DMLC-ⅠMRT 技術更好的靶區(qū)外劑量跌落。

綜上所述，3 種計劃均能實現(xiàn)處方劑量要求且CK 具有更好的靶區(qū)適形度，靶區(qū)外劑量跌落方面DCA 計劃優(yōu)于DMLC-ⅠMRT 計劃 且接近CK 計劃水平，但在實施效率上兩種D2SRS 計劃具有明顯優(yōu)勢，能夠在腦轉(zhuǎn)移瘤放療中更為高效地實現(xiàn)對腫瘤靶區(qū)的均勻照射，具有一定的臨床應用價值。