魏夏平，蘇潔洪，黃小偉，王小深，王興柳，張震，劉葉明，黃明超

1.廣州中醫(yī)藥大學(xué)金沙洲醫(yī)院腫瘤放射治療中心，廣東 廣州 510080；2.東莞理工學(xué)院科學(xué)技術(shù)處，廣東 東莞 523808；3.瓦里安醫(yī)療系統(tǒng)公司，北京 100176

前言

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)乳腺癌發(fā)病率不斷增高，是威脅廣大女性健康的惡性疾病。放射治療在乳腺癌的治療過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，乳腺癌的放射治療不僅能夠降低腫瘤復(fù)發(fā)率，而且還能進(jìn)一步提升患者生存率［1-3］。隨著放射治療技術(shù)的發(fā)展，乳腺癌的放射治療方法也在不斷進(jìn)步。從早期的普放技術(shù)，到三維適形技術(shù)再到當(dāng)前廣泛使用的調(diào)強(qiáng)放射治療（Intensity-Modulated Radiation Therapy,IMRT）技術(shù)，使得乳腺癌放療中，危及器官的照射劑量不斷降低，靶區(qū)劑量更加均勻，并且能夠進(jìn)一步提高靶區(qū)放療劑量［4-6］。包含鎖骨上靶區(qū)的乳腺癌計(jì)劃對(duì)物理師/劑量師的計(jì)劃設(shè)計(jì)水平要求較高，不同的計(jì)劃設(shè)計(jì)方法存在較大的劑量學(xué)差異。如使用切線野或者靶區(qū)入射角度的均分野，危及器官接受劑量則存在較大差異［7］；使用基于輪廓優(yōu)化技術(shù)的正向調(diào)強(qiáng)方法能得到較好的劑量分布［8］；固定鉛門技術(shù)和鉛門跟隨技術(shù)可以進(jìn)一步降低危及器官劑量［9-11］；此外仍可以通過(guò)分段布野的方式進(jìn)行放療計(jì)劃設(shè)計(jì)，能夠減少心臟和患側(cè)肺劑量［12］；常規(guī)加速器乳腺癌計(jì)劃設(shè)計(jì)方法多樣，且設(shè)計(jì)方法的不同可能導(dǎo)致較大的劑量學(xué)差異。

Halcyon 加速器為瓦里安新一代智慧放療平臺(tái)，其設(shè)計(jì)與常規(guī)加速器存在較大差異。Halcyon 具有雙層多葉準(zhǔn)直器（Multi-Leaf Collimator,MLC）錯(cuò)位設(shè)計(jì)，其射線漏射極小，且具有很高的治療安全性［13］。且Halcyon 在乳腺癌放療中應(yīng)用廣泛，具有很高的束流效率［14-19］。本研究基于Halcyon加速器平臺(tái)探索一種固定模式的IMRT 計(jì)劃設(shè)計(jì)方法，減少物理師/劑量師的計(jì)劃經(jīng)驗(yàn)對(duì)放射治療計(jì)劃的影響，提高乳腺癌計(jì)劃設(shè)計(jì)效率。

1 材料和方法

1.1 患者信息

回顧性選取10 例包含鎖骨上區(qū)域的乳腺癌患者，計(jì)劃處方為計(jì)劃靶區(qū)（Plan Target Volume,PTV）50 Gy/25 F。10 例患者均采用容積弧形調(diào)強(qiáng)治療（Volumetric Modulated Arc Therapy,VMAT）技術(shù)，使用瓦里安公司TrueBeam 醫(yī)用直線加速器完成治療（TrueBeam_VMAT 計(jì)劃）?，F(xiàn)將這10 例患者在Halcyon 加速器平臺(tái)上重新進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)（HAL_IMRT計(jì)劃），并與原治療計(jì)劃進(jìn)行對(duì)比。

1.2 Halcyon加速器平臺(tái)

Halcyon加速器為瓦里安新一代智慧放療系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)與常規(guī)加速器存在較大差異。如圖1所示，Halcyon加速器采用環(huán)形機(jī)架設(shè)計(jì)，且使用雙層MLC設(shè)計(jì)，加速器治療機(jī)架旋轉(zhuǎn)達(dá)到2圈/min，MLC葉片運(yùn)行速度達(dá)到5 cm/s，劑量率達(dá)800 MU/min，相對(duì)于常規(guī)加速器治療速度更快且實(shí)際臨床操作更加便捷。

圖1 Halcyon加速器構(gòu)造Figure 1 Overview of Halcyon accelerator

1.3 計(jì)劃設(shè)計(jì)方法

Halcyon 乳腺癌計(jì)劃布野方式如圖2所示，射野數(shù)量為12 個(gè)射野，角度采用患側(cè)均分原則。如左側(cè)乳腺癌計(jì)劃設(shè)計(jì)布野從機(jī)架角160°的切線野開始以20°遞減，直到機(jī)架角300°切線野為止；右側(cè)乳腺癌計(jì)劃設(shè)計(jì)則從機(jī)架角200°切線野開始以20°遞增，直到機(jī)架角60°切線野為止。

圖2 Halcyon乳腺癌計(jì)劃布野方式Figure 2 Field arrangement of Halcyon-based IMRT plan of breast cancer

勾畫一個(gè)輔助結(jié)構(gòu)block，目的是使用該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)MLC運(yùn)動(dòng)的限制，盡量保護(hù)肺組織。如圖3所示，A標(biāo)志線表示Block左側(cè)區(qū)域到此線附近，B標(biāo)志線表示Block右側(cè)區(qū)域到此標(biāo)志線附近，原則上不超出肺部區(qū)域；C和D標(biāo)志線表示Block區(qū)域長(zhǎng)軸方向和PTV長(zhǎng)軸方向相同；E表示Block區(qū)域和PTV區(qū)域距離為3 cm（此距離可根據(jù)計(jì)劃難度進(jìn)行調(diào)整，本研究均采用3 cm）。

圖3 輔助結(jié)構(gòu)勾畫方法Figure 3 Auxiliary structure delineation

計(jì)劃優(yōu)化方法與IMRT 計(jì)劃優(yōu)化方法相同，但是Block區(qū)域采用瓦里安Eclipse放射治療計(jì)劃系統(tǒng)特有的Entry+Exit功能。該功能可以將穿過(guò)Block結(jié)構(gòu)的所有射束的通量設(shè)置為0，限制射線從此區(qū)域通過(guò)。其余靶區(qū)及危及器官均按照常規(guī)優(yōu)化條件進(jìn)行添加，并開始優(yōu)化。由于乳腺癌腫瘤位置位于前側(cè)體表，因此在放射治療過(guò)程中存在呼吸動(dòng)度問(wèn)題，為避免在治療過(guò)程中由于患者呼吸導(dǎo)致的靶區(qū)漏照，需要在射野外進(jìn)行MLC外擴(kuò)。針對(duì)IMRT計(jì)劃使用Skin Flash Tool工具，將切線野外緣MLC葉片進(jìn)行外擴(kuò)，再使用該工具完成葉片外擴(kuò)后，若劑量出現(xiàn)較大偏差，則直接繼續(xù)優(yōu)化，無(wú)需修改任何優(yōu)化參數(shù)。對(duì)于優(yōu)化后的熱點(diǎn)處理使用Edit fluence功能，將高劑量點(diǎn)區(qū)域通量進(jìn)行修改，以消除熱點(diǎn)區(qū)域。

1.4 計(jì)劃比較

將HAL_IMRT 計(jì)劃與TrueBeam_VMAT 計(jì)劃行劑量學(xué)比較，分別比較PTV、患側(cè)肺、健側(cè)肺、健側(cè)乳腺、脊髓、心臟的相關(guān)劑量學(xué)參數(shù)，如表1所示。

表1 對(duì)比參數(shù)列表Table 1 Comparison parameters

適形度指數(shù)（Conformity Index,CI）和均勻性指數(shù)（Homogeneous Index,HI）公式如下：

其中，VT為靶區(qū)體積；VPrep為處方劑量包含所有組織體積；Vt,Prep為處方劑量包含靶區(qū)體積；D2為靶區(qū)2%體積對(duì)應(yīng)的劑量；D98為靶區(qū)98%體積對(duì)應(yīng)的劑量。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS V19.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果以M（Q1,Q3）表示，且所有數(shù)據(jù)均使用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)，P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

HAL_IMRT 計(jì)劃與TrueBeam_VMAT 計(jì)劃劑量學(xué)對(duì)比如表2所示。PTV 方面：CI、HI、D2、D98均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05），但HAL_IMRT 計(jì)劃的Dmax高于TrueBeam_VMAT 計(jì)劃。危及器官方面：患側(cè)肺及健側(cè)乳腺HAL_IMRT 計(jì)劃明顯優(yōu)于TrueBeam_VMAT計(jì)劃，HAL_IMRT 計(jì)劃健側(cè)肺的 V5優(yōu)于TrueBeam_VMAT 計(jì)劃（P＜0.05）；心臟、健側(cè)肺的Dmean以及脊髓的Dmax沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。

表2 劑量學(xué)參數(shù)對(duì)比［M（Q1,Q3）］Table 2 Comparison of dosimetric parameters［M(Q1,Q3)］

圖4為HAL_IMRT 計(jì)劃和TrueBeam_VMAT 計(jì)劃?rùn)M斷面劑量分布對(duì)比圖，其中粉色加粗的劑量線為20 Gy的劑量線，橙色的為10 Gy劑量線、白色的為5 Gy 劑量線。HAL_IMRT 計(jì)劃的劑量線更貼近胸壁，患側(cè)肺的受照量更低。圖5、圖6為冠狀面和矢狀面的劑量分布對(duì)比，可以觀察到同樣的劑量分布結(jié)果，HAL_IMRT 計(jì)劃在患側(cè)肺的保護(hù)要明顯優(yōu)于TrueBeam_VMAT計(jì)劃。

圖4 橫斷面劑量分布對(duì)比圖Figure 4 Comparison of transversal dose distribution

圖5 冠狀面劑量分布對(duì)比圖Figure 5 Comparison of coronal dose distribution

圖6 矢狀面劑量分布對(duì)比圖Figure 6 Comparison of sagittal dose distribution

3 討論

Halcyon 為環(huán)形加速器，將所有束流設(shè)備集成安裝在環(huán)形機(jī)架上，使其治療時(shí)機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度大大提升，錐形束計(jì)算機(jī)斷層成像（Cone Beam Computed Tomography,CBCT）掃描時(shí)間最短縮短至15 s，治療時(shí)機(jī)架轉(zhuǎn)速達(dá)24°/s，可實(shí)現(xiàn)治療計(jì)劃完全自動(dòng)執(zhí)行，Halcyon的MLC 葉片運(yùn)動(dòng)速度也提升至5 cm/s，劑量率達(dá)到800 MU/min，使得患者的治療速度大幅度提升，因此即使治療計(jì)劃設(shè)置多個(gè)射野也能夠快速完成治療［14-15,18-19］。同時(shí)，Halcyon 加速器采用雙層MLC錯(cuò)位設(shè)計(jì)（如圖1a），摒棄鉛門，該設(shè)計(jì)能夠極大地減少葉片間漏射。

Halcyon 加速器在乳腺癌中已進(jìn)行常規(guī)使用，相對(duì)于C 型加速器同樣具有良好的劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)［14-15］，且治療時(shí)間明顯縮短［14,16-18］。但是在乳腺癌計(jì)劃的設(shè)計(jì)中，由于Halcyon 沒有鉛門，無(wú)法實(shí)現(xiàn)鎖鉛門技術(shù)，會(huì)導(dǎo)致射野路徑方向的危及器官劑量升高（如該乳腺癌病種，患側(cè)肺劑量升高）；為避免該問(wèn)題，本研究使用優(yōu)化界面的avoidance structure 工具，減少危及器官劑量。基于Halcyon 加速器設(shè)計(jì)的固有因素，本研究乳腺癌計(jì)劃采用固定的計(jì)劃設(shè)計(jì)模式，對(duì)于乳腺癌計(jì)劃設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)較少的物理師具有很好的幫助。Halcyon 加速器不具備呼吸監(jiān)測(cè)功能，無(wú)法實(shí)現(xiàn)深吸氣屏氣或者主動(dòng)呼吸控制治療方法［20-24］，因此計(jì)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中同樣需要考慮到呼吸運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，計(jì)劃優(yōu)化完成后使用skin flash tool 對(duì)射野通量進(jìn)行皮膚外擴(kuò)展，形成靶區(qū)外MLC的擴(kuò)展［25］。

關(guān)于乳腺癌計(jì)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中高劑量點(diǎn)問(wèn)題，常規(guī)方法可以通過(guò)勾畫出高劑量區(qū)域，在優(yōu)化界面進(jìn)行限制，或者通過(guò)手動(dòng)修改MLC 實(shí)現(xiàn)高劑量區(qū)域縮?。?6］?；贓clipse計(jì)劃系統(tǒng)的乳腺癌計(jì)劃設(shè)計(jì)容易產(chǎn)生體積較小的高劑量點(diǎn)，使用編輯通量的方式，對(duì)不同射野方向高劑量區(qū)域通量值進(jìn)行修改，達(dá)到降低高劑量的作用。

PTV 的CI及HI均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但是最大劑量點(diǎn)TrueBeam_VMAT 計(jì)劃優(yōu)于HAL_IMRT 計(jì)劃，其原因可能在于計(jì)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中為更好地保護(hù)危及器官，Block 輔助結(jié)構(gòu)距離靶區(qū)較近，導(dǎo)致優(yōu)化過(guò)程中高劑量點(diǎn)的出現(xiàn)。若要降低靶區(qū)最大點(diǎn)劑量則可嘗試擴(kuò)大Block 到靶區(qū)邊緣的距離，但是患側(cè)肺劑量會(huì)有所升高。HAL_IMRT 計(jì)劃的患側(cè)肺劑量明顯優(yōu)于常規(guī)加速器計(jì)劃，正是得益于Block 輔助結(jié)構(gòu)。計(jì)劃優(yōu)化時(shí)，任何射野通過(guò)該結(jié)構(gòu)時(shí)，Block 投影區(qū)域通量都為0，實(shí)現(xiàn)該區(qū)域在射野方向的MLC 完全遮擋。該功能保證有效射野均是相切于靶區(qū)方向，嚴(yán)格控制患側(cè)肺劑量。本研究使用12 個(gè)射野進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，射野數(shù)量較多，同樣可以使用較少的8 或者9 個(gè)射野進(jìn)行相關(guān)均分射野計(jì)劃設(shè)計(jì)，以達(dá)到類似劑量學(xué)結(jié)果。

使用射野方向遮擋的計(jì)劃設(shè)計(jì)方式相對(duì)于常規(guī)計(jì)劃設(shè)計(jì)具有更好的優(yōu)勢(shì)，雖然沒有鉛門進(jìn)行鎖野技術(shù)，但是葉片透射極低，能夠有效的避免葉片漏射導(dǎo)致的低劑量問(wèn)題。另一方面由于Halcyon 加速器的MLC 能夠完全在射野路徑上移動(dòng)，對(duì)于射野方向部分射野遮擋之后的偏心野問(wèn)題能夠很好的解決，而常規(guī)加速器則需要考慮鉛門運(yùn)動(dòng)范圍限制問(wèn)題。

結(jié)合文獻(xiàn)回顧，當(dāng)前階段乳腺癌計(jì)劃設(shè)計(jì)方法很多［7-11,14,18］。其中使用適形切線野結(jié)合IMRT 技術(shù)進(jìn)行混合計(jì)劃設(shè)計(jì)，可在保證治療穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)更好的劑量分布；單純使用IMRT 技術(shù)，不同的布野方式可能對(duì)計(jì)劃質(zhì)量造成較大的影響，因此對(duì)于經(jīng)驗(yàn)較少的物理師，乳腺癌IMRT 計(jì)劃設(shè)計(jì)具有很大挑戰(zhàn)；或者使用當(dāng)前流行的VMAT 技術(shù)進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，存在健側(cè)肺和健側(cè)乳腺的低劑量區(qū)問(wèn)題。本研究結(jié)合Halcyon 加速器的物理特性及Eclipse 計(jì)劃系統(tǒng)新版本特性，采用此固定的乳腺癌IMRT 計(jì)劃設(shè)計(jì)方法，能夠快速完成乳腺癌IMRT 計(jì)劃設(shè)計(jì)，并較好的滿足臨床要求。

4 結(jié)論

本研究提出的基于Halcyon 平臺(tái)的乳腺癌IMRT計(jì)劃設(shè)計(jì)方法能夠得到較好的臨床計(jì)劃結(jié)果，并且具有固定計(jì)劃設(shè)計(jì)模式，減少對(duì)物理師計(jì)劃設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的依賴，更好地應(yīng)用于乳腺癌計(jì)劃設(shè)計(jì)。