基于國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口精確放療設(shè)備在原發(fā)性肝癌與胰腺癌的臨床劑量學(xué)評(píng)價(jià)研究

叢小虎，宋偉男，解傳濱，戴相昆，石楠，李學(xué)源，曲寶林，徐壽平

1. 青島市中心醫(yī)院 放射物理科，山東 青島 266042；2. 解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心 放射治療科，北京 100853；3. 解放軍第960醫(yī)院 腫瘤治療中心，山東 淄博 255300

引言

放射治療是腫瘤治療的重要手段之一。有統(tǒng)計(jì)顯示我國(guó)腫瘤發(fā)病率逐年上升，據(jù)統(tǒng)計(jì)約60%～70%腫瘤患者需在治療的不同時(shí)期接受放射治療[1-2]。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)高端放療直線加速器市場(chǎng)一直被進(jìn)口醫(yī)療設(shè)備壟斷。進(jìn)口醫(yī)療設(shè)備價(jià)格昂貴，使用維修成本高[3]。自1970年以來(lái)，國(guó)產(chǎn)放療設(shè)備經(jīng)過(guò)四十多年發(fā)展也有了長(zhǎng)足進(jìn)步，目前其在功能上已經(jīng)能夠滿足基本臨床需求，可根據(jù)用戶的不同需求實(shí)現(xiàn)適形調(diào)強(qiáng)等放射治療技術(shù)。原發(fā)性肝癌和胰腺癌作為我國(guó)發(fā)病率較高的惡性腫瘤，放射治療是原發(fā)性肝癌和胰腺癌非手術(shù)治療的一種重要手段[4-5]。本研究依托于國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“數(shù)字診療裝備研發(fā)”專項(xiàng)，對(duì)分別采用國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口精確放療設(shè)備對(duì)患者精確放療計(jì)劃進(jìn)行比較分析，并對(duì)完成計(jì)劃進(jìn)行劑量驗(yàn)證的工作。初步評(píng)價(jià)國(guó)產(chǎn)及進(jìn)口精確放療設(shè)備，評(píng)估國(guó)產(chǎn)精確放療設(shè)備臨床應(yīng)用是否能夠滿足臨床需求。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性選取2015年1月到2017年6月在解放軍總醫(yī)院行放療的小肝癌（腫瘤直徑小于5 cm）、大肝癌（腫瘤直徑大于5 cm）、胰腺癌患者CT圖像各60例，患者年齡分布37～87歲，中位年齡62歲。選取的每個(gè)病種病例均由同一醫(yī)生負(fù)責(zé)靶區(qū)和危及器官勾畫(huà)。

1.2 儀器設(shè)備

本研究CT圖像掃描采用64排西門(mén)子放療專用大孔徑定位CT（Siemens，德國(guó)）；將計(jì)劃根據(jù)采用加速器不同分為國(guó)產(chǎn)組和進(jìn)口組。進(jìn)口組采用Clinac iX加速器（Varian，美國(guó)）、Pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)（Ver 10.0，Philips，荷蘭）、ArcCheck（SunNuclear，美國(guó)）驗(yàn)證設(shè)備；國(guó)產(chǎn)組放療設(shè)備采用課題合作醫(yī)院的新華XHA600E（Shinva，中國(guó)）、Prowess計(jì)劃系統(tǒng)（Ver 5.51，Prowess，美國(guó)）、Matrixx（IBA，比利時(shí)）。兩家醫(yī)院具體配置情況，見(jiàn)表1。

表1 兩家醫(yī)院放療科設(shè)備配置情況

1.3 定位方式

所有病例體位固定采用定位體板加熱塑體模固定，患者仰臥雙手放于頭頂。圖像掃描采用Siemens放療專用大孔徑模擬定位CT。靶區(qū)及危及器官的勾畫(huà)均在Pinnacle醫(yī)生工作站完成，其它需勾畫(huà)危及器官包括肝臟、脊髓、十二指腸等。勾畫(huà)需經(jīng)上級(jí)醫(yī)生批準(zhǔn)后方可傳至計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)。

1.4 計(jì)劃設(shè)計(jì)

進(jìn)口組計(jì)劃采用Pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)。所有IMRT計(jì)劃均采用五野靜態(tài)調(diào)強(qiáng)方式，射野根據(jù)腫瘤位置和大小進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，布野原則要求確保至少一部分正常肝體積接受盡可能低的劑量。參數(shù)設(shè)置最大子野數(shù)目50、最小子野面積6 cm2、最小子野跳數(shù)6 MU。將CT圖像和勾畫(huà)導(dǎo)至課題合作醫(yī)院進(jìn)行國(guó)產(chǎn)組IMRT計(jì)劃設(shè)計(jì)。國(guó)產(chǎn)組計(jì)劃設(shè)計(jì)采用與進(jìn)口組計(jì)劃相同射野角度。其他優(yōu)化參數(shù)保持一致，盡量減少外在因素影響對(duì)照組計(jì)劃質(zhì)量。靶區(qū)處方劑量60 Gy/28F，靶區(qū)最大劑量要求小于處方劑量107%；至少95%靶區(qū)體積接受60 Gy；脊髓：Dmax＜45 Gy，肝臟 ：V30＜60% ；腎 V20＜20% ；小腸 ：V40＜30%，V55＜1cc；十二指腸 V55＜1cc；胃 V55＜1cc等。

1.5 計(jì)劃評(píng)估

治療計(jì)劃設(shè)計(jì)完成后比較采用不同設(shè)備計(jì)劃的靶區(qū)及危及器官參數(shù)差異。采用適形度指數(shù)（Conformal Index，CI）、均勻性指數(shù)（Homogeneity Index，HI）對(duì)靶區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)[6-7]。CI定義 ：CI=（TVPV×TVPV）/(TV×PV)。其中TVPV代表計(jì)劃靶區(qū)所占處方劑量的體積，TV代表計(jì)劃給予處方劑量的靶區(qū)體積，PV代表處方劑量所包含的總體積。靶區(qū)CI值越接近1，代表計(jì)劃靶區(qū)的適形度越好。HI定義：HI=(D2%-D98%)/D50%。式中D2%是指2%靶區(qū)體積對(duì)應(yīng)的照射劑量；D98%為98%靶區(qū)體積對(duì)應(yīng)照射劑量。靶區(qū)HI值越小，越接近0，表示計(jì)劃靶區(qū)的均勻度越好。評(píng)估采用不同設(shè)備計(jì)劃病例正常組織危及器官受照劑量差異。

1.6 劑量驗(yàn)證

在保證國(guó)產(chǎn)組和進(jìn)口組加速器在機(jī)械特性和束流特性均滿足日常檢測(cè)要求前提下，分別對(duì)兩組計(jì)劃進(jìn)行劑量驗(yàn)證工作。進(jìn)行劑量學(xué)驗(yàn)證之前，需先對(duì)加速器6 MV X線進(jìn)行劑量標(biāo)定，保證其靜態(tài)輸出劑量偏差在1%以內(nèi)。兩組研究中采用的劑量驗(yàn)證設(shè)備分別為IBA公司Matrixx二維矩陣驗(yàn)證系統(tǒng)和SunNuclear公司ArcCheck矩陣驗(yàn)證系統(tǒng)。兩種驗(yàn)證設(shè)備使用之前均需經(jīng)劑量校準(zhǔn)，使得兩組設(shè)備劑量測(cè)量結(jié)果保持一致。國(guó)產(chǎn)組加速器劑量驗(yàn)證采用Matrixx二維矩陣驗(yàn)證系統(tǒng)，需將QA計(jì)劃需將IMRT計(jì)劃移植到模體上，并歸一機(jī)架角度、準(zhǔn)直器角度、治療床角為0°再進(jìn)行劑量計(jì)算。進(jìn)口組加速器劑量驗(yàn)證采用ArcCheck矩陣驗(yàn)證系統(tǒng)，將IMRT計(jì)劃移植到ArcCheck驗(yàn)證模體CT圖像上直接進(jìn)行劑量計(jì)算得出劑量分布。通過(guò)驗(yàn)證軟件分別與測(cè)量劑量分布比較。劑量差異分析均采用Gamma分析方法。距離誤差和劑量誤差分別為3 mm/3%，閾值水平為10%，Gamma通過(guò)率≥90%符合臨床要求。記錄分析兩組計(jì)劃劑量驗(yàn)證結(jié)果。

1.7 統(tǒng)計(jì)方法

采用SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,數(shù)據(jù)結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，兩組劑量學(xué)數(shù)據(jù)行配對(duì)t檢驗(yàn)分析，P＜0.05表示結(jié)果具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)比較分析

國(guó)產(chǎn)組和進(jìn)口組計(jì)劃三個(gè)病種靶區(qū)劑量學(xué)比較結(jié)果，見(jiàn)表2。通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)小肝癌、大肝癌患者HI國(guó)產(chǎn)組均值略優(yōu)于進(jìn)口組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05）。CI比較均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。

表2 兩組計(jì)劃靶區(qū)劑量學(xué)比較

2.2 危及器官比較分析

國(guó)產(chǎn)組和進(jìn)口組計(jì)劃三個(gè)病種危及器官劑量學(xué)比較結(jié)果，見(jiàn)表3。對(duì)于三個(gè)病種計(jì)劃國(guó)產(chǎn)組和進(jìn)口組計(jì)劃肝臟V10、V30比較均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。

表3 兩組計(jì)劃危及器官劑量學(xué)比較

對(duì)于小肝癌、大肝癌計(jì)劃進(jìn)口組肝臟Dmean顯著低于國(guó)產(chǎn)組計(jì)劃（P＜0.05）。對(duì)小肝癌病種國(guó)產(chǎn)組脊髓最大量顯著低于進(jìn)口組（P＜0.05），十二指腸最大劑量比較均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。

2.3 劑量驗(yàn)證分析

Gamma分析結(jié)果顯示國(guó)產(chǎn)組和進(jìn)口組計(jì)劃三個(gè)病種通過(guò)率均能滿足大于90%，且Gamma通過(guò)率均值均在95%以上（表4）。

表4 兩組計(jì)劃劑量驗(yàn)證通過(guò)率比較（%）

3 討論

原發(fā)性肝癌是目前我國(guó)第4位常見(jiàn)惡性腫瘤及第2位腫瘤致死病因，嚴(yán)重威脅我國(guó)人民的生命和健康[8-9]。中國(guó)肝癌的分期方案Ia、部分Ib期肝癌病人，如無(wú)手術(shù)切除或局部消融治療適應(yīng)證或不愿接受有創(chuàng)治療，可考慮采用肝癌立體定向放療作為替代治療手段，據(jù)報(bào)道其生存時(shí)間與手術(shù)切除或局部消融治療類似[10-11]。胰腺癌發(fā)病率呈快速上升趨勢(shì)。2017年美國(guó)癌癥協(xié)會(huì)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，美國(guó)胰腺癌新發(fā)病例數(shù)居惡性腫瘤死亡率第4位[12]。中國(guó)國(guó)家癌癥中心最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)也顯示，胰腺癌位列中國(guó)城市男性惡性腫瘤發(fā)病率的第8位，居北京市和上海市人群惡性腫瘤死亡率的第5位[13-14]。冀天楠等[15]通過(guò)比較國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口鼻咽癌精確放療設(shè)備的臨床劑量學(xué)差異,發(fā)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口精確放療設(shè)備在鼻咽癌根治性放療方面其通過(guò)率及劑量學(xué)均能達(dá)到臨床要求，國(guó)產(chǎn)精確放療設(shè)備可以滿足鼻咽癌根治性放療的需要。鑒于原發(fā)性肝癌、胰腺癌國(guó)內(nèi)高發(fā)病率，研究原發(fā)性肝癌、胰腺癌國(guó)產(chǎn)化解決方案具有重要意義。

馬蕾杰等[16]對(duì)XHA600E型國(guó)產(chǎn)數(shù)字化加速器進(jìn)行性能檢測(cè)與對(duì)比評(píng)價(jià)，并和進(jìn)口加速器瓦里安Unique機(jī)械參數(shù)和束流特性進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果顯示國(guó)產(chǎn)設(shè)備各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，等中心精度、平坦度、對(duì)稱性等參數(shù)和瓦里安Unique加速器差別不大，研究認(rèn)為XHA600E是基層醫(yī)療單位更新?lián)Q代的理想選擇。本研究涉及精確放射治療設(shè)備檢測(cè)結(jié)果均滿足國(guó)標(biāo)要求。計(jì)劃劑量驗(yàn)證前均進(jìn)行輸出劑量測(cè)量，滿足偏差＜±1%要求方可進(jìn)行后續(xù)工作。

本研究通過(guò)國(guó)產(chǎn)組、進(jìn)口組的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)兩組設(shè)備完成計(jì)劃均能滿足臨床要求。其中對(duì)于原發(fā)性肝癌病例，國(guó)產(chǎn)組靶區(qū)HI優(yōu)于進(jìn)口組。所有計(jì)劃均能滿足靶區(qū)最大劑量小于處方劑量107%，均滿足臨床要求。三個(gè)病種國(guó)產(chǎn)組、進(jìn)口組靶區(qū)CI均值相近。對(duì)于入組患者危及器官劑量學(xué)比較顯示，國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口設(shè)備均能使危及器官滿足臨床限量要求。對(duì)于原發(fā)性肝癌病例肝臟重點(diǎn)劑量學(xué)參數(shù)V10、V30比較均沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。但肝臟平均劑量比較進(jìn)口組均顯著低于國(guó)產(chǎn)組。分析原因?yàn)檫M(jìn)口組計(jì)劃系統(tǒng)采用Pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)，優(yōu)化過(guò)程中可以采用優(yōu)化參數(shù)等效均勻劑量（Equivalent Uniform Dose，EUD）。當(dāng)EUD優(yōu)化過(guò)程生物特性參數(shù)a=1時(shí)，可用于肺、肝、腮腺等“并型”的正常組織器官的保護(hù)[17]。通過(guò)限制肝臟最大EUD參數(shù)可以更有效的控制肝臟平均劑量。放射性肝病（RT-induced Liver Disease，RILD）是肝臟器官放療過(guò)程中接受過(guò)量X射線照射后產(chǎn)生的放療嚴(yán)重并發(fā)癥之一。有研究指出正常肝組織平均劑量可有效預(yù)測(cè)放射性肝炎的發(fā)生概率[18]。從本研究原發(fā)性肝癌兩種技術(shù)劑量學(xué)比較結(jié)果可以看出進(jìn)口組計(jì)劃肝臟平均劑量普遍低于國(guó)產(chǎn)組。這與進(jìn)口加速器配備優(yōu)化參數(shù)更全面、性能優(yōu)化更優(yōu)的計(jì)劃系統(tǒng)有關(guān)系。研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)組Prowess計(jì)劃系統(tǒng)為了得到更好的劑量?jī)?yōu)化效果并不建議設(shè)置最小MU限制。這造成劑量驗(yàn)證過(guò)程中國(guó)產(chǎn)組個(gè)別驗(yàn)證計(jì)劃存在子野MU過(guò)小計(jì)劃不能執(zhí)行的情況，刪除小子野再重新計(jì)算劑量可解決此類問(wèn)題。陳吉祥等[19]研究發(fā)現(xiàn)進(jìn)口設(shè)備大部分使用自己公司配套的計(jì)劃系統(tǒng)（占65.4%），而國(guó)產(chǎn)加速器則趨于多樣化（同一品牌加速器使用的計(jì)劃系統(tǒng)各不相同），增加了維護(hù)和使用難度。國(guó)產(chǎn)設(shè)備應(yīng)加大軟件研發(fā)力度或者與進(jìn)口設(shè)備融合發(fā)展，更好地發(fā)揮國(guó)產(chǎn)放療設(shè)備的執(zhí)行性能。

根據(jù)張燁等[20]對(duì)中國(guó)大陸地區(qū)放療人員和設(shè)備基本情況調(diào)查研究顯示截至2018年底中國(guó)大陸地區(qū)放療單位共1463家，共有直線加速器2021臺(tái)（含進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)）。每百萬(wàn)人口僅1.5臺(tái)，低于WHO標(biāo)準(zhǔn)2～4臺(tái)/百萬(wàn)人口。提示我國(guó)放療資源的不充分亟需加快放射治療專業(yè)發(fā)展，增加放療設(shè)備的配置數(shù)量，提升治療能力和技術(shù)水平。大力推廣及應(yīng)用國(guó)產(chǎn)精確放療設(shè)備是一個(gè)很好的解決方案，國(guó)產(chǎn)加速器購(gòu)置價(jià)格、維修成本均低于進(jìn)口加速器。但部分國(guó)產(chǎn)放療設(shè)備和進(jìn)口設(shè)備相比較功能還不夠完善。以本研究采用的XHA600E加速器為例，目前僅支持單曝光正交位置驗(yàn)證，其EPID軟件界面簡(jiǎn)單，圖像匹配方式相對(duì)單一，且目前只能實(shí)現(xiàn)常規(guī)普放、3DCRT、IMRT技術(shù)等。不過(guò)據(jù)悉不久上市最新XHA600E已全面支持容積調(diào)強(qiáng)技術(shù)，并可進(jìn)行CBCT圖像在線配準(zhǔn)，這些新功能的引入將縮小國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口精確放療設(shè)備的差距。另外本研究發(fā)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)放療設(shè)備信息化管理網(wǎng)絡(luò)相比于進(jìn)口設(shè)備采用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如醫(yī)科達(dá)MOSAIQ、瓦里安ARIA等功能相對(duì)單一。本研究涉及劑量驗(yàn)證設(shè)備也均為進(jìn)口設(shè)備。這些不足都給國(guó)內(nèi)精確放療設(shè)備廠家指出了發(fā)展方向，應(yīng)加大相關(guān)研發(fā)投入，使國(guó)產(chǎn)放療設(shè)備更好的滿足醫(yī)療單位需求。

綜上所述，通過(guò)本研究對(duì)國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口精確放療設(shè)備在原發(fā)性肝癌與胰腺癌應(yīng)用的對(duì)比，國(guó)產(chǎn)放療設(shè)備XHA600E能夠完成常規(guī)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃設(shè)計(jì)與執(zhí)行，其計(jì)劃質(zhì)量與劑量驗(yàn)證結(jié)果與進(jìn)口設(shè)備保持了良好的一致性。國(guó)產(chǎn)放療設(shè)備成本相對(duì)進(jìn)口放療設(shè)備更具有優(yōu)勢(shì)，更適合一些購(gòu)置預(yù)算有限、開(kāi)展常規(guī)放療技術(shù)為主的相關(guān)醫(yī)療單位引進(jìn)。此外國(guó)產(chǎn)放療設(shè)備應(yīng)完善系統(tǒng)硬件和軟件的功能開(kāi)發(fā)，對(duì)標(biāo)國(guó)際先進(jìn)精確放射治療設(shè)備，這將有助于改善國(guó)內(nèi)放射治療行業(yè)設(shè)備發(fā)展不充分現(xiàn)狀。