非小細(xì)胞肺癌三維適形放射治療與固定野動態(tài)調(diào)強(qiáng)放射治療的劑量學(xué)比較

郭芬，田偉（通信作者）

1 常德市第一中醫(yī)醫(yī)院（湖南常德 415000）；2 常德市第一人民醫(yī)院（湖南常德 415000）

2022年2月，國家癌癥中心發(fā)布的最新全國癌癥統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在所有惡性腫瘤中，肺癌的發(fā)病率和病死率均位居首位[1]。肺癌可分為小細(xì)胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC）和非小細(xì)胞肺癌（non small cell lung cancer，NSCLC）兩大類，其中NSCLC 約占所有肺癌的80%[2]。放射治療是不能耐受或不愿手術(shù)的NSCLC 患者的重要治療手段。目前，應(yīng)用較廣泛的放射治療技術(shù)包括三維適形放射治療（three dimensional-conformal radiation therapy，3D-CRT）和調(diào)強(qiáng)放射治療（intensity modulated radiation therapy，IMRT）。而固定野動態(tài)調(diào)強(qiáng)放射治療（fixed field dynamic IMRT，dIMRT）是一種動態(tài)IMRT 技術(shù)，可通過固定機(jī)架角，使多葉準(zhǔn)直器（multi leaf collimator，MLC）的運動與出束照射同時進(jìn)行，從而實現(xiàn)劑量強(qiáng)度的調(diào)制。該技術(shù)在胸部腫瘤的放射治療中應(yīng)用較廣，可在提高靶區(qū)照射劑量的同時，有效減少危及器官的受照射劑量。本研究擬在采用四維CT（four dimension-computed tomography，4D-CT）定位的NSCLC 放射治療中，比較3D-CRT 與dIMRT 的劑量學(xué)差異，為臨床選擇治療方案提供必要的依據(jù)，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

隨機(jī)選取2019年1月至2021年12月于常德市第一人民醫(yī)院接受放射治療的14例I～I(xiàn)IIB 期（根據(jù)美國癌癥聯(lián)合委員會AJCC 第八版分期標(biāo)準(zhǔn)）NSCLC患者。其中，男11例，女3例；年齡46～77歲，中位年齡60歲；鱗癌和腺癌各7例；I 期2例，Ⅱ期5例，Ⅲ期7例；計劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）體積63.7～531.4 cm3，中位體積197.3 cm3。

納入標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)病理檢查確診為NSCLC；分期為I～I(xiàn)IIB 期；卡氏功能狀態(tài)評分（Karnofsky performance status，KPS）>75分；呼吸頻率和幅度平穩(wěn)，能配合4D-CT 掃描；無法耐受手術(shù)或拒絕手術(shù)治療；知情研究內(nèi)容，簽署知情同意書。排除標(biāo)準(zhǔn)：嚴(yán)重心肺功能不全的患者；患有多種癌癥的患者；存在遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的患者。

1.2 方法

1.2.1 體位固定及CT 掃描

所有患者定位前均進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮粑?xùn)練，確保定位與分次間治療時呼吸的相對一致性，減少不規(guī)律呼吸運動造成的位置誤差；定位時患者取仰臥位，采用體部真空墊+熱縮胸膜+體部定位架固定；使用Siemens 40排大孔徑CT 模擬定位機(jī)及瓦里安呼吸運動管理系統(tǒng)行4D-CT 掃描，掃描上界為下頜骨上緣，下界為肝臟下緣3 cm處，掃描層厚為5 mm，包括0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%及90%共 10個時相序列圖像，最終在Eclipse 13.5治療計劃系統(tǒng)（treatment planning syste，TPS）上生成最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）圖像和平均密度投影（average intensity projection，AIP） 圖像。

1.2.2 靶區(qū)和危及器官勾畫及處方規(guī)定

參照國際輻射單位與測量委員會（International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU）的62號和83號報告，在MIP 圖像上勾畫內(nèi)靶區(qū)（internal taget volume，ITV），并基于ITV 在前后、左右方向外擴(kuò)5 mm，頭腳方向外擴(kuò)10 mm后，生成PTV；PTV 處方劑量為 50.4～66.0 Gy/28～30 f。在AIP 圖像上勾畫危及器官，包括全肺、對側(cè)肺、心臟、食管及脊髓，危及器官的劑量限值見表1。靶區(qū)外正常組織（normal tissue，NT）定義為體輪廓減去PTV，即靶區(qū)外的所有正常組織。

表1 危及器官的劑量限值

1.2.3 計劃設(shè)計

所有計劃均在Eclipse 13.5 TPS 上設(shè)計，直線加速器為Varian Trilogy，dIMRT 的實現(xiàn)方式為滑窗技術(shù)。根據(jù)靶區(qū)位置及大小，合理選擇射野方向，其中3D-CRT 采用3～4野，dIMRT 采用4～5野，射野角度基本一致，射線能量為6 MV。兩組計劃均由同一物理師根據(jù)相同的處方劑量及危及器官限量在AIP 圖像上執(zhí)行設(shè)計。

1.3 計劃評估

根據(jù)劑量-體積直方圖及斷面劑量圖評價計劃。（1）PTV 相關(guān)劑量學(xué)參數(shù)包括最大近似劑量D2%、中位劑量D50%、最小近似劑量D98%（分別為2%、50%、98%靶區(qū)體積的受照射劑量），平均劑量Dmean，V95%、V100%、V110%（分別為95%、100%、110%靶區(qū)處方劑量所包含的體積占靶區(qū)體積的百分比），以及均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI）、適形度指數(shù)（conformal index，CI）、梯度測量值（gradient measure，GM）；其中，HI=（D2%-D98%）/D50%，HI隨著計劃不均勻程度的增加而增大，理想值為0；CI=V100%/VPTV，式中VPTV表示PTV 的體積，CI 取值越接近1，適形度越好，該值可從Eclipse 13.5 TPS 中直接獲取；GM=R50%-R100%，式中R50%、R100%分別為50%、100%處方劑量的等效球半徑，該值可從Eclipse 13.5 TPS 中直接獲取。（2）危及器官相關(guān)劑量學(xué)參數(shù)包括全肺的V5、V10、V20、V30、V40（分別為接受≥5、10、20、30、40 Gy 劑量的肺體積占全肺體積的百分比）及平均劑量Dmean，對側(cè)肺的V5、V10、V15、V20、V30及平均劑量Dmean，心臟的V25、V30、V40及平均劑量Dmean，食管的V40、V45、V50及平均劑量Dmean和最大劑量Dmax，脊髓的平均劑量Dmean、最大劑量Dmax。（3）此外，還需比較兩種計劃的機(jī)器跳數(shù)（monitor unit，MU）和NT 的受照射劑量。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 PTV 相關(guān)劑量學(xué)參數(shù)

PTV 相關(guān)劑量學(xué)參數(shù)方面，兩種計劃均能滿足臨床要求，dIMRT 計劃的D2%、D98%、Dmean、V100%、V110%、HI、CI 均優(yōu)于3D-CRT 計劃，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），見表2。

表2 兩種計劃的PTV 相關(guān)劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

表2 兩種計劃的PTV 相關(guān)劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

注：3D-CRT 為三維適形放射治療，dIMRT 為固定野動態(tài)調(diào)強(qiáng)放射治療，HI 為均勻性指數(shù)，CI 為適形度指數(shù)，GM 為梯度測量值

參數(shù) 3D-CRT 計劃 dIMRT 計劃 t P D2%（cGy） 6 590.414±769.828 5 987.266±681.288 12.853 <0.001 D50%（cGy）5 809.329±1079.072 5 878.452±687.704 0.049 0.962 D98%（cGy）5 594.799±667.988 5 716.569±687.504 -4.539 0.001 Dmean（cGy）6 137.100±701.104 5 873.286±685.552 13.558 <0.001 V95%（%） 99.436±0.702 99.766±0.435 -1.546 0.146 V100%（%） 95.258±0.869 97.824±1.916 -4.833 <0.001 V110%（%） 26.750±13.667 0.000±0.000 7.323 <0.001 HI 0.176±0.059 0.047±0.021 7.558 <0.001 CI 1.743±0.286 1.226±0.150 7.028 <0.001 GM 2.206±0.529 2.322±0.693 -1.192 0.254

2.2 危及器官相關(guān)劑量學(xué)參數(shù)

危及器官相關(guān)劑量學(xué)參數(shù)方面，兩種計劃的全肺V5、V30、V40、Dmean，對側(cè)肺的V5，心臟的V40及脊髓的Dmean比較，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），其中3D-CRT 計劃的全肺和對側(cè)肺V5、脊髓Dmean優(yōu)于dIMRT 計劃，見表3。

表3 兩種計劃的危及器官相關(guān)劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

表3 兩種計劃的危及器官相關(guān)劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

注：3D-CRT 為三維適形放射治療，dIMRT 為固定野動態(tài)調(diào)強(qiáng)放射治療

參數(shù) 3D-CRT 計劃 dIMRT 計劃 t P全肺V5（%） 41.036±18.074 46.707±17.618 -3.183 0.007 V10（%） 29.505±12.455 30.905±12.987 -1.179 0.259 V20（%） 19.752±9.697 17.651±8.722 2.157 0.050 V30（%） 14.748±7.878 12.079±6.232 3.637 0.003 V40（%） 10.872±5.872 8.174±4.888 4.568 0.001 Dmean（cGy） 1 164.271±485.304 1 086.236±419.813 2.395 0.032對側(cè)肺V5（%） 25.632±20.454 36.195±19.986 -3.840 0.002 V10（%） 11.534±12.108 12.543±12.675 -0.409 0.690 V20（%） 4.906±7.864 5.569±7.558 -0.677 0.511 V30（%） 2.818±5.376 2.921±5.126 -0.210 0.837 V40（%） 1.528±3.118 1.141±2.649 1.353 0.199 Dmean（cGy） 421.750±305.657 475.871±280.413 -1.805 0.094心臟V25（%） 16.555±15.360 12.760±12.104 1.286 0.221 V30（%） 14.400±13.638 9.525±10.017 1.861 0.086 V40（%） 10.471±12.452 4.603±6.468 2.295 0.039 Dmean（cGy） 1 248.136±852.316 1 062.107±617.966 1.568 0.141食管V40（%） 20.042±23.844 15.463±19.223 1.504 0.157 V45（%） 15.189±22.023 11.785±17.963 1.313 0.212 V50（%） 12.803±21.019 10.321±17.577 1.496 0.159 Dmean（cGy） 1 605.121±1 343.656 1 573.893±1 232.782 0.342 0.783 Dmax（cGy） 4 091.464±2 053.039 4 014.471±2 050.435 0.646 0.530脊髓Dmean（cGy） 670.407±619.913 804.500±538.728 -2.161 0.049 Dmax（cGy） 2 834.814±1504.471 2 733.850±1102.119 0.535 0.602

2.3 MU 及NT 受照射劑量

3D-CRT 計劃的MU 比dIMRT 計劃平均減少了351.21，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）；兩種計劃的NTV5、V30、V35、V40、V45和V50比較，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），見表4。

表4 兩種計劃的MU 及NT 受照射劑量比較（±s）

表4 兩種計劃的MU 及NT 受照射劑量比較（±s）

注：3D-CRT 為三維適形放射治療，dIMRT 為固定野動態(tài)調(diào)強(qiáng)放射治療，MU 為機(jī)器跳數(shù)，NT 為靶區(qū)外正常組織

參數(shù) 3D-CRT 計劃 dIMRT 計劃 t P MU 447.790±182.107 799.000±227.940 -5.064 <0.001 NT V5（%） 23.651±11.433 27.947±13.863 -4.120 0.001 V10（%） 17.086±7.962 18.032±9.350 -0.999 0.336 V15（%） 12.685±6.297 12.637±6.787 0.077 0.940 V20（%） 9.690±5.397 9.226±5.017 0.855 0.408 V25（%） 7.891±4.663 6.770±3.566 1.960 0.072 V30（%） 6.678±3.957 4.897±2.643 3.688 0.003 V35（%） 5.346±3.300 3.396±1.834 4.282 0.001 V40（%） 4.254±2.842 2.322±1.399 4.161 0.001 V45（%） 3.271±2.393 1.648±0.998 3.928 0.002 V50（%） 2.236±1.607 1.045±0.716 4.387 0.001

3 討論

隨著放射治療技術(shù)的發(fā)展，多種IMRT 技術(shù)被應(yīng)用于NSCLC 治療中。與3D-CRT 相比較，IMRT在提高靶區(qū)劑量、改善靶區(qū)適形度和減少危及器官受照射劑量方面具有較大優(yōu)勢，但不同研究的結(jié)論存在一定差異[3-5]。dIMRT 采用的滑窗技術(shù)屬于多葉準(zhǔn)直器動態(tài)調(diào)強(qiáng)技術(shù)，是通過控制MLC 相對應(yīng)的一對葉片（運動總是朝一個方向）的相對位置和停留時間來實現(xiàn)對射野強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。

本研究結(jié)果顯示，在靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)方面，兩種計劃均能滿足臨床要求，dIMRT 計劃的D2%、D98%、Dmean、V100%、V110%、HI、CI 均 優(yōu) 于3D-CRT計劃，與相關(guān)研究[6-8]結(jié)果一致，說明dIMRT 在靶區(qū)劑量調(diào)制方面優(yōu)于3D-CRT。在胸部腫瘤的危及器官保護(hù)方面，臨床上比較關(guān)注肺的低劑量受照射情況。本研究結(jié)果顯示，兩種計劃的全肺V5、V30、V40、Dmean，對 側(cè) 肺 的V5，心 臟 的V40及 脊 髓 的Dmean比較，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），其中3D-CRT 計劃的全肺和對側(cè)肺V5、脊髓Dmean優(yōu)于dIMRT 計劃，說明3D-CRT 在肺的低劑量控制方面具有一定優(yōu)勢，臨床選擇治療方案時可酌情考慮。本研究結(jié)果顯示，3D-CRT 計劃的MU 比dIMRT計劃平均減少了351.21，說明3D-CRT 的執(zhí)行效率優(yōu)于dIMRT；兩種計劃的NTV5、V30、V35、V40、V45和V50比較，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），且dIMRT 計劃的V30、V35、V40、V45和V50優(yōu)于3D-CRT計劃，與Zhang 等[9]的研究結(jié)果一致，說明dIMRT在NT 的較高劑量控制方面具有較大優(yōu)勢。

然而，本研究結(jié)果未能充分體現(xiàn)dIMRT 的劑量學(xué)優(yōu)勢。兩組計劃的全肺V10、V20、對側(cè)肺的V10～V30、Dmean，心臟的V25、V30、Dmean，食管的所有劑量學(xué)參數(shù)和脊髓的Dmax比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。原因可能為： （1）本研究中部分患者的靶區(qū)體積小、形狀較規(guī)則且多數(shù)為周圍型肺癌，便于計劃設(shè)計；（2）本研究3D-CRT 與dIMRT的布野角度基本一致，且射野數(shù)相同或 dIMRT 僅額外增加1個射野，導(dǎo)致dIMRT 的劑量調(diào)制力度和范圍有限；（3）不同于其他研究僅在早期或局部晚期NSCLC 患者放射治療中比較不同技術(shù)的劑量學(xué)差異，本研究隨機(jī)選擇的患者臨床分期分布較廣，靶區(qū)體積差異較大且樣本數(shù)量有限，這可能會對統(tǒng)計結(jié)果造成一定影響。

本研究結(jié)果顯示，3D-CRT 的最大優(yōu)勢在于執(zhí)行效率及危及器官、正常組織的低劑量控制方面。3D-CRT 計劃的MU 比dIMRT 計劃減少了約44%，說明其執(zhí)行效率較高，與王若崢等[10]的研究效果一致，說明3D-CRT 放射治療時間短，可減少患者的不適感，進(jìn)而提高患者的治療依從性和劑量傳遞的準(zhǔn)確性。鑒于此，針對早期NSCLC 患者，推薦優(yōu)先選擇3D-CRT[10-11]。放射性肺炎是胸部腫瘤放射治療的主要并發(fā)癥，而V5是放射性肺炎的劑量預(yù)測指標(biāo)[12-15]。本研究結(jié)果顯示，與dIMRT 計劃相比，3D-CRT 計劃的全肺、對側(cè)肺及NT 的V5均具有劑量學(xué)優(yōu)勢。由此推測，3D-CRT 誘發(fā)放射性肺炎的概率較低。目前，臨床上部分腫瘤的放射治療方案結(jié)合了3D-CRT 和 dIMRT 兩種技術(shù)的優(yōu)勢，采用混合調(diào)強(qiáng)技術(shù)，尤其是胸部腫瘤[16-17]，而整合各種技術(shù)的優(yōu)勢可能是未來臨床放射治療發(fā)展的方向。

此外，放射治療過程中，受患者呼吸運動、心臟搏動和食管蠕動等生理運動的影響，腫瘤靶區(qū)會發(fā)生位置移動和變形，從而造成靶區(qū)位置的不確定性[18-19]。本研究采用的4D-CT 定位方式，可降低因放射治療技術(shù)選擇造成的偏倚，盡可能保證3D-CRT 與dIMRT 兩種技術(shù)劑量學(xué)比較的客觀性；4D-CT 定位還可以更加精確地計算和評估腫瘤靶區(qū)和危及器官的受照射劑量，為患者個體化精確放射治療的實施提供必要依據(jù)[20]。

綜上所述，3D-CRT 與dIMRT 應(yīng)用于NSCLC的放射治療中均能滿足臨床需求，3D-CRT 在低劑量控制（全肺、對側(cè)肺、NT 的V5）以及執(zhí)行效率方面優(yōu)于dIMRT，而dIMRT 在靶區(qū)劑量分布、危及器官V30和V40及NTV30～V50調(diào)控方面更具優(yōu)勢,臨床可根據(jù)具體情況靈活選擇治療方式。