國產與進口精確放療設備在直腸癌術后放療中的臨床劑量學比較

曾銘玥，馮林春，叢小虎，劉其騰3

解放軍總醫院第一醫學中心放射治療科，北京 100853；2 青島市中心醫院放射物理科，山東青島266042；3 首都醫科大學附屬潞河醫院放射治療科，北京 101149

2/3 以上的惡性腫瘤在抗腫瘤綜合治療中應用放療[1]。目前國內高端放療診療裝備的核心競爭力薄弱，主要通過進口滿足需求，高端進口放療診療裝備不但價格上昂貴，而且日后維修費也較高，影響著我國基層醫院放療的發展[2-3]。國產自主知識產權醫用直線加速器的發展與崛起可降低醫療成本，普及基層。國產計劃系統及直線加速器享有完全自主知識產權，可進行調強放療計劃的射野設計、劑量驗證、劑量分布及最優化計算、治療計劃輸出等。其中FonicsPlan 三維放射治療計劃系統是國內第一個具有完全自主知識產權的三維適形、靜態調強、動態調強、容積調強放射治療計劃系統，于2005 年在國內上市，截至目前已有約400 家用戶。新華醫療XHA1400 醫用電子直線加速器包括6 MV、10 MV 兩檔X 線，6 MeV、8 MeV、10 MeV、12 MeV 四檔電子線。采用全數字化控制系統，控制精度高，運行穩定性好。支持等中心、源皮距、旋轉治療方式，三維適形放療，適形調強，快速容積旋轉調強等業界先進精確放療技術。冀天楠等[4-5]對鼻咽癌、肺癌的臨床劑量學研究數據顯示，進口與國產加速器的均勻性和適行度均無顯著差異。但對于直腸癌目前仍無相關研究。本研究通過對10 例局部進展期直腸癌術后輔助放療患者分別采用國產精確放療設備(A 組：FonicsPlan 計劃系統 + 新華XHA1400 數字化光子醫用電子直線加速器)和進口精確放療設備(B 組：Pinnacle V9.10 計劃系統 +Varian IX 醫用直線加速器)設計靜態調強計劃，對每例患者的2 個計劃進行照射劑量參數對比分析并進行計劃驗證，探討國產放療設備在劑量學方面的可行性，給不同等級醫院、不同放療技術的直腸癌放療提供臨床依據。

資料與方法

1 研究對象 選取2017 年7 - 10 月于解放軍總醫院第一醫學中心放射治療科已行放療患者病例資料10 例，其中男4 例，女6 例，年齡43 ～ 79歲，中位年齡58 歲。納入標準：(1)年齡18 ～ 80歲；(2)局部進展期直腸癌根治術后分期為Ⅱ ～ Ⅲ期(T2-4bN0-2bM0)。

2 靜態調強計劃設計 10 例患者既往已按解放軍總醫院第一醫學中心放射治療科直腸癌根治術后放療要求行定位及靶區勾畫。(1)做膜定位：定位前1 h 排空膀胱，飲用1 000 mL 水使得膀胱能夠充分充盈，定位體位采用仰臥位，熱塑體模固定，應用大孔徑定位CT 行5 mm 層厚增強掃描[6]。(2)靶區勾畫：CTV 定義為原發腫瘤高危復發區域和區域淋巴引流區。PTV 以CTV 為基礎，分別向左右(LR)、前后(AP)方向各外擴5 mm，頭腳方向外擴10 mm。(3)危及器官(organs at risk，OARs)勾畫：包括膀胱、小腸、股骨頭[6]。(4)治療計劃設計：由同一物理師將每例患者靶區分別采用FonicsPlan 計劃系統(A 組)和Pinnacle V9.10 計劃系統(B 組)設計靜態調強計劃。(5)處方劑量：95%的PTV 劑量達到50 Gy，分25 次(2 Gy/F)。整個放療過程為5 周，5 d/周，1 次/d。(6)限制OARs 劑量：小腸V30＜40%，膀胱V40＜45%，股骨頭V40≤5%[6]。

3 放療計劃評價 靶區評價參數：D2%、D5%、D50%、D95%、D98%、靶區適形度指數(conformal index，CI)、劑量均勻性指數(homogeneity index，HI)。OARs 評價參數：小腸 Dmean、V50、V45、V40、V30、V20、V15、V10，膀胱Dmean、V50、V40、V30、V20、V10，雙側股骨頭Dmean、V45、V40、V30、V20、V10[6]。

4 放療計劃驗證 兩組計劃的劑量驗證均采用ArcCheck 驗證模體進行。進行劑量驗證前需滿足加速器靜態輸出劑量偏差在 ± 1%以內，劑量差異分析均采用Gamma 分析方法。Gamma 通過率≥90%為符合臨床要求，劑量誤差和距離誤差分別為閾值水平10%，3 mm/3%。

5 統計學方法 應用SPSS 24.0 統計軟件進行統計分析。 觀測資料主要配對計量資料，兩組(配對組)比較為配對t檢驗，P＜0.05 為差異有統計學意義。

結 果

1 靶區劑量參數比較 靶區劑量比較結果：兩組計劃95%的PTV 均能實現50 Gy 的劑量覆蓋率，兩組的D95%無統計學差異。但D2%、D5%、D98%、CI 和HI 等指標，均為B 組優于A 組(P＜0.05)。見表1。

表1 兩組PTV 劑量、體積及HI、CI 比較Tab. 1 Comparison of PTV dose, volume, HI and CI between the two groups

2 危及器官劑量比較 兩組計劃的OARs 劑量限制均能達到計劃要求。A 組小腸的V50、V40、V10優于B 組；B 組膀胱的Dmean、V30優于A 組，而A 組膀胱的V40優于B 組；A 組雙側股骨頭的Dmean、V30、V20、V10優于B 組；以上差異均有統計學意義(P＜0.05)，其余均無統計學差異。見表2。

表2 兩組危及器官劑量參數比較Tab. 2 Dose parameters of involved organs between the two groups

3 劑量驗證及計劃實施效率 兩組計劃的Gamma 分析結果顯示通過率均值均＞95%，均能滿足通過率＞90%的要求，且無統計學差異。A 組的計劃實施效率優于B 組，不僅機器跳數上相較B 組減少，且治療時間也較B 組縮短，差異有統計學意義(P＜0.05)。見表3。

表3 兩組計劃的劑量驗證通過率、機器跳數和治療時間的比較Tab. 3 Comparison of passing rate in dose verification,monitor unit and treatment time between the two groups

討 論

直腸癌單純手術切除局部復發率及并發癥發生率高，臨床上主要采用以手術為主、輔助放化療的綜合方案治療[7]。雖然目前局部進展期直腸癌推薦的治療模式為“術前同步放化療(CRT)”或“短程術前放療(SCRT) + 全直腸系膜切除術(TME) ±輔助化療(ACT)”[8-9]，但在我國很多基層醫院未開展術前新輔助放化療，因此術后輔助放療是局部進展期直腸癌不可或缺的治療之一。早期多項臨床研究結果顯示無論是術后輔助放療亦是術前新輔助放療，調強放療對正常器官的保護要優于三維適形放療。目前國內各級醫院精確放療設備及技術參差不齊，20 世紀70 年代初我國開始研制國產加速器，經過近半個世紀的發展，目前國產加速器產業已經基本完善[10]，近年來相關研究數據證實國產加速器與進口加速器療效相當[11-12]。叢小虎等[13]對比國產與進口精確放療設備在原發性肝癌與胰腺癌的臨床劑量學差異，發現國產與進口精確放療設備在原發性肝癌與胰腺癌放療方面的計劃質量與劑量驗證結果保持了良好的一致性。李全義等[14]研究顯示國產加速器能夠實現早期乳腺癌保乳術后患者放療的靶區劑量與危及器官的劑量學要求。金麗媛等[15]分析了國產加速器和進口加速器在前列腺癌的劑量學特點，發現國產與進口直線加速器在實施前列腺癌調強放射治療中均能實現較好的靶區劑量分布。本研究納入10 例局部進展期直腸癌術后放療患者，每例患者分別采用國產FonicsPlan 計劃系統和進口Pinnacle V9.10 計劃系統設計靜態調強計劃，通過對比劑量學差異，為臨床應用提供參考。

Roels 等[16]研究認為直腸癌最常見的區域淋巴結復發部位為直腸系膜區(46%)、直腸上動膜/腸系膜下動脈(28%)、髂內、閉孔區(27%)、髂外區(4%)，而腹股溝區淋巴結轉移最少見(＜1%)。直腸癌術前/術后放療制定靶區勾畫的中國專家共識中也指出直腸系膜區、骶前區、髂內血管區為高危淋巴結引流區[17]。所以直腸系膜區、骶前區、髂內血管區為術后放療必照射區域。因為手術破壞了腹盆腔正常結構，所以術后放療導致更多的小腸受到照射，腸道不良反應的發生率主要與小腸的照射體積及劑量密切相關。相關研究顯示，小腸V15、V45的照射體積分別與早、晚期腸道不良反應的發生率關系密切[18]。當小腸V15＜150 cm3、150 ～ 299 cm3和≥300 cm3時，3 級急性腸道反應發生率分別為0、30%和70%，當小腸V45＞78 cm3或V50＞17 cm3時晚期腸道不良反應發生率顯著增加。有研究認為膀胱對射線的耐受性相對較好，膀胱充盈狀態下對小腸的保護較排空時好，≥3 級放射性膀胱炎發生率在2%左右，急性泌尿系反應與膀胱V40受照射體積相關，當膀胱的 V40≥50%或V50≥20%時發生放射性膀胱炎的概率較高[19]。

本研究結果從劑量學角度分析顯示，在靶區適形度及均勻性上進口精確放療設備均優于國產精確放療設備，進口精確放療設備更有利于計劃劑量目標的實現，這考慮與B 組Varian IX 加速器的多葉光柵葉片比A 組XHA1400 加速器多葉光柵葉片窄有關。在正常器官保護上，兩組小腸的早期保護無顯著差異，國產精確放療設備對膀胱的早期保護、小腸的晚期保護及股骨頭的保護要優于進口精確放療設備。此結果發生的原因與兩套計劃系統算法、計劃設計及加速器的劑量學性能相關。靶區和危及器官的劑量學差異與計劃系統算法的相關性有待進一步研究。在治療時間上，國產精確放療設備較進口精確放療設備縮短了整體治療時間，國產葉片較進口的厚且動態多葉光柵使得國產設備具備了高效的傳遞效率。計劃驗證的通過率能夠反映設備系統的整體性能，國產系統的計劃通過率達到了96.13%，與進口設備無顯著差異，表明國產設備系統性能與進口設備的性能無顯著差異，XHA1400 加速器在硬件配置和精度方面都能夠到達進口設備的水平。本研究僅為計劃的比較，具體療效及不良反應有待臨床研究進一步驗證。

綜上，國產與進口精確放療設備均能實現直腸癌根治術后調強放療的靶區劑量分布要求，劑量學上安全可行，各級別醫院可根據臨床需求進行選擇應用。

作者貢獻曾銘玥：數據管理，規范分析，調查研究寫作，撰寫初稿；馮林春：總體構思，方法設計，資源提供，寫作，審讀和修訂；叢小虎：調查研究，有效驗證；劉其騰：數據管理。

利益沖突所有作者聲明無利益沖突。

數據共享聲明本篇論文相關數據可依據合理理由從作者處獲取，Email：301flc@163.com。