直線加速器不同出束模式對鼻咽癌容積旋轉調強放療計劃的影響

譚軍文，龍雨松，賀先桃，李鋼，馮永富，梁衛學，王占宇

柳州市工人醫院 腫瘤科，廣西 柳州 545005

引言

鼻咽癌是廣西地區常見腫瘤之一[1-3]，放射治療為鼻咽癌治療的主要方法[4-7]。容積旋轉調強放療（Volume Modulated Arc Therapy，VMAT）是一種較先進的調強放療手段，VMAT 在鼻咽癌放療中的可靠性已得到了臨床的認可[8-11]。易金玲等[12]研究證明，雙弧VMAT 計劃可獲得與調強放射治療（Intensity Modulated Radiotherapy，IMRT）相似的靶區覆蓋率，同時減少所需的機器跳數（Monitor Units，MU）與出束時間，現有加速器與計劃系統能夠準確地計算和執行VMAT 計劃。徐桂瓊等[13]研究認為，VMAT 和9 野IMRT 治療鼻咽癌均可滿足臨床要求，VMAT 可明顯降低正常器官劑量，縮短治療時間，減少MU。目前，鼻咽癌VMAT 計劃最常用的出束模式為6 MV X 射線均整模式（Flattening Filter，FF），其他X 射線出束模式在鼻咽癌治療中的應用較少，但目前新型的醫用電子直線加速器常具有多種X 射線出束模式，其他出束模式是否可應用于鼻咽癌VMAT 計劃以及具有的劑量學特性需要進一步研究。

我院采用的瓦里安Trilogy 直線加速器可提供3 種X 射線出束模式，分別為6 MV FF、6 MV 非均整模式（Flattening Filter Free，FFF）和10 MV FF，本研究旨在比較3 種出束模式下鼻咽癌VMAT 計劃的劑量學差異，以期為鼻咽癌VMAT 中最佳出束模式的選擇提供參考。

1 資料與方法

1.1 定位與靶區勾畫

選取2020 年6—12 月于我院瓦里安Trilogy 直線加速器上行VMAT 計劃的鼻咽癌患者10 例（男性9 例、女性1 例，中位年齡51 歲，臨床分期為Ⅰ～Ⅲ期。）。患者定位時采取仰臥體位，熱塑頭頸肩膜固定，CT 掃描頭頂至鎖骨下2 cm，重建層厚3 mm。由放療醫師勾畫腫瘤靶區（Gross Tumor Volume，GTVnx）、亞臨床病灶區（Clinical Target Volume，CTV1）、陽性淋巴結（GTVnd）、預防照射區（CTV2、CTV3、CTV4），其中CTV1應包括GTVnx及其周圍的亞臨床病灶區（GTVnx外擴0.5～1.0 cm）、完整鼻咽腔的全壁、正常鼻咽膜下0.80～1.00 cm 的軟組織等；CTV2應包括CTV1及其周圍易受侵犯的區域（CTV1外擴0.50～1.00 cm）、鼻咽、口咽、咽后淋巴引流區等；CTV3應包括右側頸部陰性淋巴引流區；CTV4應包括左側頸部陰性淋巴引流區，對它們進行相應的外擴得到計劃靶區（Planning Target Volume，PTV），依次定義為鼻咽癌原發腫瘤區（Planning Gross Target Volume Nasopharynx，PGTVnx）、PTV1、頸部轉移淋巴結（Planning Gross Target Volume of Node，PGTVnd）、PTV2、PTV3、PTV4，其中PTV1按高危程度給予6417～6603 cGy 的處方劑量，PGTVnd按高危程度給予6417～6975 cGy 的處方劑量。對鄰近腫瘤區的危及器官進行勾畫，包括脊髓、腦干、眼晶體、眼球、顳葉、腮腺、視神經、視交叉、垂體、下頜骨、口腔、氣管、食管、喉、顳頜關節、甲狀腺、頜下腺等，同時勾畫軀干（Body），并內縮5 mm 作為皮膚。

1.2 計劃設計

靶區處方劑量為PGTVnx6975 cGy、PTV16417～6603 cGy、PGTVnd6417～6975 cGy、PTV2～PTV45115 cGy。采用相同的處方劑量和計劃參數設計6 MV X 射線FF 下的6X VMAT 計劃、6 MV X 射線FFF 下的6 FFF VMAT 計劃以及10 MV X 射線FF 下的10X VMAT 計劃，計劃均在RayStation 4.7.5 計劃系統上完成，均采用兩個全弧設計。6X VMAT 計劃和10X VMAT 計劃的劑量率范圍均為100～600 MU/min，6 FFF VMAT 計劃為100～1400 MU/min，3 種計劃的機架轉速均為4.8°/s，雙弧計劃出束總時間均為150 s，3 種計劃除出束模式不同，其他均采用相同的參數設計計劃，優化算法為筒串卷積疊加算法，控制點間隔為3°，計算網格3 mm，3 種計劃經RayStation 計劃系統充分迭代優化后，對所得的結果進行分析。

1.3 計劃評估

評估靶區的最小劑量D98%（98%的PTV 體積受到最小的照射劑量，以此類推）、平均劑量Dmean、最大劑量D2%、靶區覆蓋率（接受≥處方劑量的PTV 體積與PTV 體積之比）等。危及器官按其類型不同，可統計最大量（Dmax）、劑量體積DV（V 體積所受劑量）、體積劑量Vx（接受X Gy 劑量照射的體積）、平均劑量等。PTV5115、PTV6417、PTV6603、PTV6975分別代表處方劑量為5115、6417、6603、6975 cGy 的計劃靶區集合。

1.4 統計學分析

采用SPSS 18.0 對數據進行統計分析，符合正態分布的計量資料采用±s表示，采用配對樣本t檢驗進行兩兩比較，以P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 靶區劑量分布

1 例鼻咽癌患者3 種計劃（6X VMAT 計劃、6 FFF VMAT 計劃、10X VMAT 計劃）的靶區劑量分布如圖1 所示，其靶區及部分主要危及器官劑量體積直方圖如圖2 所示。由圖1～2 可知，3 種計劃靶區劑量差異較小，正常組織受量略有差異。

圖1 6X VMAT計劃（a）、6 FFF VMAT計劃（b）、10X VMAT計劃（c）的靶區劑量分布圖

圖2 6X VMAT計劃、6 FFF VMAT計劃和10X VMAT計劃劑量體積直方圖

2.2 靶區劑量差異比較

3 種計劃的靶區劑量D98%、Dmean、D2%和靶區覆蓋率均值比較如圖3～4 所示，3 種計劃在靶區劑量上差異較小，且均能達到處方劑量要求。PTV5115的Dmean，6 FFF VMAT 計劃高于6X VMAT 計劃和10X VMAT 計劃；PTV6417的Dmean、D2%，6 FFF VMAT 計劃大于6X VMAT 計劃；PTV6603的D98%，6 FFF VMAT 計劃小于6X VMAT 計劃；PTV6975的Dmean，6 FFF VMAT 計劃大于6X VMAT 計劃，差異均有統計學意義（P＜0.05）。靶區劑量的其他指標以及靶區覆蓋率比較，3 種計劃的差異均無統計學意義（P＞0.05）。

圖3 6X VMAT計劃、6 FFF VMAT計劃和10X VMAT計劃的靶區劑量比較

圖4 6X VMAT計劃、6 FFF VMAT計劃和10X VMAT計劃的靶區覆蓋率比較

2.3 危及器官差異比較

3 種計劃的危及器官受量如表1 所示，左晶體Dmax、右晶體Dmax、左下頜骨D5%、左腮腺V30、右腮腺V30，6 FFF VMAT 計劃均顯著低于6X VMAT 計劃和10X VMAT 計劃（P＜0.05）；左視神經D5%、口腔V50，6 FFF VMAT 計劃均顯著低于10X VMAT 計劃（P＜0.05）；左顳葉D5%，10X VMAT 計劃顯著低于6 FFF VMAT 計劃（P＜0.05）；右顳葉D5%，10X VMAT 計劃顯著低于6X VMAT 計劃（P＜0.05）。3 種計劃其他危及器官評估指標比較差異均無統計學意義（P＞0.05）。危及器官的16 個評價指標中3 種計劃的危及器官受量排位低、中、高出現的頻次如圖5 所示，其中6 FFF VMAT 計劃危及器官受量處于3 種計劃中最低的有11 項，中間有1 項，處于最高的有4 項；10X VMAT 計劃危及器官受量處于3 種計劃中最低的有4 項，中間有9 項，處于最高的有3 項；6X VMAT 計劃危及器官受量處于3 種計劃中最低的有1 項，中間有6 項，處于最高的有9 項，結果表明，在危及器官保護方面的優勢排序依次為6 FFF VMAT 計劃＞10X VMAT 計劃＞6X VMAT 計劃。

表1 6X VMAT計劃、6 FFF VMAT計劃和10X VMAT計劃危及器官的受量比較（±s）

表1 6X VMAT計劃、6 FFF VMAT計劃和10X VMAT計劃危及器官的受量比較（±s）

危及器官評估指標6X VMAT計劃6 FFF VMAT計劃10X VMAT計劃6X VMAT計劃vs.6 FFF VMAT計劃6 FFF VMAT計劃vs.10X VMAT計劃6X VMAT計劃vs.10X VMAT計劃t值P值t值P值t值P值腦干D5%/cGy5126.2±573.7 5132.7±590.4 5086.8±583.5 -0.310.7671.650.1342.060.070左晶體Dmax/cGy511.1±45.9438.4±101.9503.9±51.82.970.016-2.720.0241.430.187右晶體Dmax/cGy518.4±51.9452.3±68.7502.9±38.34.120.003-3.890.0041.370.203左下頜骨D5%/cGy 5128.0±332.6 4951.4±382.1 5084.9±429.44.630.001-3.420.0081.170.273右下頜骨D5%/cGy 4986.3±402.4 4931.7±478.3 4995.4±435.71.440.183-2.180.057-0.320.754左視神經D5%/cGy 4312.6±716.4 4225.3±852.8 4309.7±779.11.410.193-2.340.0440.050.961右視神經D5%/cGy 3935.4±1024.4 3968.9±1023.7 3946.4±1021.6 -0.560.5870.290.781-0.130.900視交叉D5%/cGy3919.2±1276.6 3827.2±1405.8 3985.3±1224.4 1.050.320-1.700.124-1.030.329口腔V50/%6.4±3.95.8±3.56.7±3.42.300.050-5.210.001-1.150.283左腮腺V30/%42.2±3.141.3±3.642.2±3.33.360.008-4.140.0030.100.920右腮腺V30/%43.3±2.842.0±3.142.7±3.04.300.002-2.660.0262.200.056脊髓Dmax/cGy3770.7±201.7 3692.2±117.7 3720.7±148.31.470.175-1.380.2011.210.256左顳葉D5%/cGy4942.1±295.1 4956.2±286.4 4873.0±269.0 -0.500.6292.590.0291.550.156右顳葉D5%/cGy4919.7±387.1 4871.0±303.3 4797.1±323.30.940.3701.730.1182.870.018左甲狀腺Dmean/cGy 4499.1±116.4 4500.9±78.1 4474.9±121.2 -0.090.9320.950.3691.130.293右甲狀腺Dmean/cGy 4495.8±75.54477.9±45.64494.6±85.61.120.297-1.020.3390.070.948

圖5 6X VMAT計劃、6 FFF VMAT計劃和10X VMAT計劃的危及器官受量排位低、中、高出現的頻次

2.4 皮膚和正常組織受量比較

由表2 可知，皮膚Dmean，6 FFF VMAT 計劃顯著低于6X VMAT 計劃和10X VMAT 計劃，且10X VMAT計劃顯著低于6X VMAT 計劃（P＜0.05）；皮膚V5，6 FFF VMAT 計劃均低于6X VMAT 計劃和10X VMAT計劃，差異有統計學意義（P＜0.05）；3 種計劃皮膚V50兩兩比較差異均無統計學意義（P＞0.05）。

表2 6X VMAT計劃、6 FFF VMAT計劃和10X VMAT計劃的皮膚受量比較（±s）

表2 6X VMAT計劃、6 FFF VMAT計劃和10X VMAT計劃的皮膚受量比較（±s）

評估指標6X VMAT計劃6 FFF VMAT計劃10X VMAT計劃6X VMAT計劃vs.6 FFF VMAT計劃6 FFF VMAT計劃vs.10X VMAT計劃6X VMAT計劃vs.10X VMAT計劃t值P值t值P值t值P值皮膚Dmean/cGy1069.8±175.6 1011.1±168.0 1022.8±171.2 12.64＜0.001-3.610.00611.47＜0.001皮膚V5/cm3863.9±107.1 818.7±103.4 869.7±116.3 16.81＜0.001-7.49＜0.001-0.830.429皮膚V50/cm353.2±33.153.2±31.852.5±32.7-0.020.9870.680.5140.950.368

由表3 可知，人體正常組織的軀干Dmean和軀干V10，6 FFF VMAT 計劃＜10X VMAT 計劃＜6X VMAT計劃，軀干V20、軀干V30、軀干V40，10X VMAT 計劃＜66 FFF VMAT 計劃＜6 FFF VMAT 計劃，除了10X VMAT 計劃與6X VMAT 計劃的V5、6 FFF VMAT 計劃與6X VMAT 計劃的V30和V40比較差異無統計學意義（P＞0.05），其他指標兩兩比較差異均有統計學意義（P＜0.05），證明6 FFF VMAT 計劃相比10X VMAT 計劃和6X VMAT 計劃在保護皮膚和正常組織方面具有一定的優勢，且10X VMAT 計劃又優于6X VMAT。

表3 6X VMAT計劃、6 FFF VMAT計劃和10X VMAT計劃的正常組織受量比較（±s）

表3 6X VMAT計劃、6 FFF VMAT計劃和10X VMAT計劃的正常組織受量比較（±s）

評估指標6X VMAT計劃6 FFF VMAT計劃10X VMAT計劃6X VMAT計劃vs.6 FFF VMAT計劃6 FFF VMAT計劃vs.10X VMAT計劃6X VMAT計劃vs.10X VMAT計劃t值P值t值P值t值P值軀干Dmean/cGy1557.3±280.3 1511.0±275.7 1520.0±276.29.47＜0.001-2.910.0177.98＜0.001軀干V5/cm37092.0±1365.1 6794.1±1326.3 7092.9±1406.7 13.36 ＜0.001-6.22＜0.001-0.030.980軀干V10/cm35979.0±1135.8 5827.3±1137.6 5923.0±1141.56.73＜0.001-3.260.0102.960.016軀干V20/cm34612.6±796.8 4523.8±827.7 4448.8±804.84.520.0013.230.0109.17＜0.001軀干V30/cm33281.6±575.0 3234.3±584.1 3148.8±564.31.350.2114.110.0034.920.001軀干V40/cm32016.1±403.4 2011.5±384.1 1982.9±389.10.280.7832.800.0212.520.033

2.5 MU差異比較

6X VMAT 計劃、6 FFF VMAT 計劃和10X VMAT計劃的MU 依次為（619.13±57.1）、（689.90±92.0）、（763.89±76.10），兩兩比較差異有統計學意義（6X VMAT 計劃vs.6 FFF VMAT 計劃：t=-9.80，P＜0.001；6X VMAT 計劃vs.10X VMAT 計劃：t=3.08，P=0.013；6X VMAT 計 劃vs.10X VMAT 計 劃：t=-4.53，P=0.001）。3 種計劃的機架轉速均為4.8°/s，雙弧計劃出束總時間均為150 s。

3 討論

目前，新型的瓦里安Trilogy 直線加速器上一般都配備了多種出束模式，每種出束模式有各自的劑量學特性。張紅等[14]報道了用蒙特卡羅方法計算瓦里安Trilogy 加速器FFF 條件下6 MV X 射線能譜，去除FF后，加速器的輸出光子能譜發生較大變化，隨之劑量特性發生改變，臨床上可能產生一定的獲益或未知情況。10 MV 的X 射線穿透能力更強，在體內深部腫瘤放療中有優勢，可明顯提高靶區劑量均勻性。黃寶添等[15]報道了在肺癌立體定向放射治療中，采用6X FFF 和10X FFF 兩種能量射束治療各有優劣。6X FFF 能量射束能得到較優的靶區均勻性和危及器官受量，而采用10X FFF 能量能明顯縮短治療時間；張武哲等[16]報道了不同射線能量在直腸癌放療中的應用，結果證明，10 MV VMAT 計劃與6 MV VMAT 計劃比較，在獲得相當或更優的靶區劑量分布的同時可更好地保護部分危及器官。

本研究結果表明，6X、6 FFF 和10X 這3 種模式下的鼻咽癌VMAT 計劃均能滿足臨床要求，6 FFF 計劃與10X、6X 計劃相比，晶體、腮腺、下頜骨、視神經等多個危及器官能得到較好地保護，皮膚和正常組織受量低，但靶區劑量分布略差，與賈飛等[17]、Fu 等[18]研究結果一致。表明6 FFF VMAT 計劃與10X VMAT 計劃、6X VMAT 計劃相比，由于其散射線少，離軸劑量跌落快等特點，在保護危及器官、皮膚和正常組織方面存在優勢。10X VMAT 計劃與6X VMAT 計劃相比在靶區及危及器官保護方面水平相當甚至略優，該結論與張武哲等[16]在研究6 MV VMAT 計劃和10 MV VMAT 計劃在直腸癌放療中的應用得出的結論類似，10X VMAT 計劃與6X VMAT 計劃相比在獲得相當或更優的靶區劑量分布的同時保護了部分危及器官，但由于差異較小，且考慮到10 MV X 線有一定概率產生感生放射性和一定數量的光中子，可能對患者、治療師造成一定的危害，因此鼻咽癌放療中不建議選擇10 MV X 線。6X、10X、6 FFF 這3種VMAT 計劃的MU 依次增加，其中6 FFF 計劃的MU 最高，與黃霞等[20]的研究結論一致，FFF 模式射線本身劑量分布不均勻，為保證靶區的處方劑量包繞，需要更多的MU。由于3 種計劃均采用兩個全弧設計，且每個弧的機架均以最大速度4.8°/s 旋轉，因此3 種計劃的出束時間一致，與MU 無關，均為150 s，與Fu 等[19]研究結果一致，證明在常規劑量照射時，FFF 模式高劑量率的優勢未得到有效發揮。

4 結論

綜上所述，6X、6 FFF 和10X 這3 種模式下的鼻咽癌VMAT 計劃均能滿足臨床要求且各有特點，其中6 FFF VMAT 計劃與10X VMAT 計劃、6X VMAT 計劃相比在危及器官和正常組織保護方面更有優勢，但在靶區劑量分布方面略差；10X VMAT 計劃與6X VMAT 計劃相比在靶區及危及器官保護方面水平相當；6X VMAT計劃的MU 最少；由于3 種計劃均采用兩個全弧設計，且每個弧的機架均以最大速度4.8°/s 旋轉，因此3 種計劃的出束時間一致，與MU 無關，均為150 s。從計劃優化角度，為降低危及器官受照劑量，推薦采用6 FFF VMAT 計劃。