葛瑞剛，解傳濱，戴相昆，李紀(jì)偉，陳高翔，徐壽平，曲寶林

中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心放射治療科，北京100853

前言

立體定向放射外科（Stereotactic Radiosurgery,SRS）的概念來(lái)源于立體定向神經(jīng)外科，其目的是給予病變單次致死劑量照射的同時(shí)在周?chē)＝M織有陡峭的劑量跌落，以保護(hù)周?chē)＝M織［1］。盡管所有SRS都是采用小射野集中照射靶區(qū)的方式，但這一實(shí)現(xiàn)過(guò)程各有不同。射波刀（CyberKnife, CK）是將一臺(tái)小型直線加速器安裝于靈活的機(jī)器人手臂上，通過(guò)大小不等的圓形準(zhǔn)直器組合產(chǎn)生大量等中心或非等中心射束投射到靶區(qū)，以實(shí)現(xiàn)較好的靶區(qū)覆蓋度和較高的靶區(qū)邊緣劑量梯度［2］。以常規(guī)直線加速器為基礎(chǔ)的SRS 體系可采用多個(gè)非共面拉弧野或調(diào)強(qiáng)野來(lái)完成治療，但其劑量分布受到射野成形設(shè)備、射野或拉弧的數(shù)目以及所使用治療技術(shù)的影響［3-4］。LinacTech 公司的微光刀（D2SRS-MLC）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了葉片等中心處最小2 mm 的厚度，為常規(guī)加速器實(shí)現(xiàn)更高的靶區(qū)適形度和劑量跌落帶來(lái)可能［5-6］。本研究通過(guò)分析基于常規(guī)加速器的D2SRS-MLC 系統(tǒng)在腦轉(zhuǎn)移瘤立體定向放療中的劑量學(xué)特性，并與CK 計(jì)劃進(jìn)行比較，探討微光刀技術(shù)在腦轉(zhuǎn)移瘤立體定向放療臨床應(yīng)用的可行性。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備與儀器

研究選用雷泰D2SRS-MLC（微光刀）、醫(yī)科達(dá)Synergy 直線加速器和安科瑞G4 射波刀立體定向放射治療系統(tǒng)（CyberKnife,CK）。D2SRS-MLC 系統(tǒng)具有51 對(duì)光柵，其等中心投影厚度為2 mm，以獨(dú)立外掛形式實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)適形拉弧（Dynamic Conformal ARC,DCA）技術(shù)以及動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放療（DMLC-ⅠMRT）技術(shù)，從而建立基于常規(guī)加速器治療平臺(tái)的立體定向放療系統(tǒng)，可針對(duì)顱內(nèi)病變及體部小腫瘤實(shí)施立體定向放射外科治療［7-8］。CK 是將一臺(tái)小型直線加速器安裝于具有6 個(gè)自由度的機(jī)械臂上［9-10］，在不同半徑球面上共有160 個(gè)節(jié)點(diǎn)，可形成1 980 個(gè)入射方向［11］。其射野由12 個(gè)獨(dú)立的二級(jí)準(zhǔn)直器確定，在等中心SAD=80 cm 處，形成直徑為5～60 mm 的圓形射野，源到等中心的距離為65～100 cm。

1.2 病例資料

選取30 例在解放軍總醫(yī)院接受CK 治療的腦轉(zhuǎn)移瘤病例，腫瘤最大體積48.55 cm3，最小體積1.69 cm3，平均體積和中位體積分別為11.36 和8.58 cm3。所有患者靶區(qū)勾畫(huà)在MultiPlan 9.0（Accuary,USA）計(jì)劃系統(tǒng)上完成。

1.3 計(jì)劃設(shè)計(jì)

CK 計(jì)劃設(shè)計(jì)在MultiPlan 9.0 計(jì)劃系統(tǒng)完成，采用非等中心、非共面投照模式，按照靶區(qū)2/3 最大徑尺寸選擇相應(yīng)大小束光筒，同時(shí)選擇一個(gè)比其小1～2檔的較小尺寸束光筒。為了提高計(jì)劃實(shí)施效率，單野最大跳數(shù)限定為300 MU，計(jì)劃總跳數(shù)限定為10 000 MU。

將CT 圖像及輪廓資料經(jīng)DCⅠOM 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絋iGRT計(jì)劃系統(tǒng)（LinaTech,中國(guó)）進(jìn) 行DCA 和DMLC-ⅠMRT 計(jì)劃設(shè)計(jì)，2 組計(jì)劃均采用非共面照射方式，劑量率選用500 MU/min。其中DCA 計(jì)劃采用等中心多弧照射，并根據(jù)各危及器官與靶區(qū)的相鄰關(guān)系進(jìn)行相應(yīng)角度的避讓，在各弧段機(jī)架旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，MLC 形狀根據(jù)不同機(jī)架角度下射野方向觀靶區(qū)輪廓自動(dòng)適形以實(shí)現(xiàn)對(duì)靶區(qū)的動(dòng)態(tài)適形照射；DMLC-ⅠMRT 計(jì)劃采用非共面固定射野下以滑窗形式進(jìn)行射野強(qiáng)度調(diào)制，滑窗方式為一對(duì)相對(duì)葉片總是向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷形成各種形狀的窗口（即子野）掃過(guò)靶區(qū)。

3 組計(jì)劃處方劑量為21 Gy/3 F。正常組織限量參照TG101 報(bào)告：腦干Dmax＜23 Gy，V18＜0.5 mL。治療計(jì)劃設(shè)計(jì)要求在滿足正常組織劑量限制前提下，盡可能提升靶區(qū)覆蓋率。

1.4 劑量評(píng)估

通過(guò)等劑量曲線分布對(duì)各組計(jì)劃進(jìn)行評(píng)估，通過(guò)劑量體積直方圖（DVH）獲取靶區(qū)及各器官相關(guān)劑量學(xué)參數(shù)，其中靶區(qū)劑量評(píng)估包括靶區(qū)劑量體積參數(shù)D98、D95、D90、D50、D10、D5，劑量分布的均勻性指數(shù)（HⅠ）、適形度指數(shù)（CⅠ）、靶區(qū)外正常組織劑量跌落參數(shù)（GⅠ）。

CⅠ定義為處方劑量分布與靶區(qū)形狀適合情況，見(jiàn)式（1），其中VPTV是計(jì)劃靶區(qū)體積（PTV）的大小，VRX是處方等劑量線包圍的體積，PTVRX是處方等劑量線包圍的靶區(qū)體積，CⅠ越接近1說(shuō)明靶區(qū)適形度越高［12-13］：

HⅠ定義為靶區(qū)最大劑量和最小劑量相對(duì)于平均劑量之間的差別，見(jiàn)式（2），當(dāng)DH=0時(shí)，認(rèn)為靶區(qū)內(nèi)劑量分布均勻。HⅠ值越大，靶區(qū)內(nèi)劑量分布均勻性越差［14］：

GⅠ定義為50%處方劑量線覆蓋的體積與處方等劑量線覆蓋的體積之比［15］，見(jiàn)式（3），其意義在于反映靶區(qū)外的劑量跌落情況，較小的GⅠ表示靶區(qū)外劑量擴(kuò)散較少，劑量跌落急?。?/p>

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)3種計(jì)劃的各項(xiàng)參數(shù)作單因素方差分析（One-way ANOVA），顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 等劑量曲線評(píng)估

通過(guò)對(duì)等劑量曲線圖進(jìn)行分析比較，可以看出3種計(jì)劃的靶區(qū)覆蓋及靶區(qū)外劑量跌落都能達(dá)到臨床要求，且實(shí)現(xiàn)了處方劑量對(duì)靶區(qū)的較好覆蓋，如圖1所示。

圖1 患者等劑量分布圖示例Fig.1 Isodose distributions in a patient

2.2 靶區(qū)劑量參數(shù)評(píng)估

從靶區(qū)劑量分布來(lái)看，CK 計(jì)劃和D2SRS-MLC兩種計(jì)劃方式（DMLC-ⅠMRT 和DCA）對(duì)于靶區(qū)較大體積劑量參數(shù)D98、D95、D90沒(méi)有顯著差異，但對(duì)于靶區(qū)小體積及半數(shù)體積劑量參數(shù)D5、D10、D50這3種計(jì)劃兩兩之間都有顯著性差異，其中CK 計(jì)劃的D5、D10、D50最高，DCA 計(jì)劃次之，DMLC-ⅠMRT 計(jì)劃最低，如表1所示。

表1 靶區(qū)劑量分布參數(shù)統(tǒng)計(jì)表（±s,Gy）Tab.1 Statistics of target dose distribution parameters(Mean±SD,Gy)

表1 靶區(qū)劑量分布參數(shù)統(tǒng)計(jì)表（±s,Gy）Tab.1 Statistics of target dose distribution parameters(Mean±SD,Gy)

1表示CK計(jì)劃；2表示DMLC-ⅠMRT計(jì)劃；3表示DCA計(jì)劃

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表2列出了靶區(qū)劑量覆蓋參數(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。CK 計(jì)劃具有較好的CⅠ（CⅠ=0.82±0.04），但HⅠ（HⅠ=0.42±0.11）最差。處方劑量21 Gy覆蓋的體積用參數(shù)V100%表示，DMLC-ⅠMRT、DCA 計(jì)劃相較于CK 計(jì)劃沒(méi)有顯著性差異；DMLC-ⅠMRT 計(jì)劃具有與CK 計(jì)劃相當(dāng)?shù)陌袇^(qū)CⅠ（CⅠ=0.80±0.07）（P=0.24），而且具有較好的HⅠ（0.28±0.13）（P=0.00），DCA 計(jì)劃CⅠ（0.69±0.09）最低，但HⅠ（0.33±0.11）優(yōu)于CK計(jì)劃。

表2 靶區(qū)劑量覆蓋參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Statistics of target dose coverage parameters

2.3 靶區(qū)外劑量跌落情況

從表2 的GⅠ可以看出，CK 計(jì)劃的靶區(qū)外劑量跌落更具優(yōu)勢(shì)，但相較于DCA 計(jì)劃無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.06）。

在PTV 體積位于1.69～48.55 cm3內(nèi)對(duì)各計(jì)劃組靶區(qū)外劑量跌落情況分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PTV 體積較小時(shí)CK 計(jì)劃的靶區(qū)外劑量跌落優(yōu)勢(shì)更為明顯，而隨著靶區(qū)體積的增大，3 種技術(shù)體現(xiàn)出逐漸趨于一致的趨勢(shì)，如圖2所示。

圖2 靶區(qū)體積與劑量梯度（GI）的關(guān)系Fig.2 Relationship between target volume and dose gradient index

2.4 計(jì)劃實(shí)施效率

在計(jì)劃實(shí)施時(shí)間上，CK 計(jì)劃的治療時(shí)間最長(zhǎng)［（38.76±5.60）min］，與DMLC-ⅠMRT 計(jì)劃［（16.94±1.50）min］和DCA 計(jì)劃［（12.67±0.52）min］都有顯著性差異（P=0.00/0.00）。

3 討論

基于直線加速器的SRS 設(shè)備在腫瘤放療臨床中已有廣泛應(yīng)用，特別是在顱腦腫瘤的立體定向放療應(yīng)用［16-17］，由于其技術(shù)應(yīng)用的極大靈活性，相較于過(guò)去常規(guī)的伽馬刀治療具有一定的優(yōu)勢(shì)［18］。而微型多葉準(zhǔn)直器作為一種較為靈活的射束成形技術(shù)，可以在提高靶區(qū)適形度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)危及器官的更好保護(hù)，以此為基礎(chǔ)的一些新的放療技術(shù)已開(kāi)始應(yīng)用于臨床［19］。研究顯示，D2SRS-MLC 等中心2 mm 厚度的準(zhǔn)直器葉片相較于常規(guī)加速器準(zhǔn)直器具有顯著的劑量?jī)?yōu)勢(shì)［5］。而CK作為一種新型的立體定向放射治療技術(shù)，利用非等中心及非共面圓形射野技術(shù)來(lái)治療腫瘤，通過(guò)大量的不同大小射束，多個(gè)節(jié)點(diǎn)、多個(gè)入射方向及逆向計(jì)劃的配合使用，能夠達(dá)到較高的靶區(qū)適形度，但由于設(shè)備昂貴，能開(kāi)展的單位較少。本研究以D2SRS-MLC 系統(tǒng)在腦轉(zhuǎn)移瘤立體定向放療中應(yīng)用研究為基礎(chǔ)，通過(guò)與CK 的比較分析其臨床實(shí)施的可行性，也為相關(guān)單位基于此種技術(shù)開(kāi)展SRS提供參考。

相關(guān)研究顯示，靶區(qū)外低劑量區(qū)的體積與SRS的并發(fā)癥呈正相關(guān)［20］，因此SRS 在臨床實(shí)施過(guò)程中對(duì)于靶區(qū)劑量適形度與靶區(qū)外的劑量跌落有著較高的要求，以最大可能減少由于大分割治療對(duì)靶區(qū)周?chē)＝M織造成的損傷。而靶區(qū)適形度主要依靠準(zhǔn)直器對(duì)射束的準(zhǔn)直和調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)［21］，本研究中DMLC-ⅠMRT 技術(shù)采用了共面與非共面射野相結(jié)合的辦法有效提高了靶區(qū)適形度，并且實(shí)現(xiàn)了與CK 技術(shù)相當(dāng)?shù)乃?，但治療時(shí)間較DCA 技術(shù)顯著增加。DCA 技術(shù)在實(shí)施過(guò)程中以機(jī)架每10°為一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)靶區(qū)形狀進(jìn)行準(zhǔn)直適形，雖然靶區(qū)適形度有所下降，但卻得到了相較于DMLC-ⅠMRT 技術(shù)更好的靶區(qū)外劑量跌落。

綜上所述，3 種計(jì)劃均能實(shí)現(xiàn)處方劑量要求且CK 具有更好的靶區(qū)適形度，靶區(qū)外劑量跌落方面DCA 計(jì)劃優(yōu)于DMLC-ⅠMRT 計(jì)劃 且接近CK 計(jì)劃水平，但在實(shí)施效率上兩種D2SRS 計(jì)劃具有明顯優(yōu)勢(shì)，能夠在腦轉(zhuǎn)移瘤放療中更為高效地實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤靶區(qū)的均勻照射，具有一定的臨床應(yīng)用價(jià)值。