劉敏，吳駿翔，姚杏紅，袁珂，康盛偉，黎杰，王培，陰駿

610041成都，四川省腫瘤醫(yī)院·研究所，四川省癌癥防治中心，電子科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院 放療中心，放射腫瘤學(xué)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

腫瘤腦轉(zhuǎn)移具有清晰的邊界以及近似于球形的形狀，而立體定向放射外科(stereotactic radiosurgery，SRS)能夠提供球形的劑量分布因此可以較好地覆蓋靶區(qū)，SRS 目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于腫瘤腦轉(zhuǎn)移的治療[1-2]。SRS技術(shù)大多采用伽瑪?shù)痘蛘呱洳ǖ?，伽瑪?shù)队捎诙嘣凑丈涞姆绞侥艿玫阶罴训膭┝刻荻确植?，?60度旋轉(zhuǎn)靈活的機(jī)械手臂給了射波刀極大的劑量優(yōu)化空間[3-4]。Sebastian等[5-6]研究表明采用伽瑪?shù)逗碗娮又本€加速器進(jìn)行腦轉(zhuǎn)移SRS治療，都能獲得很好的局控率，但是與伽瑪?shù)断啾龋灾本€加速器為基礎(chǔ)的SRS治療多發(fā)性腦轉(zhuǎn)移瘤的放射壞死發(fā)生率較低。同時(shí)由于加速器治療時(shí)間相比伽瑪?shù)杜c射波刀治療時(shí)間要短，特別是容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療(volumetric modulated arc therapy,VMAT)，無均整塊技術(shù)(flattening filter free,FFF)等新技術(shù)在加速器的應(yīng)用，近一步縮短了加速器治療的時(shí)間，使得加速器在SRS中的使用變得越來越廣泛[7-10]。

利用SRS進(jìn)行腦轉(zhuǎn)移治療時(shí)，要求靶區(qū)外劑量迅速跌落、患者在治療過程中精確定位以及固定[11]。為了確保患者的精確定位，加速器都會(huì)配備專用的固定裝置，但是嚴(yán)格的固定裝置必然會(huì)導(dǎo)致患者治療時(shí)舒適性的下降，雖然最新的固定裝置已經(jīng)有所改善，但是長時(shí)間的治療過程，還是會(huì)增加患者移動(dòng)導(dǎo)致的治療失敗的風(fēng)險(xiǎn)。時(shí)間以及劑量梯度的管控是SRS治療的關(guān)鍵。電子直線加速器進(jìn)行SRS治療，通常采用多個(gè)非共面的射野進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)[12-14]。治療過程中由于需要多次移床，操作不便，極大地延長了治療的時(shí)間，治療持續(xù)時(shí)間與計(jì)劃中非共面射野的個(gè)數(shù)大致成正比。如果單純采用共面的計(jì)劃，雖然執(zhí)行的效率非常高，操作方便，總的治療時(shí)間也短，但是劑量梯度因子很難達(dá)到SRS治療時(shí)的要求。本研究采用直線加速器VMAT與FFF技術(shù)，在計(jì)劃設(shè)計(jì)中用共面射野、單組非共面射野、多組非共面射野3種模式，比較3種模式下劑量學(xué)的差異，探討單組非共面射野在腦轉(zhuǎn)移SRS臨床應(yīng)用的可能性。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

回顧性分析2020年3～9月四川省腫瘤醫(yī)院頭頸組納入的惡性腫瘤腦轉(zhuǎn)移(IV期)患者14例，原發(fā)腫瘤以肺癌為主，病理類型涵蓋小細(xì)胞肺癌及非小細(xì)胞肺癌。患者年齡43～82歲(中位年齡52歲)。圖像掃描應(yīng)用CT定位機(jī)(Philips Big Bore)，掃描層厚2 mm，掃描范圍全腦。根據(jù)MRI中T1序列與定位CT圖像融合進(jìn)行靶區(qū)(gross tumor volume，GTV)與危及器官勾畫。GTV外擴(kuò)2 mm生成計(jì)劃靶區(qū)(clinic tumor volume，PTV)，PTV體積(0.977～6.104)cm3，平均體積(2.48±1.18)cm3，中位體積2.33 cm3，靶區(qū)位于顳葉3例、頂葉5例、額葉6例，所有的靶區(qū)距離腦干、視神經(jīng)、視交叉、晶體的距離大于3 cm，處方劑量為單分次25 Gy。

1.2 放療技術(shù)

利用醫(yī)科達(dá)公司Fraxion設(shè)備進(jìn)行頭部固定，醫(yī)科達(dá)公司Infinity加速器6MV X射線照射，F(xiàn)FF模式下最大劑量率為1 400 MU/min。治療前進(jìn)行錐形束CT(cone-beam computed tomography, CBCT)圖像引導(dǎo)以及六維床位置校準(zhǔn)。VMAT技術(shù)進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，計(jì)劃系統(tǒng)為Monaco 5.11。

1.3 計(jì)劃設(shè)計(jì)

采用VMAT，F(xiàn)FF技術(shù)進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，計(jì)算網(wǎng)格為1 mm。設(shè)置計(jì)劃優(yōu)化參數(shù)，要求處方劑量80%劑量線盡可能覆蓋靶區(qū)并且適形，最大劑量不超過處方劑量125%。加速器治療床的角度為0°，所有射野的角度均在同一個(gè)平面，進(jìn)行共面計(jì)劃設(shè)計(jì)(coplanar plan，CP)，稱為CP模式。在CP方案的基礎(chǔ)上，尋找一個(gè)最佳的入射切面(與0°平面夾角大于60°)，轉(zhuǎn)一個(gè)床的角度，設(shè)置射野范圍，不改變優(yōu)化參數(shù)，進(jìn)行單個(gè)非共面計(jì)劃設(shè)計(jì)(single non-coplanar plan, SNCP)，稱為SNCP模式。在CP方案的基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)多個(gè)床的角度(床的角度分別為0°、30°、60°、300°、330°)，對(duì)于不同的患者，容積弧形調(diào)強(qiáng)射野的范圍并不相同，采用放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)中普遍接受的“就近原則”，根據(jù)靶區(qū)的具體位置，布置相應(yīng)的射野，使得射線盡可能經(jīng)過較少的人體組織到達(dá)靶區(qū)，進(jìn)行多個(gè)非共面計(jì)劃設(shè)計(jì)(multiple non-coplanar plan,MNCP)，稱為MNCP模式。根據(jù)靶區(qū)的位置，設(shè)置容積弧形調(diào)強(qiáng)射野的最佳范圍，3種模式下單個(gè)計(jì)劃中所有射野角度相加都等于兩個(gè)全弧(720°)(圖1)。所有方案下優(yōu)化的函數(shù)條件一致。

圖1 腦轉(zhuǎn)移立體定向放射外科中計(jì)劃設(shè)計(jì)不同的射野模式

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

比較上述 3種情況下靶區(qū)與腦組織正常器官的劑量差異。CI代表的是處方劑量對(duì)靶區(qū)的包裹程度，定義如下[15]：

(1)

其中VCTV, ref表示處方劑量包括的靶區(qū)體積、VCTV表示靶區(qū)體積、Vref表示處方劑量包括的體積，CI值<1,當(dāng)CI值越大越接近1，靶區(qū)劑量適形度越好。

GI代表的是劑量的跌落程度，值越小越接近1表示劑量跌落越快，定義如下[16]：

(2)

(3)

其中V50% ref表示50%處方劑量包裹的體積，V25% ref表示25%處方劑量包裹的體積，V100% ref表示100%處方劑量包裹的體積，GI50%表示50%處方劑量包裹的體積與100%處方劑量包裹的體積的比值，GI25%表示25%處方劑量包裹的體積與100%處方劑量包裹的體積的比值。

利用SPSS 20.0軟件進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，對(duì)比分析兩兩情況下計(jì)劃的差異，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

3種模式下的計(jì)劃均能達(dá)到臨床上的要求，但是在劑量分布、出束時(shí)間、照射跳數(shù)以及執(zhí)行效率上存在著一定的差別。表1～3總結(jié)了在不同模式下劑量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。圖2給出了不同模式下的劑量分布。

圖2 不同射野模式下腦轉(zhuǎn)移立體定向放射外科中劑量分布圖比較

表1 CP模式與SNCP模式數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)比

CP模式相對(duì)于SNCP模式和MNCP模式而言，出束時(shí)間、照射跳數(shù)以及CI差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，只是靶區(qū)內(nèi)0.5 cm3體積最高受照劑量(D0.5cc)平均值稍低于SNCP模式和MNCP模式，這說明CP模式在不增加照射跳數(shù)和出束時(shí)間的前提下，能實(shí)現(xiàn)和SNCP模式和MNCP模式類似的處方劑量分布。CP模式中GI(GI50=4.84±0.52，GI25= 16.13±2.73)，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于SNCP模式中GI(GI50=3.66±0.44，GI25= 9.94±1.41)(P<0.001，P<0.001)和MNCP模式中GI(GI50=3.73±0.42，GI25= 9.32±1.23)(P<0.001，P<0.001)。同時(shí)CP模式中腦組織受量(V10=11.46±3.47，V5=35.25±11.79)要高于SNCP模式腦組織受量(V10=10.44±3.16，V5=28.55±9.62)(P<0.001，P<0.001)和MNCP模式腦組織受量(V10=10.61±3.40，V5=25.37±9.04)(P<0.001，P<0.001)。SNCP和MNCP模式可以實(shí)現(xiàn)更大的靶區(qū)外劑量跌落，更好地保護(hù)腦組織。

SNCP模式與MNCP模式比較而言，照射跳數(shù)、照射時(shí)間、靶區(qū)適形性以及靶區(qū)內(nèi)D0.5cc值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。而對(duì)于GI而言，SNCP模式下GI50(3.66±0.44)與MNCP模式比較GI50(3.73±0.42)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，但是在低劑量區(qū)域中MNCP模式下GI25(9.32±1.23)小于SNCP模式下GI25(9.94±1.41)(P<0.001)，表明MNCP模式在低劑量區(qū)域能實(shí)現(xiàn)更快的劑量跌落。腦組織受量V10兩者之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，MNCP模式腦組織低劑量(V5=25.37±9.04)要小于SNCP模式(V5= 28.55±9.62)(P<0.001)，MNCP模式在低劑量區(qū)域能更好地保護(hù)腦組織。

表2 CP模式與MNCP模式數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)比

表3 SNCP模式與MNCP模式數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)比

3 討 論

電子直線加速器中VMAT以及FFF等技術(shù)的革新，使直線電子加速器治療SRS應(yīng)用變的廣泛。Gevaert等[3]研究了伽瑪?shù)?、射波刀和直線加速器與SRS的區(qū)別，研究表明直線加速器在治療時(shí)間上存在著明顯的優(yōu)勢(shì)。本研究采用直線加速器VMAT與FFF技術(shù)，在計(jì)劃設(shè)計(jì)中用CP模式(共面弧)、SNCP模式(共面弧加1組非共面弧)和 MNCP模式(共面弧加4組非共面弧)3種模式，比較3種模式下靶區(qū)劑量、CI、GI和腦組織受量以及照射跳數(shù)、出束時(shí)間、執(zhí)行效率等方面的差別，探討在SRS中最佳的治療模式。

在SRS中主要關(guān)心的是靶區(qū)的高度適形以及靶區(qū)外劑量的迅速跌落，而對(duì)于靶區(qū)的均勻性較少考慮。從研究結(jié)果來看，共面計(jì)劃相對(duì)于與非共面計(jì)劃而言，出束時(shí)間、照射跳數(shù)以及適形指數(shù)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，這說明共面計(jì)劃在不增加照射跳數(shù)和出束時(shí)間的前提下，能實(shí)現(xiàn)和非共面計(jì)劃類似的處方劑量分布。但是共面計(jì)劃中GI50和GI25都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非共面計(jì)劃，表明非共面計(jì)劃能實(shí)現(xiàn)更快的靶區(qū)外劑量跌落，而更快的靶區(qū)外劑量跌落同時(shí)意味著能更好地保護(hù)腦組織，Kaul等[17]研究表明靶區(qū)外劑量的快速跌落與放射性腦組織損傷緊密相關(guān)。采用非共面技術(shù)可以尋找更多最佳的角度，使射線經(jīng)過較少的腦組織達(dá)到靶區(qū)，減少腦組織的受量。同時(shí)更多方向的射線入射，會(huì)使得劑量的分布更加分散，從而讓射野路徑中固定某一處的劑量值降低，得到更大的靶區(qū)劑量跌落。

單組非共面與多組非共面計(jì)劃比較照射跳數(shù)、照射時(shí)間和靶區(qū)適形性及GI50,腦組織受量V10差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，意味著在共面的基礎(chǔ)上加一組非共面射野，劑量分布已經(jīng)可以達(dá)到類似于多組非共面射野同樣理想的情況。根據(jù)AAPM101報(bào)告，當(dāng)射野的數(shù)目充足時(shí)，射束方向性重要程度下降。實(shí)際執(zhí)行時(shí)應(yīng)該嚴(yán)格限制射束方向的數(shù)目，有利于提高計(jì)劃執(zhí)行的效率。單個(gè)射野提供的劑量不大于累計(jì)劑量的30%時(shí)，可以得到理想的劑量跌落[18]。在單組非共面射野已經(jīng)達(dá)到理想劑量分布的情況下，此時(shí)增加非共面射野的個(gè)數(shù)，并不能讓劑量分布變得更加陡峭。兩者之間主要的差別在于GI25和腦組織V5的劑量，多組非共面計(jì)劃25%處方劑量包裹的體積更小，腦組織V5的受量更低，多組非共面計(jì)劃在低劑量區(qū)域能更好地保護(hù)腦組織。

另一部分SRS中關(guān)心的是治療的時(shí)間?？偟闹委煏r(shí)間等于出束時(shí)間與加速器拉弧空轉(zhuǎn)時(shí)間以及轉(zhuǎn)床時(shí)間之和，其中占主要部分的是出束時(shí)間以及轉(zhuǎn)床時(shí)間。本研究表明3種模式下出束的時(shí)間差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，因此主要的差別在于轉(zhuǎn)床時(shí)間，而轉(zhuǎn)床時(shí)間與治療時(shí)所需轉(zhuǎn)床的次數(shù)成正比。對(duì)于直線加速器而言絕大部分加速器都可以在機(jī)房進(jìn)行移床操作，而且Monaco系統(tǒng)中有機(jī)房視野模式(room eye view，REV)，可以一定程度模擬非共面計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)患者的狀態(tài)，但是患者的真空墊以及患者手臂位置、物理師計(jì)劃設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)都存在一定不確定性，出于防止加速器碰撞以及確?；颊甙踩紤]，移床的過程一般會(huì)要求技術(shù)員進(jìn)入機(jī)房，在機(jī)房進(jìn)行加速器移床操作的過程中，時(shí)刻密切觀察患者。每次移床過程以及技術(shù)員進(jìn)出機(jī)房時(shí)間在2～3 min之間。在共面計(jì)劃中不需要轉(zhuǎn)床，患者在整個(gè)治療過程中加上CBCT圖像引導(dǎo)以及六維床位置校正等在內(nèi)，總治療時(shí)間不超過10 min，是3種模式中時(shí)間最短，執(zhí)行效率最高的1種。單組非共面計(jì)劃僅需要轉(zhuǎn)1次床，因此總的治療時(shí)間比共面計(jì)劃長2～3 min，而多組非共面計(jì)劃由于需要多次轉(zhuǎn)床，總的治療時(shí)間超過共面計(jì)劃的兩倍。

非共面計(jì)劃執(zhí)行的過程需要轉(zhuǎn)床，轉(zhuǎn)床的過程同時(shí)會(huì)帶來轉(zhuǎn)床誤差，轉(zhuǎn)床的次數(shù)越多，所帶來的轉(zhuǎn)床誤差越不可控。張彥新等[19]采用分次內(nèi)成像技術(shù)，在每個(gè)治療射野結(jié)束后進(jìn)行錐形束CT掃描，可以一定程度減少誤差，提高治療的精度。但是多次轉(zhuǎn)床需要多次的分次內(nèi)成像，并進(jìn)行配準(zhǔn)，執(zhí)行起來較復(fù)雜，耗費(fèi)時(shí)間，增加了患者治療時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。從本研究結(jié)果來看，單組非共面計(jì)劃能夠提供高的靶區(qū)適形度、靶區(qū)外劑量迅速跌落以及高的執(zhí)行效率，減少患者總的治療時(shí)間，同時(shí)也更符合國內(nèi)加速器人滿為患的現(xiàn)狀，存在著未來替代共面計(jì)劃和多組非共面計(jì)劃的可能。

值得注意的是，文中所研究腦轉(zhuǎn)移患者14例，位于顳葉3例、頂葉5例、額葉6例，均位于大腦一側(cè)。通過單次的轉(zhuǎn)床，能找到最佳的射野拉弧范圍，使得射線經(jīng)過較少的大腦組織達(dá)到靶區(qū)。單組轉(zhuǎn)床模式已經(jīng)有足夠的射野，使得單組轉(zhuǎn)床模式達(dá)到多組轉(zhuǎn)床模式類似的劑量分布效果。但是如果腦轉(zhuǎn)移部位位于大腦中間，甚至靠近腦干，找不到最佳的單次轉(zhuǎn)床角度，可能需要更多的轉(zhuǎn)床次數(shù)，更多的射野路徑使得劑量分布更分散，從而實(shí)現(xiàn)陡峭的劑量跌落，達(dá)到最佳的劑量分布。此處值得深入探究。

總之，對(duì)于共面計(jì)劃而言，能達(dá)到與非共面計(jì)劃類似的靶區(qū)劑量分布，而且整個(gè)流程時(shí)間最短，執(zhí)行效率最高，但是非共面計(jì)劃可以實(shí)現(xiàn)更快速的靶區(qū)外劑量跌落，同時(shí)非共面計(jì)劃可以更好地保護(hù)腦組織。而對(duì)單組和多組非共面計(jì)劃而言，兩者處方劑量、梯度因子GI50差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。雖然多組非共面計(jì)劃能在低劑量區(qū)域有著一定的優(yōu)勢(shì)，但是整個(gè)流程照射時(shí)間長，執(zhí)行效率低，在臨床中可以考慮優(yōu)先使用單組非共面模式。

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