宋宏昌，康盛偉，黎杰，吳駿翔

615000四川 涼山州，西昌市人民醫(yī)院 腫瘤科(宋宏昌);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 放射腫瘤學(xué)四川省重點實驗室(康盛偉、黎杰、吳駿翔)

均整器(flattening filter，F(xiàn)F)是常規(guī)直線加速器的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，使劑量在特定深度處(10 cm處)達(dá)到分布均勻。近年來，直線加速器廠商陸續(xù)推出非均整器(flattening filter free,FFF)模式的照射技術(shù)，即在治療時移除了加速器結(jié)構(gòu)中的FF。FFF模式與FF模式相比，F(xiàn)FF模式光子束的劑量學(xué)特性是增加了中心軸的輸出劑量[1]、增加劑量率[2]、減少野外劑量[3]、減少散射線和漏射線[4]。FFF模式的劑量學(xué)特性帶來的臨床優(yōu)勢是可減少正常組織的受照劑量[5]，降低二次癌癥發(fā)生概率[6]以及縮短照射時間[7]。

FFF模式已廣泛地應(yīng)用于立體定向放療(stereotactic body radiotherapy,SBRT)技術(shù)[8-10]，在保證計劃質(zhì)量的同時降低了照射時間，應(yīng)用于如非小細(xì)胞肺癌、肝癌、腦轉(zhuǎn)移瘤等疾病的治療。目前，越來越多的研究將FFF模式應(yīng)用于鼻咽癌[11]、宮頸癌[12]、乳腺癌[13]等部位常規(guī)分割劑量的容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療(volumetric modulated arc therapy，VMAT)，研究結(jié)果均表明FFF模式具有提高計劃質(zhì)量和照射效率的潛力。周沖等[14]和Nicolini等[15]的研究中分別比較了FFF模式VMAT和FF模式固定野調(diào)強(qiáng)放療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)在上、中和下段食管癌中的劑量學(xué)差異，結(jié)果均表明FFF模式VMAT對于肺的保護(hù)更好，并且執(zhí)行效率更高。但是，國內(nèi)外研究卻少有關(guān)于FFF模式VMAT與FF模式VMAT應(yīng)用于全段食管癌的相關(guān)研究。基于此，本研究旨在比較FFF模式VAMT和FF模式VMAT兩種模式在全段食管癌中劑量學(xué)和執(zhí)行效率上的差異，為FFF模式應(yīng)用于全段食管癌VMAT的臨床治療提供一定的參考。

1 資料與方法

1.1 患者資料

隨機(jī)選取2020年10月至2021年4月四川省腫瘤醫(yī)院收治擬行放射治療的全段食管癌患者20例，其中男性15例，女性5例，年齡40～65歲，中位年齡57歲，所有患者均無放療禁忌證。

1.2 CT定位和靶區(qū)勾畫

采用仰臥位進(jìn)行CT模擬定位，體部熱塑膜固定體位，患者雙手自然放于身側(cè)。定位CT采用荷蘭飛利浦公司的Brilliance BigBore的 16排大孔徑CT，掃描層厚0.30 cm。掃描后將患者CT數(shù)據(jù)傳送至美國MIM Software公司的 MIM Maestro軟件由主管醫(yī)生勾畫計劃靶區(qū)(planning target volume，PTV)和危及器官(organ at risk，OAR)。腫瘤大體靶區(qū)(gross tumor volume，GTV)的勾畫根據(jù)定位CT、MRI、PET/CT、食管造影等所見的原發(fā)腫瘤和陽性淋巴結(jié)，臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)為GTV向四周外擴(kuò)0.30～0.80 cm，頭腳方向外擴(kuò)0.30 cm，PTV為CTV各方向均勻外擴(kuò)0.30～0.50 cm。靶區(qū)體積152.21～674.65 cm3[平均體積(417.91±25.21)cm3]，靶區(qū)長度18.31～24.95 cm[平均長度(22.32±2.31)cm]。OAR包括肺、心臟、氣管和脊髓。PTV處方劑量60.0 Gy，分次劑量2.0 Gy/次，30次。

1.3 計劃的設(shè)計

使用Pinnacle39.10計劃系統(tǒng)進(jìn)行計劃設(shè)計，優(yōu)化算法為SmartArc，劑量計算采用Adaptive Convolve算法，分別設(shè)計6 MV的FFF模式(FFF組)和FF模式(FF組)的VAMT計劃。2組計劃在計劃設(shè)計時采用相同的優(yōu)化條件，準(zhǔn)直器0°，治療床0°，2個全弧(弧1順時針181°～179°，弧2逆時針179°～181°)，每個弧間隔4°生成一個控制點。FF組和FFF組的最大劑量率分別為600 MU/min和1 400 MU/min。加速器采用Elekta公司的Infinity型直線加速器，配置80對0.50 cm的多葉光柵。計劃設(shè)計要求：對于靶區(qū)，60.0 Gy劑量線至少要覆蓋95%的靶區(qū)體積(D95)，靶區(qū)內(nèi)最大值(Dmax)<110%處方劑量；對于OAR，雙肺V5≤70%(Vn為≥n Gy照射的體積)、V20≤28%、平均劑量(Dmean)≤13 Gy；心臟V30≤40%、V40≤30%；脊髓最大值(Dmax)≤45 Gy。

1.4 計劃評價指標(biāo)

靶區(qū)評估采用D95、D1、Dmean、均勻性指數(shù)(homogeneity index，HI)[16](HI=D2-D98/D50，其中D2、D50和D98為2%、50%和98%靶區(qū)體積所對應(yīng)的劑量)以及適形指數(shù)(conformity index，CI)[16][CI=(TVPV)2/(TV/PV)，其中TVPV為處方劑量所覆蓋的PTV的體積，TV為PTV的體積，PV為處方劑量線所覆蓋的總體積]。HI越接近0表示均勻性越好，CI越接近1表示適形度越高。OAR的評估指標(biāo)包括肺V5、V10、V20、V30和Dmean、心臟V30、V40和Dmean、氣管Dmax、和脊髓Dmax，以及2種模式下計劃的機(jī)器跳數(shù)(monitor unit，MU)、平均劑量率和平均照射時間[T=AMU/[(DR1+DR2)/2]，其中AMU為總MU，DR1為弧1平均劑量率，DR2為弧2平均劑量率]。

1.5 統(tǒng)計學(xué)處理

2 結(jié) 果

2.1 劑量學(xué)參數(shù)比較

分別對兩組計劃PTV的D95、D1、Dmean、HI和CI進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)比較，結(jié)果見表1。由表1可知，兩組計劃的D95、Dmean、D1和CI劑量學(xué)參數(shù)的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；FFF組的HI優(yōu)于FF組，HI值降低0.01，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。

表1 兩組計劃靶區(qū)的劑量學(xué)參數(shù)比較

兩組計劃OAR的劑量學(xué)參數(shù)比較見表2。由表2可知，兩組計劃的肺V30、心臟V30、V40和Dmean以及氣管Dmax的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；而FFF組的肺V5、V10、V20和Dmean、心臟的V20、脊髓的Dmax均優(yōu)于FF組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。FFF組與FF組比較，肺V5降低1.95%、V10降低0.95%、V20降低0.75%、Dmean降低0.25 Gy；心臟V20降低0.70%；脊髓Dmax降低0.77 Gy(P<0.05)。

表2 兩組計劃OAR的劑量學(xué)參數(shù)比較

2.2 計劃執(zhí)行效率比較

兩組計劃的MU、平均劑量率和照射時間的比較見表3。FFF組與FF組相比，MU增加了11.42%、弧1平均劑量率增加了21.08%、弧2平均劑量率增加了32.64%、照射時間減少了11.89%。圖1為兩組計劃，兩個弧共180個控制點劑量率的比較，圖1A為弧1兩種模式90個控制點比較，圖1B為弧2兩種模式90個控制點比較，其中黑線為FFF組，紅線為FF組。對于弧1，F(xiàn)FF組90個控制點中，73.35%控制點的劑量率高于FF組；對于弧2，F(xiàn)FF組90個控制點中，78.95%控制點的劑量率高于FF組。

表3 兩組計劃MU、平均劑量率和照射時間比較

圖1 兩組計劃控制點劑量率比較

3 討 論

FFF模式去除了FF后改變了光子束的劑量學(xué)特性，如減少了射野半影，P?nisch等[17]研究比較了6 MV FFF和FF模式10 cm×10 cm射野深度10 cm處的半影寬度在x軸分別為6.4 mm、7.2 mm，y軸分別為5.2 mm、6.0 mm；減少了機(jī)頭的散射和漏射，從而降低了射野外的劑量，Kragl等[18]研究中顯示，對于6 MV和10 MV的肺癌SBRT計劃，F(xiàn)FF模式在野外20 cm處的劑量分別減少了23%和31%?；谝陨蟿┝繉W(xué)特性，F(xiàn)FF模式已逐漸應(yīng)用于常規(guī)分割的放療中，F(xiàn)u等[11]使用FFF模式應(yīng)用于鼻咽癌，與FF模式相比出束時間減少了24.2%，對于腮腺等OAR的保護(hù)優(yōu)于FF模式；Subramaniam等[13]比較了FFF模式與FF模式在乳腺癌中的劑量學(xué)差異，結(jié)果表明FFF模式對于OAR的保護(hù)更好，可用于乳腺癌的臨床使用。本研究顯示，對于全段食管癌VMAT計劃FFF組在OAR保護(hù)和計劃執(zhí)行效率等方面均優(yōu)于FF組。

FFF組和FF組兩種VMAT計劃的靶區(qū)和OAR均能滿足臨床要求。FFF組靶區(qū)的HI優(yōu)于FF組(P<0.05)，而D95、Dmean、D1和CI等劑量學(xué)參數(shù)的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。OAR方面，由于FFF模式的劑量學(xué)特性，具有更少的散射、漏射線，F(xiàn)FF組對于OAR的保護(hù)更好，特別是低劑量區(qū)域，從而進(jìn)一步減少VMAT照射技術(shù)的低劑量“沐浴”效應(yīng)，周沖等[14]和Nicolini等[15]的研究中FFF模式中的肺V5、V20等指標(biāo)均低于FF模式。本研究中結(jié)果與上述文獻(xiàn)類似，F(xiàn)FF組的肺V5、V10、V20和Dmean與FF組相比分別降低了1.95%、0.95%、0.75%和1.99%，并且心臟的V20、脊髓的Dmax均優(yōu)于FF組(P<0.05)。對于食管癌放療，放射性肺炎是最嚴(yán)重的不良反應(yīng)，其中肺的V5、V20和Dmean等指標(biāo)是預(yù)測放射性肺炎的重要參數(shù)[19]，而FFF模式減少了肺的受照劑量，具有降低放射性肺炎發(fā)生概率的潛力。

另外，研究表明，照射時間的增加可能會增加二次腫瘤的發(fā)生概率[6]，并且照射時間過長也會增加治療中的不確定性和治療誤差[20]。雖然FFF組的MU高于FF組，但是由于劑量率的增加，F(xiàn)FF組的照射時間反而下降，照射時間減少11.89%。除此之外，本研究還詳細(xì)比較了兩種模式180個控制點的劑量率，對于弧1，F(xiàn)FF組與FF組相比，平均劑量率提高了21.08%，73.35%控制點的劑量率高于FF組，其中最大劑量率分別是950.31 MU/min和508.26 MU/min；對于弧2，F(xiàn)FF組與FF組相比，平均劑量率增加32.64%，78.95%控制點的劑量率高于FF組，其中最大劑量率分別是917.17 MU/min和581.72 MU/min。兩組計劃的劑量率均未達(dá)到最大限值，這可能與以下3個方面有關(guān)：1)與本研究選取的常規(guī)分割劑量有關(guān)，單次劑量2 Gy，計劃整體MU和每個弧的MU均少于SBRT計劃；2)與本研究中計劃質(zhì)量和劑量限制有關(guān)，在劑量率還未達(dá)到最大時，加速器其他可變參數(shù)的物理極限已先行達(dá)到，無需更高的劑量率就可以達(dá)到計劃要求；3)另外，還可能與Pinnacle計劃系統(tǒng)在優(yōu)化、子野生成和劑量計算算法等方面有關(guān)，相比于其他計劃系統(tǒng)，在采用相同的照射技術(shù)時Pinnacle計劃得到的總MU偏低[21-22]，當(dāng)控制點內(nèi)的劑量率還在爬坡時就已完成了該控制點的劑量投遞。而FFF組MU的增加是由于去掉了FF后，射野內(nèi)劑量均勻性變差，為了保證靶區(qū)中心和邊緣劑量，實現(xiàn)大野均勻照射，在優(yōu)化中需要增加更多的MU進(jìn)行補(bǔ)償。Reggiori等[23]研究中得出了在肝癌中FFF模式與靶區(qū)體積的關(guān)系，靶區(qū)體積在100～300 cm3時FFF模式的適形度更高，而靶區(qū)體積<100 cm3和>300 cm3時，F(xiàn)F模式比FFF模式適形度更高。本研究由于選取的患者數(shù)較少，無法得出體積與FFF和FF模式計劃質(zhì)量和執(zhí)行效率的關(guān)系，將在后期研究中增大病例數(shù)量探討靶區(qū)體積分析方法在食管癌中的規(guī)律，進(jìn)一步完善FFF模式在食管癌放療中的應(yīng)用情況。另外，本研究選擇的VMAT為全弧，在后續(xù)研究中將比較其與分段弧的劑量學(xué)差異。

綜上所述，通過對比20例全段食管癌的FFF模式和FF模式VMAT計劃結(jié)果表明，兩組計劃均能滿足臨床要求，靶區(qū)各個劑量學(xué)參數(shù)之間兩種模式差異無統(tǒng)計學(xué)意義，但FFF組對于OAR(肺、心臟、脊髓)的保護(hù)方面更有優(yōu)勢，計劃執(zhí)行效率更高。

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