有無(wú)均整器模式對(duì)肝癌患者容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃的劑量學(xué)影響

史子柯 馬霄云 張雁山 金雪玲 寇海瑞 吳嘉明

(甘肅省武威腫瘤醫(yī)院重離子中心放射物理室，甘肅 武威 733000)

肝癌是我國(guó)常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，其發(fā)病率和死亡率分別位居我國(guó)惡性腫瘤的第4位和第2位。全世界每年新發(fā)病例約26萬(wàn)人,其中我國(guó)占42%～45%[1-2]。放射治療技術(shù)被越來(lái)越多地用于肝癌的治療[3]。容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療(VAMT)利用動(dòng)態(tài)多葉光柵(MLC)、可變劑量率和可變的機(jī)架轉(zhuǎn)速[4-5]，通過(guò)優(yōu)化的弧形照射來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)治療，理論上可以獲得更優(yōu)的靶區(qū)劑量分布，減少正常組織的受量[6-7]。無(wú)均整過(guò)濾器(FFF)模式移除了均整器，機(jī)頭散射因子和準(zhǔn)直器散射因子降低，離軸比劑量分布變小，照射野周?chē)膭┝扛?，提高了劑量率，其射野的劑量分布與有均整過(guò)濾器(FF)模式下有較大差別[8-10]。本研究針對(duì)肝癌患者分別制定FFF和FF下兩種VMAT計(jì)劃，比較分析兩種計(jì)劃的靶區(qū)以及危及器官(OAR)的劑量學(xué)差異，探究FFF-VMAT計(jì)劃用于肝癌臨床放療的優(yōu)勢(shì)。

1 對(duì)象和方法

1.1 對(duì)象

選擇2020年8月—2021年4月在甘肅省武威腫瘤醫(yī)院重離子中心確診為肝癌并放療的患者10例(靶區(qū)體積35～200 cm3)，年齡52～81歲。

1.2 設(shè)備

Vital beam直線加速器(美國(guó)瓦里安公司)、definition AS 64排大孔徑CT定位機(jī)(德國(guó)西門(mén)子)、真空負(fù)壓袋加熱塑膜固定裝置。

1.3 方法

1.3.1靶區(qū)勾畫(huà)及處方劑量 患者行CT增強(qiáng)掃描，范圍為第5胸椎至第4腰椎，層厚3 mm，掃描所得CT圖像以DICOM格式傳輸至治療計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行三維重建。由我中心放療醫(yī)生勾畫(huà)出計(jì)劃靶區(qū)(PTV)和OAR。靶區(qū)處方劑量50 Gy/25次[1,5]，OAR的限量設(shè)定分別為：胃Dmax≤4 500 cGy，雙腎Dmean≤1 500 cGy，十二指腸Dmax≤5 000 cGy，脊髓Dmax≤4 500 cGy，雙肺Dmean≤1 500 cGy，以及肝臟Dmean≤2 500 cGy。

1.3.2兩種治療計(jì)劃的設(shè)計(jì) 采用Eclipse 15.5治療計(jì)劃系統(tǒng)針對(duì)每例患者分別制定FFF模式和FF模式兩種VMAT治療計(jì)劃。FFF模式計(jì)劃需采用6MV-FFF能量射線，最大劑量率1 400 MU/min；FF模式計(jì)劃采用6 MV能量射線，最大劑量率為600 MU/min[11]。兩種治療計(jì)劃均采用VMAT技術(shù)，為使靶區(qū)有更好的劑量均勻性，并更好地保護(hù)正常肝組織，所有計(jì)劃均采用3個(gè)小半弧設(shè)計(jì)(準(zhǔn)直器角度5°～20°)[12-13]。同時(shí)為減少對(duì)比誤差，兩組治療計(jì)劃的照射角度和優(yōu)化條件相同，歸一方式均為95%的PTV滿足處方劑量，處方劑量110%所包繞的體積不得超過(guò)靶區(qū)體積的1%。

1.3.3兩種治療計(jì)劃的評(píng)估指標(biāo)及其標(biāo)準(zhǔn) 對(duì)FFF模式和FF模式兩種治療計(jì)劃的劑量分布云圖進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)估指標(biāo)包括靶區(qū)適形度(CI)和劑量均勻性(HI)(CI的值越接近于1，說(shuō)明靶區(qū)的適形度越好，HI的值越接近于0，說(shuō)明靶區(qū)的劑量均勻性越好)[14-15]，以及正常的肝組織受量和OAR受量、加速器總跳數(shù)和出束時(shí)間。其中CI=(PTV95/VPTV)×(PTV95/V95)，PTV95為PTV被95%的處方劑量線所包繞的體積，VPTV為PTV的體積，V95為95%的處方劑量線所包繞的所有區(qū)域的總體積；HI=(D2%-D98%)/D50%。OAR受量評(píng)估指標(biāo)包括Dmean、Dmax、V5、V10、V15、V20、V25、V30、V35、V40。記錄兩種放療計(jì)劃的加速器總跳數(shù)和出束時(shí)間。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié) 果

2.1 兩種治療計(jì)劃的劑量分布云圖比較

FF-VMAT和FFF-VMAT計(jì)劃均能滿足臨床處方要求，劑量分布云圖(包含橫斷面、冠狀面、矢狀面)顯示，F(xiàn)F-VMAT和FFF-VMAT計(jì)劃處方劑量均能較好包圍靶區(qū)，劑量分布類(lèi)似，靶外無(wú)劑量熱點(diǎn)，靶內(nèi)無(wú)劑量冷點(diǎn)，且未見(jiàn)超出處方劑量110%的區(qū)域(圖1)。

A：FF-VMAT計(jì)劃,B：FFF-VMAT計(jì)劃

2.2 兩種治療計(jì)劃的靶區(qū)劑量分布比較

兩種治療計(jì)劃靶區(qū)CI和HI比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。兩種計(jì)劃靶區(qū)劑量分布都能滿足臨床處方劑量的要求。見(jiàn)表1、2。

2.3 兩種治療計(jì)劃的正常肝組織和OAR受量分布比較

兩種治療計(jì)劃的正常肝組織和OAR受量各項(xiàng)參數(shù)比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見(jiàn)表3、4。兩種模式下的正常肝組織和OAR受量情況均能滿足限制要求。

2.4 兩種治療計(jì)劃的加速器總跳數(shù)以及出束時(shí)間比較

FF-VMAT計(jì)劃以及FFF-VMAT計(jì)劃的加速器總跳數(shù)分別為(348.630±41.747)、(379.800±48.007)MU，出束時(shí)間分別為(0.592±0.066)、(0.271±0.034)min，F(xiàn)F-VMAT計(jì)劃以及FFF-VMAT計(jì)劃的加速器總跳數(shù)比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，出束時(shí)間比較，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=13.611，P<0.05)。

3 討 論

本研究采用的VAMT技術(shù)是一種較新的放療技術(shù)，其最大的優(yōu)勢(shì)是顯著提高了治療效率[4]。近年來(lái)臨床放療中越來(lái)越廣泛地采用VMAT技術(shù)聯(lián)合FFF模式，因其具有適形高效的特點(diǎn)，可提高腫瘤治療增益比。FFF與FF模式的演變反映了放療醫(yī)生和放射物理師對(duì)初始射線劑量均勻性與最終靶區(qū)內(nèi)部理想劑量分布因果關(guān)系的認(rèn)識(shí)變化。FF模式以降低光子通量為代價(jià)，也即降低射線的劑量率來(lái)滿足射線質(zhì)均整性。FFF模式移除了均整器，射線質(zhì)軟化，平均能量變低，光子注量增加，劑量率提高，射線均勻性變差，半影變小，使小野靶區(qū)更容易產(chǎn)生較高的表面劑量，大野靶區(qū)產(chǎn)生相當(dāng)?shù)幕蜉^低的表面劑量，但配合動(dòng)態(tài)MLC調(diào)制，靶區(qū)也可以獲得較好的CI和HI。

本研究結(jié)果顯示，F(xiàn)F-VMAT和FFF-VMAT計(jì)劃均能滿足臨床處方劑量要求，靶區(qū)CI和HI無(wú)明顯差異。張基永等[16]對(duì)直腸癌放療相關(guān)劑量學(xué)研究顯示，F(xiàn)F模式較FFF模式能更優(yōu)地實(shí)現(xiàn)靶區(qū)劑量分布和均勻性，而FFF模式更利于保護(hù)射野周邊組織。REGGIORI等[17]對(duì)肝癌的研究表明，靶體積在100～300 cm3之間FFF模式的CI高于FF模式，靶體積小于100 cm3和大于300 cm3時(shí)FF模式CI更高。而吳思華等[18]的研究表明，靶區(qū)體積并沒(méi)有對(duì)兩種模式下靶區(qū)CI和HI產(chǎn)生出明顯的影響。

本研究中FFF模式下的靶區(qū)外劑量跌落更快,大部分正常肝組織和OAR的受量更低。靶區(qū)外劑量分布受到腫瘤形狀、大小、位置、劑量調(diào)制程度及射線能量高低和射線離軸比的影響[19]，射野外的組織受到的射線離軸比變大，射線平均能量比FF模式更低，劑量跌落較快。相關(guān)的研究也表明，F(xiàn)FF模式可以很好地保護(hù)靶外正常組織和OAR[20-22]。

本研究中FFF模式下的正常肝組織在3 000、3 500 cGy處的受照體積比FF模式下略高，右腎受照的平均劑量也略高，可能是因?yàn)镕FF模式下射線質(zhì)的異質(zhì)性大于FF模式，離軸較遠(yuǎn)處的平均能量比FF低，更易于被散射。而本研究的肝癌病灶位于右上腹，水等效深度大，這樣容易使較多的散射劑量沉積在正常肝組織和鄰近的右腎中，從而導(dǎo)致其受到略高的低劑量照射[22]。

本研究中FFF模式劑量率是常規(guī)FF模式的2.33倍，出束時(shí)間僅為FF模式的一半。FU等[23]研究顯示，F(xiàn)FF和FF模式下治療時(shí)間的差別和分割劑量有關(guān)。分割劑量越大，在FFF模式下治療時(shí)間縮減越多。在腦部立體定向放射治療(SBRT)、肺癌SBRT、前列腺癌立體定向消融放療(SABR)等單次照射劑量較高的放療中，其時(shí)間效率優(yōu)勢(shì)可得到充分發(fā)揮[18]。由于單次照射劑量大，F(xiàn)FF模式下的高劑量率可有效縮短出束時(shí)間，以此來(lái)減少器官運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的影響，提高患者舒適度。但周鵬等[24]認(rèn)為，F(xiàn)FF模式下的高劑量率在提高治療增益的同時(shí)也帶來(lái)了治療風(fēng)險(xiǎn)。因此，采用FFF模式治療前可采用呼吸門(mén)控、圖像引導(dǎo)及光學(xué)表面擺位等技術(shù)來(lái)確保靶區(qū)位置精確。

綜上，對(duì)肝癌患者的放療，采用FF-VMAT以及FFF-VMAT模式均能滿足臨床治療需要，其靶區(qū)CI和HI無(wú)明顯差異，但FFF-VMAT模式下的靶區(qū)外劑量跌落更快，正常肝組織和OAR的受量更低。另外，由于本研究采用的劑量分割為常規(guī)分割，F(xiàn)FF-VMAT模式的優(yōu)勢(shì)沒(méi)有得到充分發(fā)揮。