基于國產(chǎn)與進口精確放療設備在原發(fā)性肝癌與胰腺癌的臨床劑量學評價研究

叢小虎，宋偉男，解傳濱，戴相昆，石楠，李學源，曲寶林，徐壽平

1. 青島市中心醫(yī)院 放射物理科，山東 青島 266042；2. 解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學中心 放射治療科，北京 100853；3. 解放軍第960醫(yī)院 腫瘤治療中心，山東 淄博 255300

引言

放射治療是腫瘤治療的重要手段之一。有統(tǒng)計顯示我國腫瘤發(fā)病率逐年上升，據(jù)統(tǒng)計約60%～70%腫瘤患者需在治療的不同時期接受放射治療[1-2]。長期以來，國內(nèi)高端放療直線加速器市場一直被進口醫(yī)療設備壟斷。進口醫(yī)療設備價格昂貴，使用維修成本高[3]。自1970年以來，國產(chǎn)放療設備經(jīng)過四十多年發(fā)展也有了長足進步，目前其在功能上已經(jīng)能夠滿足基本臨床需求，可根據(jù)用戶的不同需求實現(xiàn)適形調(diào)強等放射治療技術。原發(fā)性肝癌和胰腺癌作為我國發(fā)病率較高的惡性腫瘤，放射治療是原發(fā)性肝癌和胰腺癌非手術治療的一種重要手段[4-5]。本研究依托于國家重點研發(fā)計劃“數(shù)字診療裝備研發(fā)”專項，對分別采用國產(chǎn)與進口精確放療設備對患者精確放療計劃進行比較分析，并對完成計劃進行劑量驗證的工作。初步評價國產(chǎn)及進口精確放療設備，評估國產(chǎn)精確放療設備臨床應用是否能夠滿足臨床需求。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性選取2015年1月到2017年6月在解放軍總醫(yī)院行放療的小肝癌（腫瘤直徑小于5 cm）、大肝癌（腫瘤直徑大于5 cm）、胰腺癌患者CT圖像各60例，患者年齡分布37～87歲，中位年齡62歲。選取的每個病種病例均由同一醫(yī)生負責靶區(qū)和危及器官勾畫。

1.2 儀器設備

本研究CT圖像掃描采用64排西門子放療專用大孔徑定位CT（Siemens，德國）；將計劃根據(jù)采用加速器不同分為國產(chǎn)組和進口組。進口組采用Clinac iX加速器（Varian，美國）、Pinnacle計劃系統(tǒng)（Ver 10.0，Philips，荷蘭）、ArcCheck（SunNuclear，美國）驗證設備；國產(chǎn)組放療設備采用課題合作醫(yī)院的新華XHA600E（Shinva，中國）、Prowess計劃系統(tǒng)（Ver 5.51，Prowess，美國）、Matrixx（IBA，比利時）。兩家醫(yī)院具體配置情況，見表1。

表1 兩家醫(yī)院放療科設備配置情況

1.3 定位方式

所有病例體位固定采用定位體板加熱塑體模固定，患者仰臥雙手放于頭頂。圖像掃描采用Siemens放療專用大孔徑模擬定位CT。靶區(qū)及危及器官的勾畫均在Pinnacle醫(yī)生工作站完成，其它需勾畫危及器官包括肝臟、脊髓、十二指腸等。勾畫需經(jīng)上級醫(yī)生批準后方可傳至計劃系統(tǒng)進行計劃設計。

1.4 計劃設計

進口組計劃采用Pinnacle計劃系統(tǒng)進行計劃設計。所有IMRT計劃均采用五野靜態(tài)調(diào)強方式，射野根據(jù)腫瘤位置和大小進行適當調(diào)整，布野原則要求確保至少一部分正常肝體積接受盡可能低的劑量。參數(shù)設置最大子野數(shù)目50、最小子野面積6 cm2、最小子野跳數(shù)6 MU。將CT圖像和勾畫導至課題合作醫(yī)院進行國產(chǎn)組IMRT計劃設計。國產(chǎn)組計劃設計采用與進口組計劃相同射野角度。其他優(yōu)化參數(shù)保持一致，盡量減少外在因素影響對照組計劃質(zhì)量。靶區(qū)處方劑量60 Gy/28F，靶區(qū)最大劑量要求小于處方劑量107%；至少95%靶區(qū)體積接受60 Gy；脊髓：Dmax＜45 Gy，肝臟 ：V30＜60% ；腎 V20＜20% ；小腸 ：V40＜30%，V55＜1cc；十二指腸 V55＜1cc；胃 V55＜1cc等。

1.5 計劃評估

治療計劃設計完成后比較采用不同設備計劃的靶區(qū)及危及器官參數(shù)差異。采用適形度指數(shù)（Conformal Index，CI）、均勻性指數(shù)（Homogeneity Index，HI）對靶區(qū)進行評價[6-7]。CI定義 ：CI=（TVPV×TVPV）/(TV×PV)。其中TVPV代表計劃靶區(qū)所占處方劑量的體積，TV代表計劃給予處方劑量的靶區(qū)體積，PV代表處方劑量所包含的總體積。靶區(qū)CI值越接近1，代表計劃靶區(qū)的適形度越好。HI定義：HI=(D2%-D98%)/D50%。式中D2%是指2%靶區(qū)體積對應的照射劑量；D98%為98%靶區(qū)體積對應照射劑量。靶區(qū)HI值越小，越接近0，表示計劃靶區(qū)的均勻度越好。評估采用不同設備計劃病例正常組織危及器官受照劑量差異。

1.6 劑量驗證

在保證國產(chǎn)組和進口組加速器在機械特性和束流特性均滿足日常檢測要求前提下，分別對兩組計劃進行劑量驗證工作。進行劑量學驗證之前，需先對加速器6 MV X線進行劑量標定，保證其靜態(tài)輸出劑量偏差在1%以內(nèi)。兩組研究中采用的劑量驗證設備分別為IBA公司Matrixx二維矩陣驗證系統(tǒng)和SunNuclear公司ArcCheck矩陣驗證系統(tǒng)。兩種驗證設備使用之前均需經(jīng)劑量校準，使得兩組設備劑量測量結果保持一致。國產(chǎn)組加速器劑量驗證采用Matrixx二維矩陣驗證系統(tǒng)，需將QA計劃需將IMRT計劃移植到模體上，并歸一機架角度、準直器角度、治療床角為0°再進行劑量計算。進口組加速器劑量驗證采用ArcCheck矩陣驗證系統(tǒng)，將IMRT計劃移植到ArcCheck驗證模體CT圖像上直接進行劑量計算得出劑量分布。通過驗證軟件分別與測量劑量分布比較。劑量差異分析均采用Gamma分析方法。距離誤差和劑量誤差分別為3 mm/3%，閾值水平為10%，Gamma通過率≥90%符合臨床要求。記錄分析兩組計劃劑量驗證結果。

1.7 統(tǒng)計方法

采用SPSS 22.0進行統(tǒng)計分析,數(shù)據(jù)結果用平均值±標準差（±s）表示，兩組劑量學數(shù)據(jù)行配對t檢驗分析，P＜0.05表示結果具有統(tǒng)計學差異。

2 結果

2.1 靶區(qū)比較分析

國產(chǎn)組和進口組計劃三個病種靶區(qū)劑量學比較結果，見表2。通過對比可以發(fā)現(xiàn)小肝癌、大肝癌患者HI國產(chǎn)組均值略優(yōu)于進口組，差異具有統(tǒng)計學差異（P＜0.05）。CI比較均無統(tǒng)計學差異（P＞0.05）。

表2 兩組計劃靶區(qū)劑量學比較

2.2 危及器官比較分析

國產(chǎn)組和進口組計劃三個病種危及器官劑量學比較結果，見表3。對于三個病種計劃國產(chǎn)組和進口組計劃肝臟V10、V30比較均無統(tǒng)計學差異（P＞0.05）。

表3 兩組計劃危及器官劑量學比較

對于小肝癌、大肝癌計劃進口組肝臟Dmean顯著低于國產(chǎn)組計劃（P＜0.05）。對小肝癌病種國產(chǎn)組脊髓最大量顯著低于進口組（P＜0.05），十二指腸最大劑量比較均無統(tǒng)計學差異（P＞0.05）。

2.3 劑量驗證分析

Gamma分析結果顯示國產(chǎn)組和進口組計劃三個病種通過率均能滿足大于90%，且Gamma通過率均值均在95%以上（表4）。

表4 兩組計劃劑量驗證通過率比較（%）

3 討論

原發(fā)性肝癌是目前我國第4位常見惡性腫瘤及第2位腫瘤致死病因，嚴重威脅我國人民的生命和健康[8-9]。中國肝癌的分期方案Ia、部分Ib期肝癌病人，如無手術切除或局部消融治療適應證或不愿接受有創(chuàng)治療，可考慮采用肝癌立體定向放療作為替代治療手段，據(jù)報道其生存時間與手術切除或局部消融治療類似[10-11]。胰腺癌發(fā)病率呈快速上升趨勢。2017年美國癌癥協(xié)會發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，美國胰腺癌新發(fā)病例數(shù)居惡性腫瘤死亡率第4位[12]。中國國家癌癥中心最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)也顯示，胰腺癌位列中國城市男性惡性腫瘤發(fā)病率的第8位，居北京市和上海市人群惡性腫瘤死亡率的第5位[13-14]。冀天楠等[15]通過比較國產(chǎn)和進口鼻咽癌精確放療設備的臨床劑量學差異,發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)與進口精確放療設備在鼻咽癌根治性放療方面其通過率及劑量學均能達到臨床要求，國產(chǎn)精確放療設備可以滿足鼻咽癌根治性放療的需要。鑒于原發(fā)性肝癌、胰腺癌國內(nèi)高發(fā)病率，研究原發(fā)性肝癌、胰腺癌國產(chǎn)化解決方案具有重要意義。

馬蕾杰等[16]對XHA600E型國產(chǎn)數(shù)字化加速器進行性能檢測與對比評價，并和進口加速器瓦里安Unique機械參數(shù)和束流特性進行對比分析。結果顯示國產(chǎn)設備各項技術指標均符合國家標準，等中心精度、平坦度、對稱性等參數(shù)和瓦里安Unique加速器差別不大，研究認為XHA600E是基層醫(yī)療單位更新?lián)Q代的理想選擇。本研究涉及精確放射治療設備檢測結果均滿足國標要求。計劃劑量驗證前均進行輸出劑量測量，滿足偏差＜±1%要求方可進行后續(xù)工作。

本研究通過國產(chǎn)組、進口組的對比研究發(fā)現(xiàn)兩組設備完成計劃均能滿足臨床要求。其中對于原發(fā)性肝癌病例，國產(chǎn)組靶區(qū)HI優(yōu)于進口組。所有計劃均能滿足靶區(qū)最大劑量小于處方劑量107%，均滿足臨床要求。三個病種國產(chǎn)組、進口組靶區(qū)CI均值相近。對于入組患者危及器官劑量學比較顯示，國產(chǎn)和進口設備均能使危及器官滿足臨床限量要求。對于原發(fā)性肝癌病例肝臟重點劑量學參數(shù)V10、V30比較均沒有統(tǒng)計學差異。但肝臟平均劑量比較進口組均顯著低于國產(chǎn)組。分析原因為進口組計劃系統(tǒng)采用Pinnacle計劃系統(tǒng)，優(yōu)化過程中可以采用優(yōu)化參數(shù)等效均勻劑量（Equivalent Uniform Dose，EUD）。當EUD優(yōu)化過程生物特性參數(shù)a=1時，可用于肺、肝、腮腺等“并型”的正常組織器官的保護[17]。通過限制肝臟最大EUD參數(shù)可以更有效的控制肝臟平均劑量。放射性肝病（RT-induced Liver Disease，RILD）是肝臟器官放療過程中接受過量X射線照射后產(chǎn)生的放療嚴重并發(fā)癥之一。有研究指出正常肝組織平均劑量可有效預測放射性肝炎的發(fā)生概率[18]。從本研究原發(fā)性肝癌兩種技術劑量學比較結果可以看出進口組計劃肝臟平均劑量普遍低于國產(chǎn)組。這與進口加速器配備優(yōu)化參數(shù)更全面、性能優(yōu)化更優(yōu)的計劃系統(tǒng)有關系。研究過程中發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)組Prowess計劃系統(tǒng)為了得到更好的劑量優(yōu)化效果并不建議設置最小MU限制。這造成劑量驗證過程中國產(chǎn)組個別驗證計劃存在子野MU過小計劃不能執(zhí)行的情況，刪除小子野再重新計算劑量可解決此類問題。陳吉祥等[19]研究發(fā)現(xiàn)進口設備大部分使用自己公司配套的計劃系統(tǒng)（占65.4%），而國產(chǎn)加速器則趨于多樣化（同一品牌加速器使用的計劃系統(tǒng)各不相同），增加了維護和使用難度。國產(chǎn)設備應加大軟件研發(fā)力度或者與進口設備融合發(fā)展，更好地發(fā)揮國產(chǎn)放療設備的執(zhí)行性能。

根據(jù)張燁等[20]對中國大陸地區(qū)放療人員和設備基本情況調(diào)查研究顯示截至2018年底中國大陸地區(qū)放療單位共1463家，共有直線加速器2021臺（含進口和國產(chǎn)）。每百萬人口僅1.5臺，低于WHO標準2～4臺/百萬人口。提示我國放療資源的不充分亟需加快放射治療專業(yè)發(fā)展，增加放療設備的配置數(shù)量，提升治療能力和技術水平。大力推廣及應用國產(chǎn)精確放療設備是一個很好的解決方案，國產(chǎn)加速器購置價格、維修成本均低于進口加速器。但部分國產(chǎn)放療設備和進口設備相比較功能還不夠完善。以本研究采用的XHA600E加速器為例，目前僅支持單曝光正交位置驗證，其EPID軟件界面簡單，圖像匹配方式相對單一，且目前只能實現(xiàn)常規(guī)普放、3DCRT、IMRT技術等。不過據(jù)悉不久上市最新XHA600E已全面支持容積調(diào)強技術，并可進行CBCT圖像在線配準，這些新功能的引入將縮小國產(chǎn)和進口精確放療設備的差距。另外本研究發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)放療設備信息化管理網(wǎng)絡相比于進口設備采用的網(wǎng)絡系統(tǒng)如醫(yī)科達MOSAIQ、瓦里安ARIA等功能相對單一。本研究涉及劑量驗證設備也均為進口設備。這些不足都給國內(nèi)精確放療設備廠家指出了發(fā)展方向，應加大相關研發(fā)投入，使國產(chǎn)放療設備更好的滿足醫(yī)療單位需求。

綜上所述，通過本研究對國產(chǎn)與進口精確放療設備在原發(fā)性肝癌與胰腺癌應用的對比，國產(chǎn)放療設備XHA600E能夠完成常規(guī)調(diào)強計劃設計與執(zhí)行，其計劃質(zhì)量與劑量驗證結果與進口設備保持了良好的一致性。國產(chǎn)放療設備成本相對進口放療設備更具有優(yōu)勢，更適合一些購置預算有限、開展常規(guī)放療技術為主的相關醫(yī)療單位引進。此外國產(chǎn)放療設備應完善系統(tǒng)硬件和軟件的功能開發(fā)，對標國際先進精確放射治療設備，這將有助于改善國內(nèi)放射治療行業(yè)設備發(fā)展不充分現(xiàn)狀。