國產(chǎn)和進口醫(yī)用直線加速器及治療計劃系統(tǒng)在肺癌調(diào)強放療中的臨床劑量學研究

謝曉燁，冀天楠，叢小虎，趙志飛，王忠良，李建雄

（1.解放軍醫(yī)學院，北京 100853；2.解放軍總醫(yī)院第二醫(yī)學中心老年醫(yī)學研究所，北京 100853；3.青島市中心醫(yī)院，山東青島 266011；4.西安電子科技大學，西安 710126；5.解放軍總醫(yī)院第五醫(yī)學中心腫瘤學部放療科，北京 100039）

0 引言

放療是腫瘤治療的一種重要手段，在臨床實踐中65%～75%的腫瘤患者需要接受放療[1]。據(jù)2015年中國惡性腫瘤流行病學調(diào)查發(fā)現(xiàn)，中國癌癥的發(fā)病率和死亡率分別占全球范圍的24%和30%，其中肺癌的發(fā)病率高達38%[2-3]。楊濤等[4]、冀天楠等[5]和劉銳鋒等[6]基于國產(chǎn)和進口直線加速器，針對前列腺癌、宮頸癌、鼻咽癌、食管癌等惡性腫瘤進行了一系列臨床劑量學比較研究。然而，針對肺癌這一發(fā)病率和死亡率最高的腫瘤，目前多為不同放療計劃之間的對比研究，如沈綱等[7]對比研究了非小細胞肺癌放療中調(diào)強放療（intensity-modulated radiation therapy，IMRT）與三維適形放療（three-dimensional conformal therapy，3D-CRT）對靶區(qū)及危及器官的劑量學影響，缺乏基于國產(chǎn)和進口醫(yī)用直線加速器對比性劑量學研究的報道。本研究擬通過治療計劃評估和劑量學驗證，比較國產(chǎn)和進口醫(yī)用直線加速器在肺癌放療質(zhì)量和效果方面的差異。

1 方法

1.1 設(shè)備及分組

進口醫(yī)用直線加速器中醫(yī)科達品牌使用率高，具有代表性，以在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)使用為主；國產(chǎn)放療設(shè)備中山東新華品牌是國產(chǎn)醫(yī)用直線加速器最大的供應商，在市縣級醫(yī)院使用較多[8]。因此，本研究共納入3家醫(yī)院（作為A組、B組、C組），每家醫(yī)院的設(shè)備具有典型代表性，詳見表1。劑量驗證使用OCTAVIUS Detector 729二維矩陣（PTW公司）。

表1 納入研究的3組的放療設(shè)備配置情況

1.2 計劃設(shè)計

從A組單位曾接受IMRT的18~80歲的肺癌患者中隨機抽取20例，將患者的靶區(qū)和危及器官圖像傳輸至B組和C組的治療計劃系統(tǒng)，分別進行放療計劃設(shè)計，計劃靶區(qū)和危及器官的處方劑量及限值的設(shè)定與A組一致。

1.3 劑量驗證

在3組進行劑量驗證之前，須保證醫(yī)用直線加速器各項機械性能及劑量滿足標準要求。將IMRT計劃移植到模體上，并將機架角度、治療床角度歸一到0°，采用OCTAVIUS Detector 729二維矩陣進行相對劑量驗證，測出驗證計劃的劑量分布，并通過VeriSoft驗證軟件與計劃設(shè)計時計算的劑量分布進行比較，得出劑量分布誤差。劑量分布誤差標準和距離誤差標準由Gamma通過率（2 mm/2%、3 mm/3%和4 mm/4%）的差異體現(xiàn)。

1.4 靶區(qū)及危及器官的受照射劑量、均勻度及適形度比較

比較危及器官肺受5 Gy照射劑量的體積占全肺體積的百分比（V5，以此類推）、V20、肺總體積接受照射的平均劑量（Dmean）；心臟V30和Dmean；脊髓受照射劑量的最大值（Dmax）。

比較計劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）及腫瘤靶區(qū)（gross tumor volume，GTV）受110%處方劑量照射的相對靶體積（V110，以此類推）、V105、Dmean、均勻度指數(shù)（homogeneity index，HI）及適形度指數(shù)（conformity index，CI）。HI=D5/D95，其中D5、D95分別為5%、95%靶區(qū)體積所接受的劑量；CI=（VT，tref×VT，tref）/（VT×Vref），其中VT，tref為參考等劑量線所覆蓋的靶體積，VT為靶區(qū)體積，Vref為參考等劑量線所覆蓋的總體積。HI越接近1，表示靶區(qū)劑量越均勻；CI越接近1，表示適形度越好。

1.5 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計學分析，符合正態(tài)分布的計量值以均值±標準差的形式表示。組間比較采用配對樣本t檢驗，P<0.05表示差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)受照射劑量比較

在PTV受照射劑量方面，C組的V105、V110及Dmean均顯著高于A組、B組（P<0.05），3組的CI無明顯差異（P>0.05）；B組的HI優(yōu)于A組和C組（P<0.05），詳見表2、3。在GTV受照射劑量方面，3組的V105、V110、Dmean、CI和HI均無明顯差異（P>0.05），詳見表4、5。

表2 各組PTV劑量學參數(shù)比較

表3 各組PTV劑量學參數(shù)配對樣本t檢驗結(jié)果

表4 各組GTV劑量學參數(shù)比較

表5 各組GTV劑量學參數(shù)配對樣本t檢驗結(jié)果

2.2 危及器官受照射劑量比較

在全肺的受照射劑量方面，C組的V5和Dmean均低于A組和B組（P＜0.05），C組的V20低于B組（P＜0.05），但與A組沒有明顯差異（P＞0.05）。在心臟的受照射劑量方面，C組的V30和Dmean均低于A組和B組（P＜0.05）。在脊髓的受照射劑量方面，C組的Dmax均低于A組和B組（P＜0.05）。詳見表6、7。

表6 各組危及器官劑量學參數(shù)比較

2.3 放療計劃的劑量驗證通過率比較

放療計劃驗證結(jié)果顯示，平面劑量分布測量值和計算值之間具有良好的一致性。3組的Gamma通過率（3 mm/3%與4 mm/4%）均在95%以上，無明顯差異（P>0.05）；B組的Gamma通過率（2 mm/2%）高于C組（P＜0.05），但與A組沒有明顯差異（P＞0.05）。詳見表8、9。

表8 各組劑量驗證Gamma通過率比較單位：%

3 討論

肺癌是發(fā)病率和死亡率較高的惡性腫瘤，而且其發(fā)病率和死亡率呈上升趨勢[1]。放療、化療和手術(shù)是針對肺癌的3種主要治療手段。隨著放療設(shè)備的不斷更新，醫(yī)用直線加速器已逐步成為肺癌放療使用的主流設(shè)備[9]。一項對國內(nèi)13個省70家不同級別醫(yī)院的放療設(shè)備的調(diào)研結(jié)果顯示，目前國內(nèi)醫(yī)院放療設(shè)備中的進口醫(yī)用直線加速器占57%以上[6，10]。國內(nèi)能生產(chǎn)醫(yī)用直線加速器的廠家有5~7家，近年來其技術(shù)水平和產(chǎn)品性能有較大幅度的提高，但與進口設(shè)備仍有一定的差距[11-12]。如何對國產(chǎn)和進口醫(yī)用直線加速器等精確放療設(shè)備進行深入對比驗證，系統(tǒng)性攻關(guān)所發(fā)現(xiàn)的缺陷，進而提高國產(chǎn)醫(yī)用直線加速器等精確放療設(shè)備的性能，已成為亟待解決的關(guān)鍵問題。治療計劃質(zhì)量和劑量的準確性是影響肺癌放療效果的主要因素。為此，本研究對國產(chǎn)和進口醫(yī)用直線加速器等精確放療設(shè)備的治療計劃系統(tǒng)的性能和放療計劃劑量驗證通過率等關(guān)鍵技術(shù)指標進行深入探討。

本研究中3組靶區(qū)受照射劑量的比較顯示，在PTV和GTV方面，3組的CI均無明顯差異（P>0.05），顯示國產(chǎn)和進口醫(yī)用直線加速器及治療計劃系統(tǒng)在肺癌腫瘤靶區(qū)的適形度方面沒有明顯差異。李全義等[13]在早期乳腺癌術(shù)后放療的劑量學特性分析中發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)醫(yī)用直線加速器能夠滿足早期乳腺癌保乳術(shù)后患者放療的靶區(qū)劑量要求，與本研究結(jié)果相一致。在GTV方面，3組的HI無明顯差異（P>0.05）。在PTV方面，B組的HI優(yōu)于A組和C組（P<0.05）。B組采用新華XHA600E醫(yī)用直線加速器，配備60對多葉準直器，中心投影為5 mm，裝機剛1 a；A組雖然為進口醫(yī)科達Synergy醫(yī)用直線加速器和進口治療計劃系統(tǒng)，但Synergy裝機已8 a，配備40對多葉準直器，中心投影1 cm，設(shè)備陳舊，同時設(shè)備配置較新華XHA600E醫(yī)用直線加速器也有一定差距。本實驗結(jié)果也顯示國產(chǎn)新華XHA600E醫(yī)用直線加速器在治療靶區(qū)內(nèi)劑量均勻度方面不亞于進口醫(yī)用直線加速器，與段影[14]研究中發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)醫(yī)用直線加速器在肝癌療效劑量學評價方面不弱于進口醫(yī)用直線加速器的結(jié)果相呼應。本研究還選擇了V105、V110、Dmean3個參數(shù)來進行靶區(qū)劑量學比較，結(jié)果顯示，在GTV方面，3組的V105、V110、Dmean3個參數(shù)無明顯差異（P>0.05），而在PTV方面，C組的V105、V110、Dmean均顯著高于A組和B組，即國產(chǎn)治療計劃系統(tǒng)在V105、V110、Dmean3個參數(shù)的靶區(qū)劑量方面要略差于進口治療計劃系統(tǒng)，此結(jié)果與段影等[14]研究的國產(chǎn)和進口治療計劃系統(tǒng)的劑量學比較結(jié)果一致。

表7 各組危及器官劑量學參數(shù)配對樣本t檢驗結(jié)果

表9 各組劑量驗證Gamma通過率配對樣本t檢驗結(jié)果

3組危及器官劑量比較顯示，在全肺、心臟、脊髓的受照射劑量方面，C組的V5和Dmean、V30和Dmean、Dmax均低于A組和B組（P＜0.05）。以上結(jié)果顯示，C組在危及器官保護方面優(yōu)于A組和B組，可能因為國產(chǎn)奇林治療計劃系統(tǒng)已開發(fā)十余年，近年來沒有更新，在物理計劃中實際算法存在一定缺陷，無法真正反映其真實計算的劑量。

放療計劃劑量驗證通過率是反映醫(yī)用直線加速器及治療計劃系統(tǒng)綜合性能的主要指標，通常以Gamma通過率（2 mm/2%、3 mm/3%和4 mm/4%）為主。本研究結(jié)果顯示，3組平面劑量分布測量值和計算值之間具有良好的一致性。在Gamma通過率（3 mm/3%與4 mm/4%）方面，3組的通過率均在95%以上，無明顯差異（P>0.05），提示國產(chǎn)和進口醫(yī)用直線加速器及治療計劃系統(tǒng)在肺癌治療方面總體性能沒有明顯差異。在Gamma通過率（2 mm/2%）方面，B組的通過率與A組沒有明顯差異（P＞0.05），這一結(jié)果提示新華XHA600E醫(yī)用直線加速器配備進口治療計劃系統(tǒng)與進口醫(yī)科達Synergy醫(yī)用直線加速器配備進口治療計劃系統(tǒng)在綜合性能上沒有明顯差異，同時表明新華XHA600E醫(yī)用直線加速器在硬件性能的水平上不亞于進口醫(yī)用直線加速器；而B組的通過率高于C組（P＜0.05），提示國產(chǎn)治療計劃系統(tǒng)可能存在一定的缺陷，這與在危及器官保護方面國產(chǎn)治療計劃系統(tǒng)存在缺陷這一結(jié)果相一致[5]。

本研究結(jié)果表明，國產(chǎn)和進口醫(yī)用直線加速器及治療計劃系統(tǒng)在靶區(qū)及危及器官的劑量分布上均能滿足臨床要求，可以用于肺癌的調(diào)強放療。國產(chǎn)新華XHA600E醫(yī)用直線加速器在硬件性能的水平上不亞于進口醫(yī)用直線加速器，但國產(chǎn)治療計劃系統(tǒng)可能存在一定的缺陷，仍有一定的提升空間。目前，國內(nèi)高端國產(chǎn)放療設(shè)備以新華醫(yī)用直線加速器為主，因此本研究主要采用新華醫(yī)用直線加速器與國外醫(yī)用直線加速器進行對比研究，雖然具有典型代表性，但沒有對所有品牌的國產(chǎn)醫(yī)用直線加速器進行調(diào)研驗證，研究全面性有所欠缺。下一步將繼續(xù)對上海聯(lián)影URT-Linac 506C等其他國產(chǎn)高端醫(yī)用直線加速器與醫(yī)科達等國外醫(yī)用直線加速器進行對比驗證研究，為國產(chǎn)精確放療設(shè)備系統(tǒng)性攻關(guān)和性能提升提供真實可靠的實驗數(shù)據(jù)。