直線加速器不同出束模式對(duì)鼻咽癌容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃的影響

譚軍文，龍雨松，賀先桃，李鋼，馮永富，梁衛(wèi)學(xué)，王占宇

柳州市工人醫(yī)院 腫瘤科，廣西 柳州 545005

引言

鼻咽癌是廣西地區(qū)常見(jiàn)腫瘤之一[1-3]，放射治療為鼻咽癌治療的主要方法[4-7]。容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療（Volume Modulated Arc Therapy，VMAT）是一種較先進(jìn)的調(diào)強(qiáng)放療手段，VMAT 在鼻咽癌放療中的可靠性已得到了臨床的認(rèn)可[8-11]。易金玲等[12]研究證明，雙弧VMAT 計(jì)劃可獲得與調(diào)強(qiáng)放射治療（Intensity Modulated Radiotherapy，IMRT）相似的靶區(qū)覆蓋率，同時(shí)減少所需的機(jī)器跳數(shù)（Monitor Units，MU）與出束時(shí)間，現(xiàn)有加速器與計(jì)劃系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地計(jì)算和執(zhí)行VMAT 計(jì)劃。徐桂瓊等[13]研究認(rèn)為，VMAT 和9 野IMRT 治療鼻咽癌均可滿足臨床要求，VMAT 可明顯降低正常器官劑量，縮短治療時(shí)間，減少M(fèi)U。目前，鼻咽癌VMAT 計(jì)劃最常用的出束模式為6 MV X 射線均整模式（Flattening Filter，F(xiàn)F），其他X 射線出束模式在鼻咽癌治療中的應(yīng)用較少，但目前新型的醫(yī)用電子直線加速器常具有多種X 射線出束模式，其他出束模式是否可應(yīng)用于鼻咽癌VMAT 計(jì)劃以及具有的劑量學(xué)特性需要進(jìn)一步研究。

我院采用的瓦里安Trilogy 直線加速器可提供3 種X 射線出束模式，分別為6 MV FF、6 MV 非均整模式（Flattening Filter Free，F(xiàn)FF）和10 MV FF，本研究旨在比較3 種出束模式下鼻咽癌VMAT 計(jì)劃的劑量學(xué)差異，以期為鼻咽癌VMAT 中最佳出束模式的選擇提供參考。

1 資料與方法

1.1 定位與靶區(qū)勾畫(huà)

選取2020 年6—12 月于我院瓦里安Trilogy 直線加速器上行VMAT 計(jì)劃的鼻咽癌患者10 例（男性9 例、女性1 例，中位年齡51 歲，臨床分期為Ⅰ～Ⅲ期。）。患者定位時(shí)采取仰臥體位，熱塑頭頸肩膜固定，CT 掃描頭頂至鎖骨下2 cm，重建層厚3 mm。由放療醫(yī)師勾畫(huà)腫瘤靶區(qū)（Gross Tumor Volume，GTVnx）、亞臨床病灶區(qū)（Clinical Target Volume，CTV1）、陽(yáng)性淋巴結(jié)（GTVnd）、預(yù)防照射區(qū)（CTV2、CTV3、CTV4），其中CTV1應(yīng)包括GTVnx及其周圍的亞臨床病灶區(qū)（GTVnx外擴(kuò)0.5～1.0 cm）、完整鼻咽腔的全壁、正常鼻咽膜下0.80～1.00 cm 的軟組織等；CTV2應(yīng)包括CTV1及其周圍易受侵犯的區(qū)域（CTV1外擴(kuò)0.50～1.00 cm）、鼻咽、口咽、咽后淋巴引流區(qū)等；CTV3應(yīng)包括右側(cè)頸部陰性淋巴引流區(qū)；CTV4應(yīng)包括左側(cè)頸部陰性淋巴引流區(qū)，對(duì)它們進(jìn)行相應(yīng)的外擴(kuò)得到計(jì)劃靶區(qū)（Planning Target Volume，PTV），依次定義為鼻咽癌原發(fā)腫瘤區(qū)（Planning Gross Target Volume Nasopharynx，PGTVnx）、PTV1、頸部轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)（Planning Gross Target Volume of Node，PGTVnd）、PTV2、PTV3、PTV4，其中PTV1按高危程度給予6417～6603 cGy 的處方劑量，PGTVnd按高危程度給予6417～6975 cGy 的處方劑量。對(duì)鄰近腫瘤區(qū)的危及器官進(jìn)行勾畫(huà)，包括脊髓、腦干、眼晶體、眼球、顳葉、腮腺、視神經(jīng)、視交叉、垂體、下頜骨、口腔、氣管、食管、喉、顳頜關(guān)節(jié)、甲狀腺、頜下腺等，同時(shí)勾畫(huà)軀干（Body），并內(nèi)縮5 mm 作為皮膚。

1.2 計(jì)劃設(shè)計(jì)

靶區(qū)處方劑量為PGTVnx6975 cGy、PTV16417～6603 cGy、PGTVnd6417～6975 cGy、PTV2～PTV45115 cGy。采用相同的處方劑量和計(jì)劃參數(shù)設(shè)計(jì)6 MV X 射線FF 下的6X VMAT 計(jì)劃、6 MV X 射線FFF 下的6 FFF VMAT 計(jì)劃以及10 MV X 射線FF 下的10X VMAT 計(jì)劃，計(jì)劃均在RayStation 4.7.5 計(jì)劃系統(tǒng)上完成，均采用兩個(gè)全弧設(shè)計(jì)。6X VMAT 計(jì)劃和10X VMAT 計(jì)劃的劑量率范圍均為100～600 MU/min，6 FFF VMAT 計(jì)劃為100～1400 MU/min，3 種計(jì)劃的機(jī)架轉(zhuǎn)速均為4.8°/s，雙弧計(jì)劃出束總時(shí)間均為150 s，3 種計(jì)劃除出束模式不同，其他均采用相同的參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)劃，優(yōu)化算法為筒串卷積疊加算法，控制點(diǎn)間隔為3°，計(jì)算網(wǎng)格3 mm，3 種計(jì)劃經(jīng)RayStation 計(jì)劃系統(tǒng)充分迭代優(yōu)化后，對(duì)所得的結(jié)果進(jìn)行分析。

1.3 計(jì)劃評(píng)估

評(píng)估靶區(qū)的最小劑量D98%（98%的PTV 體積受到最小的照射劑量，以此類推）、平均劑量Dmean、最大劑量D2%、靶區(qū)覆蓋率（接受≥處方劑量的PTV 體積與PTV 體積之比）等。危及器官按其類型不同，可統(tǒng)計(jì)最大量（Dmax）、劑量體積DV（V 體積所受劑量）、體積劑量Vx（接受X Gy 劑量照射的體積）、平均劑量等。PTV5115、PTV6417、PTV6603、PTV6975分別代表處方劑量為5115、6417、6603、6975 cGy 的計(jì)劃靶區(qū)集合。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 18.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料采用±s表示，采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行兩兩比較，以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量分布

1 例鼻咽癌患者3 種計(jì)劃（6X VMAT 計(jì)劃、6 FFF VMAT 計(jì)劃、10X VMAT 計(jì)劃）的靶區(qū)劑量分布如圖1 所示，其靶區(qū)及部分主要危及器官劑量體積直方圖如圖2 所示。由圖1～2 可知，3 種計(jì)劃靶區(qū)劑量差異較小，正常組織受量略有差異。

圖1 6X VMAT計(jì)劃（a）、6 FFF VMAT計(jì)劃（b）、10X VMAT計(jì)劃（c）的靶區(qū)劑量分布圖

圖2 6X VMAT計(jì)劃、6 FFF VMAT計(jì)劃和10X VMAT計(jì)劃劑量體積直方圖

2.2 靶區(qū)劑量差異比較

3 種計(jì)劃的靶區(qū)劑量D98%、Dmean、D2%和靶區(qū)覆蓋率均值比較如圖3～4 所示，3 種計(jì)劃在靶區(qū)劑量上差異較小，且均能達(dá)到處方劑量要求。PTV5115的Dmean，6 FFF VMAT 計(jì)劃高于6X VMAT 計(jì)劃和10X VMAT 計(jì)劃；PTV6417的Dmean、D2%，6 FFF VMAT 計(jì)劃大于6X VMAT 計(jì)劃；PTV6603的D98%，6 FFF VMAT 計(jì)劃小于6X VMAT 計(jì)劃；PTV6975的Dmean，6 FFF VMAT 計(jì)劃大于6X VMAT 計(jì)劃，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。靶區(qū)劑量的其他指標(biāo)以及靶區(qū)覆蓋率比較，3 種計(jì)劃的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

圖3 6X VMAT計(jì)劃、6 FFF VMAT計(jì)劃和10X VMAT計(jì)劃的靶區(qū)劑量比較

圖4 6X VMAT計(jì)劃、6 FFF VMAT計(jì)劃和10X VMAT計(jì)劃的靶區(qū)覆蓋率比較

2.3 危及器官差異比較

3 種計(jì)劃的危及器官受量如表1 所示，左晶體Dmax、右晶體Dmax、左下頜骨D5%、左腮腺V30、右腮腺V30，6 FFF VMAT 計(jì)劃均顯著低于6X VMAT 計(jì)劃和10X VMAT 計(jì)劃（P＜0.05）；左視神經(jīng)D5%、口腔V50，6 FFF VMAT 計(jì)劃均顯著低于10X VMAT 計(jì)劃（P＜0.05）；左顳葉D5%，10X VMAT 計(jì)劃顯著低于6 FFF VMAT 計(jì)劃（P＜0.05）；右顳葉D5%，10X VMAT 計(jì)劃顯著低于6X VMAT 計(jì)劃（P＜0.05）。3 種計(jì)劃其他危及器官評(píng)估指標(biāo)比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。危及器官的16 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)中3 種計(jì)劃的危及器官受量排位低、中、高出現(xiàn)的頻次如圖5 所示，其中6 FFF VMAT 計(jì)劃危及器官受量處于3 種計(jì)劃中最低的有11 項(xiàng)，中間有1 項(xiàng)，處于最高的有4 項(xiàng)；10X VMAT 計(jì)劃危及器官受量處于3 種計(jì)劃中最低的有4 項(xiàng)，中間有9 項(xiàng)，處于最高的有3 項(xiàng)；6X VMAT 計(jì)劃危及器官受量處于3 種計(jì)劃中最低的有1 項(xiàng)，中間有6 項(xiàng)，處于最高的有9 項(xiàng)，結(jié)果表明，在危及器官保護(hù)方面的優(yōu)勢(shì)排序依次為6 FFF VMAT 計(jì)劃＞10X VMAT 計(jì)劃＞6X VMAT 計(jì)劃。

表1 6X VMAT計(jì)劃、6 FFF VMAT計(jì)劃和10X VMAT計(jì)劃危及器官的受量比較（±s）

表1 6X VMAT計(jì)劃、6 FFF VMAT計(jì)劃和10X VMAT計(jì)劃危及器官的受量比較（±s）

危及器官評(píng)估指標(biāo)6X VMAT計(jì)劃6 FFF VMAT計(jì)劃10X VMAT計(jì)劃6X VMAT計(jì)劃vs.6 FFF VMAT計(jì)劃6 FFF VMAT計(jì)劃vs.10X VMAT計(jì)劃6X VMAT計(jì)劃vs.10X VMAT計(jì)劃t值P值t值P值t值P值腦干D5%/cGy5126.2±573.7 5132.7±590.4 5086.8±583.5 -0.310.7671.650.1342.060.070左晶體Dmax/cGy511.1±45.9438.4±101.9503.9±51.82.970.016-2.720.0241.430.187右晶體Dmax/cGy518.4±51.9452.3±68.7502.9±38.34.120.003-3.890.0041.370.203左下頜骨D5%/cGy 5128.0±332.6 4951.4±382.1 5084.9±429.44.630.001-3.420.0081.170.273右下頜骨D5%/cGy 4986.3±402.4 4931.7±478.3 4995.4±435.71.440.183-2.180.057-0.320.754左視神經(jīng)D5%/cGy 4312.6±716.4 4225.3±852.8 4309.7±779.11.410.193-2.340.0440.050.961右視神經(jīng)D5%/cGy 3935.4±1024.4 3968.9±1023.7 3946.4±1021.6 -0.560.5870.290.781-0.130.900視交叉D5%/cGy3919.2±1276.6 3827.2±1405.8 3985.3±1224.4 1.050.320-1.700.124-1.030.329口腔V50/%6.4±3.95.8±3.56.7±3.42.300.050-5.210.001-1.150.283左腮腺V30/%42.2±3.141.3±3.642.2±3.33.360.008-4.140.0030.100.920右腮腺V30/%43.3±2.842.0±3.142.7±3.04.300.002-2.660.0262.200.056脊髓Dmax/cGy3770.7±201.7 3692.2±117.7 3720.7±148.31.470.175-1.380.2011.210.256左顳葉D5%/cGy4942.1±295.1 4956.2±286.4 4873.0±269.0 -0.500.6292.590.0291.550.156右顳葉D5%/cGy4919.7±387.1 4871.0±303.3 4797.1±323.30.940.3701.730.1182.870.018左甲狀腺Dmean/cGy 4499.1±116.4 4500.9±78.1 4474.9±121.2 -0.090.9320.950.3691.130.293右甲狀腺Dmean/cGy 4495.8±75.54477.9±45.64494.6±85.61.120.297-1.020.3390.070.948

圖5 6X VMAT計(jì)劃、6 FFF VMAT計(jì)劃和10X VMAT計(jì)劃的危及器官受量排位低、中、高出現(xiàn)的頻次

2.4 皮膚和正常組織受量比較

由表2 可知，皮膚Dmean，6 FFF VMAT 計(jì)劃顯著低于6X VMAT 計(jì)劃和10X VMAT 計(jì)劃，且10X VMAT計(jì)劃顯著低于6X VMAT 計(jì)劃（P＜0.05）；皮膚V5，6 FFF VMAT 計(jì)劃均低于6X VMAT 計(jì)劃和10X VMAT計(jì)劃，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；3 種計(jì)劃皮膚V50兩兩比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

表2 6X VMAT計(jì)劃、6 FFF VMAT計(jì)劃和10X VMAT計(jì)劃的皮膚受量比較（±s）

表2 6X VMAT計(jì)劃、6 FFF VMAT計(jì)劃和10X VMAT計(jì)劃的皮膚受量比較（±s）

評(píng)估指標(biāo)6X VMAT計(jì)劃6 FFF VMAT計(jì)劃10X VMAT計(jì)劃6X VMAT計(jì)劃vs.6 FFF VMAT計(jì)劃6 FFF VMAT計(jì)劃vs.10X VMAT計(jì)劃6X VMAT計(jì)劃vs.10X VMAT計(jì)劃t值P值t值P值t值P值皮膚Dmean/cGy1069.8±175.6 1011.1±168.0 1022.8±171.2 12.64＜0.001-3.610.00611.47＜0.001皮膚V5/cm3863.9±107.1 818.7±103.4 869.7±116.3 16.81＜0.001-7.49＜0.001-0.830.429皮膚V50/cm353.2±33.153.2±31.852.5±32.7-0.020.9870.680.5140.950.368

由表3 可知，人體正常組織的軀干Dmean和軀干V10，6 FFF VMAT 計(jì)劃＜10X VMAT 計(jì)劃＜6X VMAT計(jì)劃，軀干V20、軀干V30、軀干V40，10X VMAT 計(jì)劃＜66 FFF VMAT 計(jì)劃＜6 FFF VMAT 計(jì)劃，除了10X VMAT 計(jì)劃與6X VMAT 計(jì)劃的V5、6 FFF VMAT 計(jì)劃與6X VMAT 計(jì)劃的V30和V40比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），其他指標(biāo)兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），證明6 FFF VMAT 計(jì)劃相比10X VMAT 計(jì)劃和6X VMAT 計(jì)劃在保護(hù)皮膚和正常組織方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，且10X VMAT 計(jì)劃又優(yōu)于6X VMAT。

表3 6X VMAT計(jì)劃、6 FFF VMAT計(jì)劃和10X VMAT計(jì)劃的正常組織受量比較（±s）

表3 6X VMAT計(jì)劃、6 FFF VMAT計(jì)劃和10X VMAT計(jì)劃的正常組織受量比較（±s）

評(píng)估指標(biāo)6X VMAT計(jì)劃6 FFF VMAT計(jì)劃10X VMAT計(jì)劃6X VMAT計(jì)劃vs.6 FFF VMAT計(jì)劃6 FFF VMAT計(jì)劃vs.10X VMAT計(jì)劃6X VMAT計(jì)劃vs.10X VMAT計(jì)劃t值P值t值P值t值P值軀干Dmean/cGy1557.3±280.3 1511.0±275.7 1520.0±276.29.47＜0.001-2.910.0177.98＜0.001軀干V5/cm37092.0±1365.1 6794.1±1326.3 7092.9±1406.7 13.36 ＜0.001-6.22＜0.001-0.030.980軀干V10/cm35979.0±1135.8 5827.3±1137.6 5923.0±1141.56.73＜0.001-3.260.0102.960.016軀干V20/cm34612.6±796.8 4523.8±827.7 4448.8±804.84.520.0013.230.0109.17＜0.001軀干V30/cm33281.6±575.0 3234.3±584.1 3148.8±564.31.350.2114.110.0034.920.001軀干V40/cm32016.1±403.4 2011.5±384.1 1982.9±389.10.280.7832.800.0212.520.033

2.5 MU差異比較

6X VMAT 計(jì)劃、6 FFF VMAT 計(jì)劃和10X VMAT計(jì)劃的MU 依次為（619.13±57.1）、（689.90±92.0）、（763.89±76.10），兩兩比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（6X VMAT 計(jì)劃vs.6 FFF VMAT 計(jì)劃：t=-9.80，P＜0.001；6X VMAT 計(jì)劃vs.10X VMAT 計(jì)劃：t=3.08，P=0.013；6X VMAT 計(jì) 劃vs.10X VMAT 計(jì) 劃：t=-4.53，P=0.001）。3 種計(jì)劃的機(jī)架轉(zhuǎn)速均為4.8°/s，雙弧計(jì)劃出束總時(shí)間均為150 s。

3 討論

目前，新型的瓦里安Trilogy 直線加速器上一般都配備了多種出束模式，每種出束模式有各自的劑量學(xué)特性。張紅等[14]報(bào)道了用蒙特卡羅方法計(jì)算瓦里安Trilogy 加速器FFF 條件下6 MV X 射線能譜，去除FF后，加速器的輸出光子能譜發(fā)生較大變化，隨之劑量特性發(fā)生改變，臨床上可能產(chǎn)生一定的獲益或未知情況。10 MV 的X 射線穿透能力更強(qiáng)，在體內(nèi)深部腫瘤放療中有優(yōu)勢(shì)，可明顯提高靶區(qū)劑量均勻性。黃寶添等[15]報(bào)道了在肺癌立體定向放射治療中，采用6X FFF 和10X FFF 兩種能量射束治療各有優(yōu)劣。6X FFF 能量射束能得到較優(yōu)的靶區(qū)均勻性和危及器官受量，而采用10X FFF 能量能明顯縮短治療時(shí)間；張武哲等[16]報(bào)道了不同射線能量在直腸癌放療中的應(yīng)用，結(jié)果證明，10 MV VMAT 計(jì)劃與6 MV VMAT 計(jì)劃比較，在獲得相當(dāng)或更優(yōu)的靶區(qū)劑量分布的同時(shí)可更好地保護(hù)部分危及器官。

本研究結(jié)果表明，6X、6 FFF 和10X 這3 種模式下的鼻咽癌VMAT 計(jì)劃均能滿足臨床要求，6 FFF 計(jì)劃與10X、6X 計(jì)劃相比，晶體、腮腺、下頜骨、視神經(jīng)等多個(gè)危及器官能得到較好地保護(hù)，皮膚和正常組織受量低，但靶區(qū)劑量分布略差，與賈飛等[17]、Fu 等[18]研究結(jié)果一致。表明6 FFF VMAT 計(jì)劃與10X VMAT 計(jì)劃、6X VMAT 計(jì)劃相比，由于其散射線少，離軸劑量跌落快等特點(diǎn)，在保護(hù)危及器官、皮膚和正常組織方面存在優(yōu)勢(shì)。10X VMAT 計(jì)劃與6X VMAT 計(jì)劃相比在靶區(qū)及危及器官保護(hù)方面水平相當(dāng)甚至略優(yōu)，該結(jié)論與張武哲等[16]在研究6 MV VMAT 計(jì)劃和10 MV VMAT 計(jì)劃在直腸癌放療中的應(yīng)用得出的結(jié)論類似，10X VMAT 計(jì)劃與6X VMAT 計(jì)劃相比在獲得相當(dāng)或更優(yōu)的靶區(qū)劑量分布的同時(shí)保護(hù)了部分危及器官，但由于差異較小，且考慮到10 MV X 線有一定概率產(chǎn)生感生放射性和一定數(shù)量的光中子，可能對(duì)患者、治療師造成一定的危害，因此鼻咽癌放療中不建議選擇10 MV X 線。6X、10X、6 FFF 這3種VMAT 計(jì)劃的MU 依次增加，其中6 FFF 計(jì)劃的MU 最高，與黃霞等[20]的研究結(jié)論一致，F(xiàn)FF 模式射線本身劑量分布不均勻，為保證靶區(qū)的處方劑量包繞，需要更多的MU。由于3 種計(jì)劃均采用兩個(gè)全弧設(shè)計(jì)，且每個(gè)弧的機(jī)架均以最大速度4.8°/s 旋轉(zhuǎn)，因此3 種計(jì)劃的出束時(shí)間一致，與MU 無(wú)關(guān)，均為150 s，與Fu 等[19]研究結(jié)果一致，證明在常規(guī)劑量照射時(shí)，F(xiàn)FF 模式高劑量率的優(yōu)勢(shì)未得到有效發(fā)揮。

4 結(jié)論

綜上所述，6X、6 FFF 和10X 這3 種模式下的鼻咽癌VMAT 計(jì)劃均能滿足臨床要求且各有特點(diǎn)，其中6 FFF VMAT 計(jì)劃與10X VMAT 計(jì)劃、6X VMAT 計(jì)劃相比在危及器官和正常組織保護(hù)方面更有優(yōu)勢(shì)，但在靶區(qū)劑量分布方面略差；10X VMAT 計(jì)劃與6X VMAT 計(jì)劃相比在靶區(qū)及危及器官保護(hù)方面水平相當(dāng)；6X VMAT計(jì)劃的MU 最少；由于3 種計(jì)劃均采用兩個(gè)全弧設(shè)計(jì)，且每個(gè)弧的機(jī)架均以最大速度4.8°/s 旋轉(zhuǎn)，因此3 種計(jì)劃的出束時(shí)間一致，與MU 無(wú)關(guān)，均為150 s。從計(jì)劃優(yōu)化角度，為降低危及器官受照劑量，推薦采用6 FFF VMAT 計(jì)劃。