2 種不同放療設(shè)備在宮頸癌調(diào)強(qiáng)放療中的差異研究

李 鑫，王繼平，李 靖，鄒 敏，廖 瑤，胡文武*

（1.宜昌市第二人民醫(yī)院/三峽大學(xué)附屬第二人民醫(yī)院腫瘤放射治療中心，湖北宜昌 443000；2.長(zhǎng)江大學(xué)附屬黃岡市中心醫(yī)院腫瘤放療中心，湖北黃岡 438000）

0 引言

宮頸癌是世界范圍內(nèi)發(fā)病率居第三位的女性腫瘤[1]，其發(fā)病率居我國(guó)女性生殖系統(tǒng)惡性腫瘤之首[2]。目前，宮頸癌的治療方式以手術(shù)治療、化療及放療為主，其中三維適形放療和調(diào)強(qiáng)放療（intensity modulated radiation therapy，IMRT）是宮頸癌體外放療的主要方式[3]。相比傳統(tǒng)放療方式，IMRT 具有良好的劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)，其能夠在獲得靶區(qū)內(nèi)不同劑量梯度分布的同時(shí)更好地保護(hù)靶區(qū)周圍正常組織，在宮頸癌放療中得到廣泛應(yīng)用[4]。

近年來，隨著放療技術(shù)的飛速發(fā)展，各種類型的放療設(shè)備層出不窮。瑞典醫(yī)科達(dá)Synergy 是目前常見的C 型臂加速器，具有光子線和電子線多擋能量組合，可以開展圖像引導(dǎo)放療和IMRT 等多種放療。其多葉光柵（multi-leaf collimator，MLC）葉片厚度為1 cm，可形成40 cm×40 cm 的最大射野，最大葉片運(yùn)動(dòng)速度為2 cm/s。因具有照射野空間大、射線束流強(qiáng)、輻射能量廣等特點(diǎn)，Synergy 加速器是現(xiàn)在臨床上使用比較廣泛的主力機(jī)型之一。Halcyon 加速器作為瓦里安新一代智慧放療平臺(tái)，其設(shè)計(jì)理念與常規(guī)加速器存在較大差異[5]。Halcyon 加速器具有高度整合、高度自動(dòng)化、高度智能化的優(yōu)勢(shì)，其采用特殊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，射線能量為6 MV 非均整（flattening filter free，F(xiàn)FF）模式，其最大射野大小為28 cm×28 cm。其“雙子星”全新一代快速雙層MLC 錯(cuò)位設(shè)計(jì)，可達(dá)到0.5 cm 葉片厚度效果，具有更高的調(diào)制能力。Halcyon 加速器因具有安裝調(diào)試速度快、圖像引導(dǎo)高度集成化及操作流程智能化等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足患者治療高效精準(zhǔn)的需求。該機(jī)型自2019 年商業(yè)化以來，在乳腺癌、鼻咽癌及宮頸癌等病種方面具有良好的治療效果。有文獻(xiàn)研究表明，Halcyon 加速器甚至能獲得優(yōu)于常規(guī)C 型臂加速器的復(fù)雜劑量分布，滿足臨床治療要求[5-8]。本研究基于Halcyon 加速器及Synergy 加速器在相同計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算模式下對(duì)宮頸癌術(shù)后患者進(jìn)行IMRT 治療，對(duì)比分析2 種加速器在劑量分布、擺位誤差、治療效率等方面的差異，為宮頸癌術(shù)后放療提供更有利的治療保障。

1 資料與方法

1.1 臨床病例選擇

回顧性選擇2021 年6 月至2022 年12 月期間在宜昌市第二人民醫(yī)院腫瘤放射治療中心采用Synergy 加速器（2010 年機(jī)型）或Halcyon 加速器治療的60 例宮頸癌術(shù)后放療患者，根據(jù)治療機(jī)型的不同分為Synergy 組（n=30 例）與Halcyon 組（n=30例）。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）年齡為40～70 歲，病理確診ⅠB～ⅡA期宮頸癌患者；（2）廣泛子宮切除術(shù)及盆腔淋巴結(jié)清掃術(shù)術(shù)后患者，且符合《2023 NCCN 子宮頸癌臨床實(shí)踐指南（第1 版）》推薦的放療指征；（3）各器官功能可耐受放療，KPS 評(píng)分≥70 分。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）有盆腔放療史；（2）伴有心、肺、腦、腎、骨髓功能異常等明顯功能異常疾?。唬?）拒絕接受放療。

1.2 體位固定與靶區(qū)勾畫

患者定位前1 h 排空大小便，并適量飲水憋尿以便膀胱充盈，減小膀胱和小腸的受照射劑量[9]?；颊呷⊙雠P位平躺于碳纖維體位固定架上，雙手上舉交叉握桿，采用熱塑膜固定。體位固定后行定位CT掃描，對(duì)沒有造影劑禁忌證患者需行增強(qiáng)掃描以利于腫瘤、淋巴結(jié)、血管的顯示。定位CT 掃描范圍由L3 上緣至坐骨結(jié)節(jié)下5 cm，至少在靶區(qū)上下緣外擴(kuò)5 cm 并覆蓋需要評(píng)價(jià)的危及器官。將CT 影像傳至放療計(jì)劃系統(tǒng)中，由同一位放療醫(yī)師利用醫(yī)生工作站在CT 影像上勾畫靶區(qū)及涉及的危及器官。臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV）勾畫范圍為第五腰椎上緣到陰道上段，包括陰道殘端、上段陰道、陰道旁及盆腔淋巴引流區(qū)。勾畫完成后在CTV 基礎(chǔ)上外放0.7 cm 形成計(jì)劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）。

1.3 放療計(jì)劃設(shè)計(jì)

本研究所選病例靶區(qū)長(zhǎng)度為16.7～20.7 cm，體積為675～1 121 cm3，計(jì)劃優(yōu)化采用光子優(yōu)化（photon optimizer，PO）算法，劑量計(jì)算采用各向異性分析（anisotropic analytical algorithm，AAA）算法。Halcyon 組使用能量為6 MV FFF 模式，采用動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)技術(shù)。Synergy 組使用能量為6 MV 均整（flattening filter，F(xiàn)F）模式，采用靜態(tài)調(diào)強(qiáng)技術(shù)。2 組計(jì)劃布野方式均為固定角度7 野照射（0°、51°、102°、153°、204°、255°、306°），準(zhǔn)直器為0°。根據(jù)ICRU 50、62 號(hào)報(bào)告，處方劑量PTV 總劑量為50.4 Gy，分次劑量為1.8 Gy，共28 次。靶區(qū)及危及器官限量如下：PTV 的V50.4≥95%；小腸的V50≤5%，Dmax≤52 Gy；脊髓的Dmax≤45 Gy；結(jié)腸的V50≤10%，Dmax≤52 Gy；直腸的V50≤50%；膀胱的V50≤50%；雙側(cè)股骨頭的V50≤5%。

1.4 計(jì)劃參數(shù)評(píng)估

計(jì)劃優(yōu)化結(jié)束后由放療醫(yī)師和物理師共同對(duì)計(jì)劃進(jìn)行評(píng)估審核。靶區(qū)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)：100%的處方劑量包繞100%的CTV 體積，100%的處方劑量包繞95%的PTV 體積，PTV 中最高劑量不超過110%的處方劑量，沒有大范圍107%處方劑量的劑量熱區(qū)。評(píng)價(jià)靶區(qū)的均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI）、適形性指數(shù)（conformity index，CI）、梯度指數(shù)（gradient index，GI），CI 越接近1 代表靶區(qū)適形性越好，HI 越接近0說明靶區(qū)劑量均勻性越好[10]，GI 越小劑量跌落越快。根據(jù)ICRU 83 號(hào)報(bào)告，CI、GI、HI 定義如下：

式中，VPTV為靶區(qū)體積；Vpres為處方劑量包繞的體積；V1/2pres為50%處方劑量所包繞的體積；D2、D98、D50分別為2%、98%、50%靶區(qū)體積接受的照射劑量。危及器官評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)：在任一橫斷層面的最高劑量不落在危及器官上；小腸D2cc≤54 Gy，脊髓D0.1cc≤45 Gy；其他危及器官參照危及器官限量進(jìn)行評(píng)估。

1.5 劑量分布驗(yàn)證

利用ArcCheck 三維劑量驗(yàn)證模體驗(yàn)證計(jì)劃的通過率。將患者放療計(jì)劃移植到ArcCheck 三維劑量驗(yàn)證模體上生成新的劑量驗(yàn)證計(jì)劃并將其導(dǎo)出。在對(duì)放療計(jì)劃進(jìn)行驗(yàn)證前先測(cè)量本底并對(duì)模體進(jìn)行校準(zhǔn)，隨后利用模體采集照射劑量，將ArcCheck 軟件系統(tǒng)重建的結(jié)果與計(jì)劃系統(tǒng)導(dǎo)出的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。利用γ 分析方法驗(yàn)證絕對(duì)劑量通過率，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為3 mm/3%，計(jì)劃通過率均需≥90%。

1.6 擺位誤差統(tǒng)計(jì)

Synergy 加速器采用X 射線容積成像（X-ray volume imaging，XVI）驗(yàn)證系統(tǒng)，Halcyon 加速器采用迭代錐形束CT（iterative cone beam CT，iCBCT）驗(yàn)證系統(tǒng)。使用體位驗(yàn)證影像與定位CT 影像進(jìn)行配準(zhǔn)，并記錄2 幅圖像在左右（X）、頭腳（Y）、上下（Z）方向的體位誤差值。

1.7 治療效率統(tǒng)計(jì)

在放療計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)劃評(píng)估界面查看并統(tǒng)計(jì)各射野的機(jī)器跳數(shù)信息。記錄加速器出束時(shí)間作為計(jì)劃執(zhí)行時(shí)間，記錄患者擺位到治療結(jié)束時(shí)間作為總的治療時(shí)間。

1.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

通過SPSS 24.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，并對(duì)所有數(shù)據(jù)采用Shapiro-Wilk 法進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)。符合正態(tài)分布的定量資料采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，以均值±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示；不符合正態(tài)分布的資料采用非參數(shù)檢驗(yàn)中的ManWhitneyU檢驗(yàn)，以中位數(shù)（四分位數(shù)）表示。P＜0.05 表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量比較

2 組計(jì)劃劑量分布圖及劑量體積直方圖（dosevolume histogram，DVH）如圖1 所示，靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2 所示。劑量分布均滿足臨床需求。Halcyon 組靶區(qū)適形性優(yōu)于Synergy 組，其CI 高于Synergy 組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001）。Halcyon組靶區(qū)均勻性也同樣優(yōu)于Synergy 組，其HI 小于Synergy 組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001）。從劑量分布圖中也可以看出靶區(qū)內(nèi)高劑量區(qū)Halcyon 組小于Synergy 組，此結(jié)果與HI 統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致。此外，Halcyon 組GI 小于Synergy 組（P＜0.001），劑量跌落相較于Synergy 組更快。

圖1 2 組劑量分布圖及DVH

圖2 2 組靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.2 危及器官劑量比較

危及器官吸收劑量是評(píng)價(jià)計(jì)劃質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是影響宮頸癌放療療效的重要因素。宮頸癌放療涉及到的重要危及器官小腸、直腸、膀胱、股骨頭、脊髓的劑量學(xué)評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3 所示。Halcyon 組小腸V20、V30、V40、V50及Dmean均低于Synergy 組（P＜0.05），Dmax差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。Halcyon 組直腸V20、V30及Dmean小于Synergy 組（P＜0.05），V40、V50結(jié)果相近，差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。Halcyon組膀胱Dmean及V20、V30小于Synergy 組（P＜0.01），V40、V50差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。Halcyon 組兩側(cè)股骨頭V30和V40以及Dmean均小于Synergy 組（P＜0.01），V20和V50差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

圖3 2 組部分重要危及器官的劑量學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.3 劑量分布驗(yàn)證比較

利用ArcCheck 三維劑量驗(yàn)證模體對(duì)2 種加速器進(jìn)行劑量分布驗(yàn)證，以檢測(cè)計(jì)劃的照射量與實(shí)際劑量是否一致，結(jié)果如圖4 所示。Halcyon 組γ 通過率要高于Synergy 組，差異具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。此外，從圖中可以看出Halcyon 組γ 通過率結(jié)果離散度低于Synergy 組，表明Halcyon 加速器穩(wěn)定性較好，對(duì)復(fù)雜計(jì)劃也能保持較好的調(diào)制能力。

圖4 2 組劑量分布驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.4 擺位誤差比較

擺位誤差即治療體位與參考體位的位置差異。2組擺位誤差比較見表1。Halcyon 組與Synergy 組在X、Y、Z方向的擺位誤差差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

表1 2 組擺位誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果（±s）單位：cm

表1 2 組擺位誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果（±s）單位：cm

組別X 方向Y 方向Z 方向Synergy 組0.26±0.150.37±0.110.20±0.11 Halcyon 組0.24±0.160.33±0.170.22±0.16 t 0.313 30.718 80.478 9 P 0.756 7-0.499 50.621 8

2.5 治療效率比較

高效率的放療能夠?yàn)榛颊邘砀玫闹委燇w驗(yàn)，而且能提高設(shè)備的利用效率，縮短患者治療時(shí)間，能更好地保障放射防護(hù)。更高的計(jì)劃執(zhí)行效率和高劑量率還可以降低患者治療過程中產(chǎn)生誤差的可能性，減少散射線和漏射線對(duì)患者帶來的額外輻射。本研究通過統(tǒng)計(jì)2 組計(jì)劃的機(jī)器跳數(shù)、計(jì)劃執(zhí)行時(shí)間以及患者總的治療時(shí)間來分析不同機(jī)器的治療效率。如圖5 所示，2 組機(jī)器跳數(shù)差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），而在計(jì)劃執(zhí)行時(shí)間和總的治療時(shí)間方面Halcyon 組遠(yuǎn)小于Synergy 組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001）。

圖5 2 組治療效率統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3 討論

宮頸癌是臨床常見的病種之一，發(fā)病率高，放療是其主要的治療手段，約有70%及以上病例在治療過程中需采用放療，放療的臨床療效已得到既往研究肯定[11-12]。更好的劑量分布是影響放療療效的關(guān)鍵因素，“三精”放療已是當(dāng)前的必備要素。新的放療技術(shù)和設(shè)備不斷更新，推動(dòng)了“三精”放療的發(fā)展，從而使放療變得更加安全高效。Halcyon 加速器最新的雙層MLC 錯(cuò)位設(shè)計(jì)具有更高的適形性和更好的計(jì)劃調(diào)制能力，其劑量率可達(dá)到800 MU/min，機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度為2 r/min ，MLC 運(yùn)動(dòng)速度為5 cm/s，使得4 全弧計(jì)劃執(zhí)行時(shí)間僅為132 s[13]。與常規(guī)C 型臂加速器2 弧平均時(shí)間150 s、9 野IMRT 平均時(shí)間768 s 相比，治療時(shí)間明顯縮短，降低了患者內(nèi)部器官運(yùn)動(dòng)誤差的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)進(jìn)一步提高了患者治療的舒適度[14-15]。由于Halcyon 加速器臨床應(yīng)用時(shí)間不久，相較于其他機(jī)器研究數(shù)據(jù)相對(duì)缺乏，同時(shí)不能做非共面旋轉(zhuǎn)照射，在治療床左右兩側(cè)移動(dòng)空間較小等方面還存在一定的局限性。此外，Halcyon 加速器現(xiàn)已升級(jí)至3.0版本，每一次版本的升級(jí)都伴隨著重要硬件性能的改變，所以現(xiàn)有數(shù)據(jù)仍需要不斷研究更新。

本文從劑量學(xué)分布、γ 通過率、擺位誤差、治療效率方面對(duì)Synergy 加速器與Halcyon 加速器2 種不同放療設(shè)備進(jìn)行對(duì)比分析。研究表明，2 種設(shè)備均能滿足臨床治療需求。在劑量學(xué)分布方面，Halcyon 組的劑量分布略優(yōu)于Synergy 組，其靶區(qū)適形性、均勻性以及劑量跌落方面優(yōu)于Synergy 組，部分重要危及器官的受量也低于Synergy 組，表明Halcyon 組在達(dá)到同樣的腫瘤治療效果的同時(shí)對(duì)部分危及器官做到了更好的保護(hù)，為取得更好的療效和愈后奠定了基礎(chǔ)。Li 等[16]通過對(duì)Halcyon 加速器和Synergy 加速器IMRT 治療宮頸癌的計(jì)劃進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)采用Halcyon 加速器靶區(qū)GI、CI 和HI 均有不同程度的改善，而危及器官受量進(jìn)一步降低，這可能與Halcyon加速器0.47%的穿射因子有關(guān)[17]，與本研究是一致的。另外，本研究對(duì)2 種設(shè)備的計(jì)劃劑量與實(shí)際劑量分布進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)果顯示Halcyon 組計(jì)劃γ 通過率高于Synergy 組，擁有更好的劑量準(zhǔn)確性。此結(jié)果表明使用Halcyon 加速器在宮頸癌術(shù)后放療中可以減小發(fā)生副反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步提高腫瘤的治療效果。

由于Halcyon 加速器獨(dú)特的環(huán)形機(jī)架設(shè)計(jì)，患者治療時(shí)須通過移床使定位中心與治療中心保持一致，此過程增加了擺位誤差的可能性。本研究結(jié)果表明2 種設(shè)備在患者擺位誤差上均小于0.5 cm 且差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明Halcyon 加速器在治療過程中定位中心到治療中心的自動(dòng)移床并未明顯增加擺位誤差。Halcyon 加速器還有一大特點(diǎn)就是具有高效的圖像引導(dǎo)系統(tǒng)，患者每次治療時(shí)強(qiáng)制100%圖像引導(dǎo)放療，并對(duì)每次治療的擺位誤差進(jìn)行修正，減小治療擺位誤差，從而提升了治療的安全性。治療時(shí)間一直是患者和醫(yī)生雙方都非常關(guān)注的問題，尤其是對(duì)于自身狀態(tài)較差或者行動(dòng)不便的患者，更短的治療時(shí)間和更高的治療效率將帶來更好的治療體驗(yàn)。Halcyon加速器將所有束流設(shè)備集成安裝在環(huán)形機(jī)架上，使其治療時(shí)機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度大大提升，錐形束CT 掃描時(shí)間最短縮短至15 s，治療時(shí)機(jī)架轉(zhuǎn)速達(dá)24°/s，可實(shí)現(xiàn)治療計(jì)劃完全自動(dòng)執(zhí)行[5]。李成強(qiáng)等[18]對(duì)Halcyon和Trilogy 2 種加速器在乳腺癌放療中的執(zhí)行效率比較發(fā)現(xiàn)，Halcyon 加速器計(jì)劃執(zhí)行時(shí)間為（3.01±0.28）min，Trilogy 加速器為（12.38±1.49）min，Halcyon 加速器大幅縮短了治療時(shí)間。本研究從機(jī)器跳數(shù)和計(jì)劃執(zhí)行時(shí)間上對(duì)Halcyon 和Synergy 2 種加速度的執(zhí)行效率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明Halcyon 加速器顯著縮短了患者的治療時(shí)間和計(jì)劃執(zhí)行時(shí)間，有更高的治療效率。祝起禛等[17]的研究表明，Halcyon 加速器相較于C 型臂加速器具有更大的平均子野面積和更小的子野面積變異系數(shù)，從而降低了計(jì)劃的復(fù)雜度，提高了計(jì)劃執(zhí)行效率，這與本文的研究結(jié)果是一致的。

本研究表明2 種放療設(shè)備用于宮頸癌術(shù)后IMRT中均能夠滿足臨床要求，但Halcyon 組與Synergy 組在計(jì)劃劑量分布和機(jī)器執(zhí)行效率上存在著一定差異，且相較于傳統(tǒng)Synergy 機(jī)型，Halcyon 加速器更具有一定的優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)集中表現(xiàn)為治療時(shí)間更短、工作效率更高，每次治療時(shí)100%圖像引導(dǎo)使得放療更加安全可靠。同時(shí)在宮頸癌IMRT 計(jì)劃中靶區(qū)的適形性、均勻性以及劑量跌落方面略優(yōu)于Synergy組，部分重要危及器官的受量低于Synergy 組。這些結(jié)論肯定了Halcyon 加速器在宮頸癌IMRT 中的應(yīng)用效果，為Halcyon 加速器的臨床應(yīng)用研究提供了一定的數(shù)據(jù)支持。

本研究仍然存在一定的局限性，Halcyon 加速器臨床應(yīng)用還比較短暫，軟件升級(jí)還在不斷完善中，物理劑量學(xué)的指標(biāo)獲益需要從臨床療效來進(jìn)行驗(yàn)證。因此，本研究后續(xù)還將從患者治療效果、治療副反應(yīng)等方面來對(duì)臨床療效作進(jìn)一步的研究，以便于為宮頸癌臨床治療提供更全面、更優(yōu)質(zhì)的參考。