动态适形弧放射治疗与容积旋转调强放射治疗在非小细胞肺癌立体定向放射治疗中的剂量学差异

魏鹏，叶书成，刘卫东，杨君东，王梦雅，吕敏，王丽芳（通信作者）

1 济宁医学院附属医院肿瘤科（山东济宁 272000）；2 济宁医学院临床医学院（山东济宁 272067）

肺癌是临床上最常见的恶性肿瘤。我国每年新发肺癌病例已近80万例，而死亡病例高达60余万例，该病已成为我国发病率与病死率均最高的癌症[1-2]。有研究显示，约85%的肺癌为非小细胞肺癌[3]。临床对早期非小细胞肺癌患者首选根治性手术治疗，但对于不能手术或不愿手术的患者，放射治疗则是标准的治疗手段[4]。近年来，立体定向放射治疗（stereotactic body radiation therapy，SBRT）已成为早期非小细胞肺癌患者的常用治疗方法，可精确地消融肿瘤，同时最小化危及器官的损伤。目前，临床主要采用容积旋转调强放射治疗（volumetric modulated arc therapy，VMAT）技术进行SBRT[5-7]，但VMAT实施过程中多叶准直器、患者运动与机架角度等相互影响可导致治疗精度的不确定性。近年来，动态适形弧放射治疗（dynamic conformal arc therapy，DCAT）被广泛用于各种肿瘤的治疗中[8-10]。本研究选取15例非小细胞肺癌患者，比较了DCAT与VMAT在非小细胞肺癌SBRT中的剂量学差异，以期为非小细胞肺癌患者放射治疗技术的临床选择提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2016年1月至2020年1月于济宁医学院附属医院接受放射治疗的15例非小细胞肺癌患者，其中男8例，女7例；年龄52～86岁，平均（68±11）岁；左侧肺癌5例，右侧肺癌10例；靶区体积5.46～76.11 cm3，平均（32.68±22.73）cm3；所有患者均经病理检查确诊，无纵隔淋巴结转移。

1.2 方法

1.2.1 CT 模拟定位与靶区勾画

所有患者均取仰卧位，双手臂交叉抱肘放于额前，使用立体定向固定体架、真空负压袋和腹压板（腹压板压至腰肋三角下30 mm 左右）进行体位固定；在患者平静呼吸下使用荷兰飞利浦公司大孔径CT 模拟定位机进行全时相（10个时相）四维CT 扫描，扫描范围从环状软骨至第12胸椎，包括全胸廓的所有区域，扫描厚度和层间距均为3 mm，扫描结束后将CT 图像以Dicom 格式传输至Monaco5.11.03治疗计划系统；最终由高年资放射治疗医师在肺窗下勾画各时相的肿瘤靶区（gross target volume，GTV）并生成内靶区（internal target volume，ITV），将ITV 外放5 mm 生成计划靶区（plan target volume，PTV），并勾画双肺、患侧肺、健侧肺、心脏、脊髓、肋骨、食管、大血管、气管树等危及器官。

1.2.2 计划设计

采用瑞典医科达公司Monaco5.11.03 治疗计划系统分别对15 例非小细胞肺癌患者进行DCAT 和VMAT 计划设计，过程中使用医科达Versa HD 直线加速器，射线能量选择6 MV FFF，剂量率均为1400 MU/min。DCAT 计划：以PTV 为治疗等中心，治疗角度为220°单弧照射，选择可变剂量率与子野形状优化等。VMAT 计划：选择与DCAT计划相同的治疗等中心，同样的治疗角度，双弧照射。计算网格与统计不确定度选择2 mm 和1%，PTV 与危及器官的优化参数均相同。PTV 的处方剂量为48 Gy/4 f，单次剂量为12 Gy。处方剂量覆盖95%的靶区体积，90%的处方剂量至少覆盖99%的靶区体积，危及器官剂量限制参考AAPM TG101号报告[11]。

1.3 计划评估

对每例患者的DCAT计划与VMAT计划均采用下列参数进行评估：PTV 最大剂量（Dmax）、平均剂量（Dmean）、最小剂量（Dmin）、适形度指数（conformity index，CI）[12-13]和50%处方剂量线包围的所有体积与PTV体积之比（R50%），R50%值越小越好，双肺Dmean、V20（%）、V13.5（cm3）、V12.5（cm3）和V5（%），患侧肺Dmean、V20（%）和V5（%），健侧肺V5（%），其他各危及器官最大剂量Dmax，以及计划计算时间、机器跳数、控制点数和出束时间等，其中C I=（T VPI）2/（TV×VPI）（TVPI为处方剂量线所包围的靶体积，TV表示靶体积，VPI表示处方剂量线包围的所有区域的体积，CI值的范围为0～1，越接近1说明靶区适形度越好）。

1.4 统计学处理

2 结果

2.1 PTV 剂量分布

两组计划得到的PTV 剂量参数均能满足临床要求。两组PTV 剂量比较，DCAT 计划的Dmax与Dmean均高于VMAT 计划，差异有统计学意义（P＜0.05）；DCAT 计划靶区剂量的Dmin稍高于VMAT计划，但差异无统计学意义（P＞0.05）；VMAT 计划的CI、R50%均优于DCAT 计划，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 两组计划的PTV 剂量分布比较（）

表1 两组计划的PTV 剂量分布比较（）

注：DCAT 为动态适形弧放射治疗，VMAT 为容积旋转调强放射治疗，PTV 为计划靶区，CI 为适形度指数

2.2 危及器官剂量分布

两组计划得到的危及器官剂量参数均能满足临床要求。两组危及器官剂量比较，DCAT 计划的双肺Dmean、V20、V13.5、V12.5均高于VMAT 计划，患侧肺的Dmean、V20、V5均高于VMAT 计划，肋骨和气管树的Dmax均高于VMAT 计划，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表2 两组计划的危及器官剂量分布比较（）

表2 两组计划的危及器官剂量分布比较（）

注：DCAT 为动态适形弧放射治疗，VMAT 为容积旋转调强放射治疗

2.3 计算时间、机器跳数、控制点数和出束时间

DCAT 计划的计算时间、出束时间均短于VMAT 计划，机器跳数、控制点数均低于VMAT 计划，差异有统计学意义（P＜0.05），见表3。

表3 两组计划计算时间、机器跳数、控制点数和出束时间比较（）

表3 两组计划计算时间、机器跳数、控制点数和出束时间比较（）

注：DCAT 为动态适形弧放射治疗，VMAT 为容积旋转调强放射治疗

3 讨论

非小细胞肺癌患者行SBRT 时，通常靶区体积小、分次次数较少且单次剂量较大，不可避免地会导致治疗时间较长。随着VMAT 技术的引入，与传统的调强适形放射治疗（intensity modulated radiotherapy，IMRT）技术相比，治疗时间明显缩短。但由于需要大量的小子野来调制光束，VMAT实际治疗过程中受多叶准直器运动、患者呼吸运动、机架旋转与靶区之间复杂的相互影响可能会出现脱靶的情况[14]。因此，在患者实施治疗前和治疗过程中需要对VMAT 计划进行较为严格的质量保证。

DCAT 将多叶准直器的适形能力与旋转弧形射束相结合，从而产生适用于肿瘤靶区部位的持续改变的剂量分布。此技术可以使多叶准直器叶片在机架旋转过程中不断更新以适形靶区体积并同时保护靶区周边危及器官。医科达Monaco 治疗计划系统在传统DCAT 基础上增加了子野形状优化和可变剂量率两个选项。子野形状优化是在子野进行初始排序后改进了子野形状，以满足靶区周围危及器官的约束条件[15]；且子野形状优化增强了计划质量，缩短了出束时间，减少了子野数量。可变剂量率是指允许机架旋转速度和剂量率变化，在一定程度上增加了放射治疗计划的调制能力。

Moon 等[16]针对肝癌患者的SBRT 研究表明，DCAT 虽然在正常肝脏的V30、V20和V10明显高于VMAT，但是两种治疗技术均能满足放射治疗肿瘤协作组（Radiation Therapy Oncology Group，RTOG）关于SBRT 的相关协议；DCAT 在计算时间、机器跳数和出束时间方面明显优于VMAT，是VMAT 的一个有效替代方案。Stathakis 等[17]的研究也表明，DCAT 在肝癌和肺癌患者的SBRT 中可以获得与VMAT 相似的剂量结果，同时在危及器官与靶区重叠区域DCAT 可以获得更低的剂量。

本研究中，DCAT 计划在危及器官剂量方面不优于VMAT 计划，与Thaper 等[18]的研究结果相似。虽然在适形度和剂量梯度等方面DCAT 计划不如VMAT 计划，但是DCAT 计划具有以下优势：DCAT计划可以抵消多叶准直器相互作用的影响，在整个治疗过程中靶区都保持在治疗射野内；DCAT 计划在非均匀区域的计算敏感度比VMAT 小，在计算时间、机器跳数、控制点数和治疗时间方面优于VMAT 计划。本研究结果显示，DCAT 计划的平均出束时间比VMAT 计划快1 min，而机器跳数和控制点的减小、治疗时间的缩短可以更好地帮助患者保持治疗体位和控制呼吸，从而提高治疗的精度和患者的舒适度。因此，对于一些协调性差、呼吸控制困难或耐受能力有限的患者，应优先考虑采用DCAT。此外，更少的机器跳数和更短的治疗时间可以减少多叶准直器的漏射剂量和直线加速器的负荷，降低直线加速器损耗，延长设备使用寿命。

综上所述，对非小细胞肺癌患者采用DCAT 和VMAT 两种技术进行SBRT，均能获得比较满意的靶区剂量分布，VMAT 计划对于危及器官的保护更好，DCAT 计划在计算时间、机器跳数、控制点数和出束时间方面更具优势。