0   引言

肺癌为当今世界范围内常见的恶性肿瘤之一，其发病率在我国及全球占恶性肿瘤的首位^[1-2]。固定野调强放疗（intensity-modulated radiotherapy, IMRT）及弧型容积旋转调强放射治疗（volumetric modulated arc therapy, VMAT）是目前常用的两种肺癌放射治疗技术^[3]。VMAT计划受多种因素影响^[4]，如弧度范围和个数、优化参数以及物理师主观及技术水平等。同时，靶区的大小、位置、复杂程度，对治疗计划的结果都可能产生显著影响^[5]。虽然大部分研究显示^[6-9]VMAT较IMRT技术具有显著的剂量学优势，然而部分肿瘤的相关研究并未显示有明显的剂量学优势，甚至在部分肿瘤中无剂量学优势^[10-12]。

目前在不同肿瘤中是选择IMRT还是VMAT技术，以及合适的VMAT参数设置如单弧或双弧计划选择、弧度范围等问题上，仍然没有定论。因此，临床医生根据恶性肿瘤的部位、形状以及周围正常组织，选择合适的治疗技术、计划系统参数均需要进一步研究。

肺癌中IMRT与VMAT各研究之间病灶大小、形状及复杂程度并不完全一致。为更精准治疗，本研究拟比较在具有球形或类球形病灶的早期周围型肺腺癌患者中单弧VMAT和5野dIMRT技术的剂量学差异，为临床选择合适的治疗技术提供理论依据，并同时尝试探索单弧VMAT技术在此类患者适宜的弧度范围。

1   资料与方法

1.1   临床资料

收集2016年8月—2018年3月青岛市中心医院收治的具有球形或类球形肿瘤病灶的早期周围型肺腺癌患者32例，其中男12例，女20例，年龄63~84岁，中位年龄为75岁。肿瘤病灶均经病理学证实为肺腺癌。按照2017年第8版国际抗癌联盟（UICC）肺癌临床分期标准，32例均为Tl/T2N0M0早期周围型肺腺癌患者，肿瘤大小为1.2~5.0 cm，PTV靶区体积为56.4~198.3 cm³。

1.2   仪器设备

德国西门子公司大孔径定位CT，瑞典医科达公司Axesse直线加速器，Monaco 5.1治疗计划系统（TPS）。

1.3   体位固定及CT模拟机定位

所有患者取仰卧位，双手臂交叉置于额前，行热塑模固定。扫描范围：上至环状软骨水平，下至肝脏下缘，层厚3 mm。将患者的CT图像传至放射治疗计划系统（TPS）。

1.4   靶区和OAR勾画

由放疗医师进行靶区和危及器官（OAR）的勾画。大体肿瘤靶区（GTV）：以CT模拟定位片（肺窗）显示的原发肿瘤大小为GTV，病变的短毛刺边缘包括在肺癌的GTV范围中；临床肿瘤靶区（CTV）：除非明确有肿瘤外侵的情况，常规是在GTV的基础上各方向均外扩8 mm，不超出解剖学边界，不预防照射淋巴引流区；计划肿瘤靶区（PTV）：在CTV基础上，按上、下、前、后、左、右方向各5 mm的摆位误差外放；PTV处方剂量：95%PTV 60 Gy/30 f，5次/周。危及器官：包括双肺（勾画时未减去靶区）、脊髓、心脏和食管。

1.5   治疗计划设计

采用MONACO 5.1TPS，对所选病例进行单弧180°及单弧360°VMAT与5野dIMRT治疗三种计划设计。三种计划处方剂量和OAR剂量限值保持一致。处方剂量：60 Gy/30 f（2 Gy/f）。OAR剂量限值：脊髓D_max < 40 Gy，食管D_max < 30 Gy，肿瘤患侧肺V₂₀ < 22%~30%（根据肿瘤大小适度调整），双肺V₂₀ < 15%，心脏D_max < 45 Gy、V₃₀ < 30%。

1.6   计划评估

比较：（1）PTV靶区：三种计划的剂量分布（DVH图），PTV的最大剂量（D_max），最小剂量（D_min），平均剂量（D_mean）以及靶区剂量均匀性指数（HI）、靶区适形度指数（CI）。参考国际放射单位和测量委员会（International Commission on Radiation Units and Measurements, ICRU）调强放射治疗的处方，记录和报告（2010年），定义为：HI=（D_2%-D_98%）/D_50%。D_2%为2%靶区体积所受的照射剂量，D_98%为98%靶区体积所受的照射剂量。D_2%约等于PTV的最大照射剂量，D_98%约等于PTV的最小照射剂量。D_50%表示50%的PTV体积所接受的照射剂量，约等于靶区的平均照射剂量。HI的值越大，计划的靶区剂量均匀性越差。靶区适形度指数：CI=V_T.ref/VT×V_T.ref/V_ref（V_T.ref为参考等剂量线所包绕的靶区体积，VT为PTV体积，V_ref为参考等剂量线所包绕的所有体积）。CI值在0~1之间，越接近1，该计划的剂量适形度越高。（2）危及器官：双肺及患侧肺接受30 Gy、20 Gy、10 Gy和5 Gy的体积百分比（V₃₀、V₂₀、V₁₀和V₅）和肺平均剂量（MLD），以及患侧肺接受50 Gy的体积百分比（V₅₀）；脊髓的D_min、D_max、D_mean；心脏接受30 Gy的体积百分比V₃₀、心脏1/3体积的照射剂量（D_1/3）；食管的D_mean。（3）机器跳数（monitor unit, MU）：为某一计划所有照射野MU的总和。

1.7   统计学方法

用SPSS19.0统计软件进行数据处理，对三种计划各剂量学指标进行单因素方差分析，然后再进行配对t检验的两两比较，P < 0.05为差异有统计学意义。

2   结果

2.1   靶区剂量分布比较结果

从DVH图等剂量线曲线分布显示，三组计划肿瘤靶区PTV的覆盖及适形度等均很好地满足临床剂量学要求，所有计划均达到处方剂量覆盖95%的靶体积，见图 1。

图  1  VMAT单弧180°、360°和5野dIMRT三种放疗计划DVH图

Figure  1  DVHs of single-arc 180° VMAT, single-arc 360° VMAT and 5-feld dIMRT

A: VMAT-single arc 180°; B: VMAT-single arc 360°; C: 5-field dIMRT; VMAT: volumetric modulated arc therapy; dIMRT: dynamic intensitymodulated radiotherapy.

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行单因素分析显示，虽然单弧360°VMAT计划中PTV的D_max、D_min、D_mean略有升高，但三组计划差异均无统计学意义（均P > 0.05），三组计划的HI、CI差异均无统计学意义（均P > 0.05），见表 1。

表  1  VMAT单弧180°、360°和5野dIMRT三种放疗计划PTV剂量学参数比较

Table  1  Comparison of PTV dosimetric parameters among three groups

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2.2   危及器官剂量学比较结果

（1）双肺及患侧肺：双肺MLD、V₅、V₁₀、V₂₀及患侧肺MLD、V₅、V₁₀、V₂₀在5野dIMRT组均低于其他两组单弧VMAT计划，差异均有统计学意义（均P < 0.05）。单弧360°VMAT组患侧肺MLD、V₅、V₁₀、V₂₀稍高于单弧180°VMAT组，两组比较差异均有统计学意义（均P < 0.05），见表 2~3。

表  2  三组计划危及器官剂量学参数

Table  2  Comparison of dosimetry parameters of organs risk(OARS) among three groups

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表  3  三组计划危及器官剂量学参数组间两两比较

Table  3  Comparison of dosimetry parameters of OARs among three groups

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（2）脊髓：三组计划的脊髓受照剂量均能满足临床剂量学要求，均未超过45 Gy。行单因素分析显示三组计划之间D_max差异均无统计学意义（均P > 0.05），但5野dIMRT组脊髓D_mean最小，单弧360°VMAT组最大，三组之间比较差异均有统计学意义（均P < 0.05），见表 2~3。

（3）心脏：三组计划的心脏V₃₀、D_1/3间差异均无统计学意义（P > 0.05），见表 2~3。

（4）食管：5野dIMRT组食管D_mean最小，单弧360°VMAT组最大（均P < 0.05），单弧180°VMAT组与单弧360°VMAT组之间比较差异均无统计学意义（P > 0.05），见表 2~3。

2.3   机器跳数（MU）比较结果

单弧180°VMAT（618.75±107.21）和单弧360°VMAT计划组（643.52±110.43）均较5野dIMRT组MU（730.76±100.54）明显减少，单弧180°VMAT较单弧360°VMAT计划组MU稍有减低。单因素分析显示三种计划的MU间差异有统计学意义（P=0.009），进一步进行两两比较显示：三组计划之间比较差异均有统计学意义（均P < 0.05），见表 4。

表  4  三组计划机器跳数(MU)组间两两比较

Table  4  Pairwise comparison of monitor unit(MU) among three groups

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3   讨论

放射治疗是肺癌的标准治疗手段之一^[13]，随着放疗技术的不断发展，其地位越来越重要。IMRT技术是在3DCRT放疗的基础上发展的较为先进的精确放疗技术，VMAT本质上也是IMRT的一种^[14]，二者均可形成较好的肿瘤物理放射剂量分布，在显著提高肿瘤病灶照射剂量的同时，能够更好地保护周围正常器官^[3]。

国内外大部分研究^{[9, 15-17]}显示，VMAT在肺癌中靶区适形度及剂量均匀性均优于IMRT。然而，二项对周围型肺癌的研究^[18-19]显示，静态IMRT与VMAT计划的靶区适形度及剂量均匀性相似。本研究结果与该两项研究结果类似。本研究中的所有计划均达到处方剂量要求，三组计划肿瘤靶区PTV的靶区适形度及剂量均匀性等很好地满足临床剂量学要求。但三组之间HI、CI差异无统计学意义（均P > 0.05），说明对于周围型肺癌患者，规则的小病灶在靶区适形度及剂量均匀性上，单弧VMAT与IMRT相比并无优势；弧度的增加并未显示出靶区适形度及剂量均匀性的优势。其原因可能是：球形病灶形状规则，非常容易实现靶区剂量适形及分布均匀，所以，VMAT技术在靶区适形度及剂量均匀性上的优势无法显现。Guckenberger等^[20]在模型上的剂量学研究也显示，对于简单靶区，IMRT与单弧VMAT技术大致相当。

肺癌的放射治疗过程中会危及多种器官，如：肺、脊髓、食管、心脏等，其中放射性肺损伤是肺癌放射治疗中最关注的问题^[21]。国内外研究显示^[22]，VMAT在肺癌中对危及器官保护优于IMRT，但双肺低剂量区（V₅、V₁₀）受照剂量增加。但本研究显示出不同的结果，5野dIMRT组的双肺D_mean、V₅、V₁₀、V₂₀及患侧肺D_mean、V₅、V₁₀、V₂₀均低于其他两组单弧VMAT（均P < 0.05），单弧360°VMAT组在患侧肺D_mean、V₅、V₁₀、V₂₀稍高于单弧180°VMAT组。本研究提示，5野dIMRT在规则的小病灶上对双肺及患侧肺组织的保护优于单弧VMAT。单弧VMAT技术，随着弧度的增加，靶区的适形度及剂量均匀性并未显著改善，反而增加了正常肺组织的损伤。可能由以下原因导致：对于规则的小病灶，靶区剂量分布非常容易实现，5野dIMRT技术有限的几个射野即可满足需求，从而正常肺组织受照少。而VMAT技术本身射野广泛，所以正常肺组织受照较多。在脊髓、心脏及食管的保护上，三组计划均能达到临床需求。在脊髓保护上，单弧180°VMAT相对优于单弧360°VMAT。与既往研究不同，在脊髓及食管的平均受照量上，三组间5野dIMRT显示出较好的优势。但是，脊髓及食管的容积效应并不明确，故平均剂量的减少是否能转化为临床获益还需进一步研究。

既往研究均证明VMAT能够明显减少MU^[4-19]。MU减少，意味着减少了散射线和漏射线，可能减少辐射诱导的第二肿瘤的发生^[23]。本研究也显示单弧VMAT组均较5野调强dIMRT组MU明显减少，其中单弧180°VMAT较单弧360°VMAT计划组MU稍有减少。

肿瘤靶区的大小、位置及复杂程度，对治疗计划的结果都可能产生显著影响；VMAT计划的优化参数多变，且极易受到物理师主观因素以及放疗实施设备的影响^{[9, 24]}。所以，相对于IMRT，VMAT的设计还需要进一步研究以提供更客观的证据，同时也要求物理师总结和积累经验，制定最佳的VMAT计划。

综上，对于具有球形或类球形肿瘤病灶的早期周围型肺腺癌患者，首选5野dIMRT；就单弧VMAT计划而言，首先考虑弧度为180°。但是，目前临床对于dIMRT与VMAT治疗早期肺癌临床疗效对比的相关报道不多，对于相关治疗计划的剂量学上的优势能否最终转化为临床获益，仍需进一步临床研究证实。