2016, Vol. 36
立体定向放疗(SBRT)是一种少分次(1～5次)、大剂量的放疗实施技术，对早期肺癌已具备较好的疗效[1-3]。然而，由于肺部存在生理性呼吸运动，客观上对SBRT技术的实施提出严峻的挑战[4]。当前临床应对的主要治疗技术有参考膈肌呼吸运动的自由呼吸状态、四维CT(4D-CT)、主动呼吸控制(ABC)、深吸气屏气(DIBH)、目标追踪等方案。其中，准确确定肿瘤靶区体积，降低正常肺组织照射剂量和正常组织并发症概率(NTCP)，是解决呼吸运动影响肺部肿瘤疗效的关键所在。本研究分别采用上述两种技术，对同组肺部肿瘤患者回顾性研究ABC和4D-CT技术在肺部肿瘤立体定向放射治疗中的应用。
资料与方法1. 一般临床资料：选取10例肺部恶性肿瘤患者，其中男性9例，女性1例，中位年龄45岁(26～66岁)。原发肺癌4例(肺上叶1例，肺下叶3例)，其余6例为其他部位肿瘤肺转移患者，10例患者均为孤立、小体积(10例患者肿瘤体积为0.24～10.53 cm3，均值为3.83 cm3)、实体肿瘤。入组标准：所有患者行深吸气屏气-主动呼吸控制方式放疗，肺功能均良好，能通过至少40 s的屏气训练。
2. ABC系统使用：指导患者深呼气后屏气[5]，使用瑞典Elekta 公司生产的ABCTM系统进行呼吸控制定位。本研究所实施的 ABC是通过主动呼吸控制 ABC 的 DIBH[6]。CT定位时患者口含呼吸接嘴、戴鼻夹，定位技师从外接电脑上观察患者呼吸曲线，屏气触发阈值设定为呼吸曲线峰值75%，屏气时间一般设定为40 s，待患者呼吸均匀后令患者按下控制手柄，曲线峰值达触发阈值开始制动呼吸，当曲线变为直线，开始CT扫描，治疗时采用相同的过程。
3. 4D-CT扫描：使用德国西门子公司生产的SOMATOM Definition AS+型号的64排定位CT扫描，在患者腹部放置日本安在医疗公司生产的AZ-733V型号的呼吸门控装置监测患者的呼吸状态，待呼吸曲线平稳后，利用后门控技术获取呼吸曲线的10个相位。
4. 模拟定位与图像扫描：患者取仰卧位，双手交叉抱肘，手握ABC安全手柄，用真空袋固定体位，在体模及体表标出相应参考点，保证患者与体模相对固定。参考于同一CT层面下分别行ABC控制，4D和自由呼吸(FB)状态下CT扫描，获得FB-CT、4D-CT和ABC-CT图像后传至加拿大飞利浦公司生产的Pinnacle3 9.8版本的治疗计划系统。
5. 靶区勾画和放疗计划设计：在FB-CT、ABC-CT、4D-CT和4D-CT时相中吸气末CT0(4D-CT0)4组计划上分别勾画肿瘤靶区体积(GTV)和危及器官，然后用荷兰Molenstraat公司的MIM Vista 6.2进行形变配准自动勾画其他时相影像GTV和危及器官，医生检查并修改自动勾画与真实情况有误差的地方。GTV外扩形成临床靶区体积(CTV)，CTV上考虑呼吸运动形成内靶区体积(ITV)，其中，在FB-CT上参考模拟定位机上所测膈肌呼吸运动度生成ITV，利用MIM Vista将4D-CT的10个时相序列进行时间加权的平均密度投影生成4D平均图像(Mean IP-CT)，之后将10个时相序列与Mean IP-CT分别进行刚性骨配准，最后将10个时相序列的CTV叠加于Mean IP-CT生成ITV；而4D-CT时相序列中的吸气末CT0(模拟美国瓦里安公司实时位置管理系统RPM)和ABC-CT因使用呼吸控制技术，此处认为呼吸运动为零[6]；ITV均匀外扩5 mm形成计划靶区体积(PTV)。采用9个三维适形野，分别设计FB-CT、4D-CT、4D-CT0和ABC-CT的SBRT计划，处方剂量均为48 Gy/4次，以中心点剂量的80%作为处方剂量。
6. 评价指标：统计并分析4种治疗计划的双肺体积(V)、GTV和PTV，通过剂量-体积直方图(DVH)评价双肺接受5和20 Gy照射百分体积(V5、V20)和平均肺剂量(MLD)，并应用Lyman模型计算并评价4组治疗计划肺的正常组织并发症概率(NTCP)[7]。其中，Lyman模型用于计算肺组织NTCP，具体参数包括：体积效应因子，取近似值1；NTCP剂量效应曲线斜率，取近似值0.2；标准治疗5年放射损伤患者不超过50%的最大损伤剂量TD50/5取21.5 Gy。与此同时，对4组计划进行适形度指数(CI)和均匀性指数(HI)评价[8-9]。
7. 统计学处理：数据以x±s表示。采用SPSS 19.0软件统计进行统计学分析，分别对4组计划进行两两配对t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。
结果1.10例患者不同评价指标比较：10例患者4组计划相关评价指标结果列于表 1。由表 1可知，与FB-CT计划相比，ABC-CT计划的V、PTV、V5、V20、MLD和NTCP分别减少51.48%、-65.34%、-42.64%、-56.62%、-40.22%和-98.53%(t=-7.14、6.16、2.97、4.35、4.82和5.93，P＜0.05)；4D-CT计划的PTV、V5、V20、MLD和NTCP分别减少-40.14%、-16.90%、-37.16%、-17.85%和-90.96%(t=3.22、0.54、0.66、0.59和2.99，P＜0.05)；4D-CT0计划的PTV、V5、V20、MLD和NTCP分别减少-68.98%、-30.21%、-48.49%、-37.45%和-95.82%(t=5.46、1.65、1.32、2.04和4.78，P＜0.05)；4D-CT和4D-CT0双肺体积差异均无统计学意义(P＞0.05)。
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表 1 4组计划不同参数比较(x±s) Table 1 Compared different parameters of four groups plan(x±s) |
2. 适形度和均匀性指数：4组计划的CI分别为0.77±0.06、0.85±0.02、0.79±0.05和0.82±0.03，HI分别为0.07±0.03、0.06±0.01、0.07±0.02和0.06±0.02，组间数据比较，结果差异均无统计学意义(P＞0.05，表 1)。
3. 1例患者4组计划剂量线：1例肺部肿瘤患者的4组放疗计划横断面、矢状面剂量曲线如图 1所示。本研究肿瘤放疗计划遵循同一患者靶区处方剂量，靶区剂量适形性和均匀性基本一致，即同一患者不同图像中靶区所接受剂量、靶区适形度和靶区剂量均匀性基本一致。
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图 1 1例肺部肿瘤4组放疗计划剂量曲线 注：FB-CT. 自由呼吸状态下CT扫描； ABC-CT. 深吸气屏气-主动呼吸控制下CT扫描； 4D-CT. 四维CT扫描；4D-CT0. 4D-CT时相中吸气末时相CT扫描 Figure 1 Case of lung cancer four radiotherapy dose curve |
讨论
自由呼吸是一种简单的、没有运用呼吸控制的三维处理方式，而使用ABC技术能够有效地降低放射治疗过程肺部组织的非自主性呼吸运动。患者通过气流控制装置进行呼吸，由于气流的压强和呼吸周期的对应关系，可利用计算机自动检测气流压强的变化确定对应的呼吸周期中特定呼吸时相，当达到放射实施要求的治疗相位时切断气流，患者停止呼吸，加速器出束开始治疗[10]。Dawson等[11]、 Kashani等[12]、 Wang等[13]的研究表明，ABC技术具有可靠的分次内和分次间重复性。使用ABC技术获得的CT影像图像清晰，在采集图像时，患者无呼吸运动，减少了CT图像的运动伪影，便于放疗医师准确地确定肿瘤区域，同时显著缩小PTV体积，从而提高靶区剂量，降低肺组织和心脏的剂量，减少正常组织的不良反应[14-18]。剂量学上明显优于FB和4D，也略优于4D-CT0。此外，立体定向放射治疗出束时间较长，而ABC技术需要在特定呼吸曲线的时相执行，对患者屏气能力要求较高。本研究所选取患者肺功能较好，单次屏气时间一般设定为40 s，若单野出束所需时间超过40 s，则将其分为多次分别出束治疗，需要耗费较多的执行时间，在肿瘤中心任务繁忙时可能无法承担这样的时间消耗。
4D-CT技术仍要求患者具有规律的呼吸周期曲线[19-21]。4D-CT虽能够精准地反映肿瘤在呼吸过程中的运动情况，但最后仍基于三维图像进行计划设计，4D-CT是一种较复杂而精确的、没有运用呼吸控制的处理方式，由本研究得出其剂量学较ABC技术并无优势。因此，在实际的临床实践中，ABC和4D-CT技术互为补充。对于肺功能好、依从性好的患者，ABC技术较4D-CT技术在解剖形态学和剂量学上都显示出优势，推荐这类患者使用ABC技术。而对不能耐受ABC的患者，4D-CT技术提供了可行的选择。
CT0模拟了瓦里安实时位置管理系统，在特定深吸气末状态实施治疗的门控方法，这是呼吸控制策略的一种，此方法不需考虑呼吸运动带来的不确定性，较4D-CT方法降低了PTV的范围，较ABC方法不需考虑患者的耐受因素，只要患者的呼吸运动是规律的均可实施该技术。CT0实施时需要精确的加速器出束控制系统和呼吸状态监测装置联动，增加了技术的复杂性，因此，需要额外的质量控制措施。而且，CT0方法尽在吸气末状态执行，且患者停留在该状态的时间有限，较ABC和4D-CT方法其执行效率是最低的。
综上可知，ABC以其双肺体积大，计划靶区小，使得在靶区受量一致的情况下，剂量学上明显优于FB和4D-CT；CT0肺体积与4D-CT、FB基本一致，因其运用实时位置管理策略，剂量学上劣于ABC，但优于4D-CT和FB；4D-CT因其准确的考虑靶区呼吸运动位置，双肺体积无差异情况下，较小的PTV使得其剂量学上优于FB。4组治疗实施方法在技术上各有优缺，实际应用时要考虑患者的病情，治疗方案对技术的需求，患者对技术的耐受性及实施单位对技术的控制性等综合因素，做出最优化的治疗实施选择。
利益冲突 本研究所有的共同作者均于投稿前阅读并认可本研究内容，本研究不存在任何潜在的利益冲突作者贡献声明 杨露负责实验数据的收集和处理，并起草论文；张英杰和李光俊负责放疗计划设计及审核；王大奖和刘富博负责临床患者图像扫描和数据采集；柏森负责制定患者治疗方案并指导论文写作
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