2018, Vol. 38
立体定向放射治疗(stereotactic body radiation therapy，SBRT)是指对基于影像定义的颅外病灶以低分割(1～5次)、高剂量方式照射的精确放射治疗模式[1]，其优点有：分割次数少，治疗时间短[2]；单次剂量大，提高局部控制率和患者生存可能性[3]。因此，SBRT越来越多地应用于肺癌临床治疗。SBRT靶区剂量高，在临床实践中需谨慎评估计划的质量和剂量跌落程度以更好地保护正常组织[4]。适形指数用于评估治疗计划质量，到目前其计算公式已有10多种[3, 5-8]，但商业计划系统(TPS)常用的只有新适形指数(nCI)与常规适形指数(CI)两种。van′t Riet等[9]、Paddick[10]和Wagner等[11]认为CI指数不能准确反映靶区的覆盖程度及正常组织的受量情况；而nCI指数在上述两方面有较大地改善，但均未应用于临床计划验证。本研究依据北美放射肿瘤协作组(RTOG)0915报告[12]推荐的肺癌SBRT评价指标对两种适形指数对肺癌SBRT治疗计划质量的影响展开对比研究，为今后肺及其他病灶SBRT计划质量的评价提供剂量学参考。
资料与方法1.病例选择：回顾性选择2014至2017年于福建医科大学附属协和医院以SBRT技术治疗的19例周围型肺癌患者(男12例，女7例)。其中病灶位于右上肺、右下肺、右中肺、左上肺、左下肺、左中肺分别为5、4、2、4、3和1(5.2%)例；中位年龄54岁(39～65岁)，病灶中位计划靶区(PTV)体积38.4 cm3(7.3～141.0 cm3)。
2.仪器设备：美国GE公司大孔径模拟定位CT；美国瓦里安Trilogy直线加速器，配套60对多叶准直器(MLC)；美国瓦里安Eclipse 13.5治疗计划系统。
3.计划设计：模拟定位CT扫描层厚为5 mm，计划靶区(PTV)为肿瘤区(GTV)(由放疗医生勾画)在各个方向上外扩5 mm。每个计划均采取容积旋转调强放疗(VMAT)技术，患侧肺两个半弧0°～179°(顺时针)、179°～0°(逆时针)(左患侧肺)；0°～181°(逆时针)、181°～0°(顺时针)(右患侧肺)。剂量限值采用物理体积目标函数。剂量计算和优化算法分别采用AAA_13535(anisotropic analytical algorithm_13535)和PO_13535(parallel optimization_13535)，计算网格点为2.5 mm。本研究主要目的是比较两种适形指数对治疗计划质量的影响，故每例患者分别设计CI值与nCI值相等的两个计划(19例患者共设计38个放疗计划)；通过优化实现二者等值，这样能减少由于整体的放大或者缩小(归一)来减小误差的扩大化和随机性。采用逆向计划设计技术，保证计划满足临床要求的前提下，根据CI/nCI计算公式进一步计算出两者的数值，由此来逆向反映CI/nCI对计划质量的影响。为保证计划评价指标的差异，尤其是肿瘤覆盖率指标来自等值CI/nCI计划本身质量的贡献，而非因为采用了不同的分次和处方剂量，故19个nCI计划处方剂量定义为计划靶区(PTV)48 Gy/4次，且要求95% PTV达到处方剂量。CI与nCI两种适形指数的定义分别如公式(1)、(2)所示：
| $ {\rm{CI = }}\frac{{{\rm{PIV}}}}{{{\rm{TV}}}} $ | (1) |
| $ {\rm{nCI = }}\frac{{{\rm{PIV \times TV}}}}{{{\rm{TI}}{{\rm{V}}^{\rm{2}}}}} $ | (2) |
式中，PIV为处方量剂量线所包含的体积，cm3；TV为靶区体积，cm3；TIV为处方量剂量线所包含靶区的体积(PIV与TV的交集)，cm3。
4.计划评估指标：计划评估主要依据RTOG 0915报告，具体包括：剂量适形图(适形指数随剂量变化的关系图)、靶区覆盖率TC(TIV与TV的百分比)、R50%(50%处方量剂量线所包含的体积与TV的比值)、R105%(TV外所有接受处方量105%正常组织的体积与TV的比值)、D2 cm(PTV 2 cm外的最大剂量与靶区内最大剂量的百分比)、肺V20(患侧肺接受20 Gy的体积百分比)、D85%(85% TV所接受的剂量)、D90%、D95%和D99%对应的CI与nCI值。
5.统计学处理：采用SPSS 19.0软件进行分析。数据用中位值表示，并对统计相关变量采用Wilcoxon秩和检验。P＜0.05为差异有统计学意义。
结果1. CI/nCI值：19个患者分别设计满足临床要求的19对等值计划，其CI/nCI范围为1.19～1.44(1.28±0.08)，CI计划对应nCI值范围为1.21～1.52(1.32±0.09)，nCI计划对应CI值范围为0.97～1.15(1.04±0.05)。
2. nCI与CI指数的剂量适形图：图 1可以看出在大于处方量时，两者变化趋势完全不同：CI持续减小，nCI则骤然增加，且幅度很大。而当剂量小于80%处方剂量等剂量线时，两者变化趋势基本相同；另一方面在接近处方剂量时如90%、100%和110%等剂量线时两者差距逐渐变大，且nCI>CI值。此外，在处方剂量之前，nCI < CI值；大于处方量时，nCI>CI值。CI、nCI的平均值随等剂量线变化曲线如图 1所示。
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图 1 CI、nCI的平均值随等剂量线变化曲线图 注: CI→nCI. CI计划对应的nCI值；nCI→CI. nCI计划对应的CI值；CI.常规适形指数；nCI.新适形指数 Figure 1 The curve diagram of mean CI and nCI values changing with the isodose |
3.靶区覆盖率：CI值和nCI值相等的情况下，CI计划的靶区覆盖率(TC)大于nCI计划(98.70%，90%)，差异均有统计学意义(Z=-3.823，P < 0.05)。CI计划靶区覆盖率受靶区体积的变化影响较小，基本稳定在98%～100%之间；nCI计划随着靶区体积的增加，其靶区覆盖率也逐渐增大，当靶区体积>80 cm3左右时，其靶区覆盖率趋于平缓不再上升。另一方面，相同体积的靶区，CI计划的覆盖率大于nCI。靶区体积越小，nCI适形指数>1的程度越大，而CI适形指数则对靶区体积的敏感性较小。上述两点结论详见图 2。
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图 2 靶区体积对靶区覆盖率和适形指数的影响 A.靶区覆盖率；B.适形指数 注: nCI→CI. nCI计划对应的CI值；CI→nCI. CI计划对应的nCI值；CI.常规适形指数；nCI.新适形指数 Figure 2 The effect of tumor volume on tumor coverage and conformity index A. Tumor coverage; B. Conformity index |
4.不同计划的危及器官剂量分布：对于周围型肺癌SBRT病例，其主要危及器官为患侧肺。经统计，CI计划的R105%、R50%、肺V20(患侧肺)均大于nCI计划，差异均有统计学意义(Z=-3.180、-3.823、-3.783，P < 0.05)；D2 cm分别为63.70%和64.07%，差异无统计学意义(P>0.05)。两种计划剂量分布实例见图 3，表 1总结了各评价指标的统计学结果。
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图 3 两种计划的剂量分布 A. nCI计划；B. CI计划 Figure 3 Dose distributions of two types of plans A. nCI plan; B. CI plan |
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表 1 两种计划危及器官剂量学参数比较(中位值) Table 1 Comparison of OAR dosimetry parameters for different plans (median) |
5.体积剂量对CI和nCI的影响：对于CI计划而言，随着靶区覆盖率的增加，CI值逐渐增大，其值在D90%与D95%之间取得1。而nCI计划随着靶区覆盖率的增加，nCI值呈先下降后上升的趋势，其值在D95%与D99%之间取得理想值1，如图 4所示。
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图 4 不同等剂量线对应靶区覆盖率对两种适形指数的影响 A.CI；B. nCI 注：CI.常规适形指数；nCI.新适形指数 Figure 4 Influence of target coverage difference in reference isodose surface on the two representative conformity index values A. CI; B. nCI |
讨论
SBRT技术要求整个放疗过程必须精准，而放疗计划的设计与评估是保障精准放疗实施的基石。本研究主要通过分析比较19例周围型肺癌患者的CI计划和nCI计划，从而来验证新适形指数与常规适形指数哪一种对放疗计划的评估更具有全面的、可实施的临床意义。
CI计划中nCI(1.32)值约为CI(1.28)值的1.03倍，而nCI计划中nCI(1.28)值约为CI(1.04)值的1.23倍。由此可知nCI用于放射治疗计划的评估较CI更加严格。由剂量适形图可知，CI指数随着处方剂量百分比的增加由无穷大逐渐减小，而nCI值则在处方剂量附近存在一个拐点。这说明nCI指数不仅能反映靶区外正常组织的受量，还可以衡量靶区内剂量的分布。同一计划CI与nCI指数在 < 80%处方剂量等剂量线时，两者基本相等；在接近处方剂量等剂量线时，两者差距逐渐加大，且nCI>CI值。这表明在处方剂量附近nCI指数对计划的质量要求更加严格。靶区体积 < 40 mm3时，体积越小，nCI适形指数(包括CI计划中nCI值)偏离1的程度越大；靶区体积继续增大时，其值趋于平稳。而nCI计划中CI适形指数则对靶区体积的敏感性较小。由此可知，对于小体积靶区，放射治疗计划的适形度远不如大体积靶区，nCI能反映出这一现象，CI则不能。在靶区覆盖率方面，CI值和nCI值相等时，前者覆盖率98.70%要大于后者90%。nCI计划随着靶区体积的增大，其靶区覆盖率逐渐增加，当靶区体积>80 cm3左右时，其靶区覆盖率趋于平缓不再上升。CI计划靶区覆盖率受靶区体积的变化影响较小，基本稳定在98%～100%之间。进一步说明nCI指数在计划评估方面更加严格，尤其对于小体积靶区，并且它及其覆盖率对靶区体积的变化更加敏感。单从这方面讲，nCI指数对计划评估是有益的，但其缺点为对计划评估的严格是以牺牲靶区覆盖率为代价的。
对于危及器官受照剂量，本研究主要讨论了R105%、R50%、患侧肺V20，经研究发现CI计划的三者数值均大于nCI计划，差异均有统计学意义。由R50%和肺V20结果可知，CI计划剂量梯度(剂量从靶区跌落到处方剂量一半)及患侧肺整体受照剂量大于nCI计划。CI计划R105%(0.56)明显大于nCI计划(0)，差异有统计学意义；也就是说CI计划的高剂量区域明显大于nCI计划。所以在两种适形指数值相等的情况下，nCI计划更加有利地保护了正常肺组织。
本研究中，两种适形指数值随体积剂量增加的变化趋势完全不同，CI呈逐渐上升趋势，而nCI则表现为先下降后上升。此外，nCI适形指数剂量在D95%与D99%之间其值取得理想值1，符合临床剂量要求，而CI计划其值取得1位于D95%之前。
综上，nCI指数用于周围型肺癌SBRT计划评估不仅能反映靶区外即正常组织的剂量，还可以进一步衡量靶区内的剂量分布。另外nCI指数在计划评估方面较CI指数更加严格；不过缺点为其严格是以牺牲靶区覆盖率为代价的。因此，将nCI指数和靶区覆盖率及其他评价指标充分结合起来进行计划评估对肺癌SBRT来讲较CI指数更具有临床实际意义。
利益冲突 本研究受福建省科技厅引导性项目(2016Y0044)资助。所有作者均于投稿前阅读并认可研究内容，不存在任何潜在利益冲突，排名无争议；本人与本人家属、其他研究者，未接受任何不正当的职务或财务利益，对研究的独立性和科学性予以保证作者贡献声明 张建平负责数据整理、结果分析、论文撰写；王琳负责计划设计和论文修改；徐本华负责患者治疗方案；黄妙云、陈远贵、李文尧负责资料收集；李小波负责指导论文写作
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