肝癌治疗可采取小角度范围的容积旋转调强放疗(VMAT)技术，通过在优化条件中对正常肝脏低剂量区域的严格限制，与适形调强放疗(IMRT)技术相比，能够达到正常肝脏组织的较低的低剂量照射，并且具有更好的靶区适形度^[1-3]。无均整器(FFF)模式的放疗计划已用于大分割剂量的立体定向放射治疗(SBRT)^[4-6]。然而，对于大部分肝癌患者，靶区的特点是体积相对较大，一般采用常规分割的均整器(FF)模式。在这种情况下，FFF模式是否依然具有剂量学优势，有待验证。本研究进行了FFF模式和FF模式下肝癌的常规分割VMAT计划的剂量学比较，并根据临床要求建立改进的计划质量度量(PQM)评分方法，对放疗计划进行整体的量化评估。这里使用的PQM评估作为量化计划质量的客观方法，通过定义PQM值函数，可以将评价参数在一定的区间范围内的区别通过不同的PQM值来体现出来。

1.病例选取：选取10例常规分割的肝部肿瘤病例，患者年龄49~70岁，中位年龄62岁，TNM分期为：2例T₁(N₀=1，N₁=1)，5例T₂(N₀=4，N₁=1)，3例T₃(N₀=3)。考虑到患者呼吸引起的肝脏的运动，采用平均密度法重建的4D-CT图像上进行靶区和危及器官勾画，PTV的体积范围168~1 090 cm³(中位数291 cm³)。处方剂量为56 Gy，单次剂量为2 Gy，要求95% PTV的体积达到处方剂量。

2.计划设计：采用荷兰飞利浦公司Pinnacle(v9.10)治疗计划系统，使用瑞典医科达公司的Versa HD加速器，分别选取6 MV X射线均整器模式(FF)和6 MV X射线无均整器模式(FFF)对每一个病例进行VMAT计划设计，其中FF模式的X射线输出剂量率为600 MU/min，FFF模式的X射线输出剂量率为1 400 MU/min。射野的弧度范围根据PTV的位置和大小给出适当范围往返弧的VMAT计划，同时对正常肝组织的区域进行低剂量的限制。

3.计划评价指标：PTV包括最大剂量、最小剂量、平均剂量、适形度指数(CI)和均匀度指数(HI)。CI和HI的定义如下：CI=(V_PTV/TV_PV) /(TV_PV/V_TV)；HI=(D_2%-D_98%)/D_50%，式中，V_PTV是PTV的体积，TV_PV是PTV在处方剂量线范围内的部分体积，V_TV是处方剂量线范围内的治疗体积，D_2%、D_50%和D_98%分别是2%、50%和98%的PTV所接受的剂量^[7-8]。CI的值越接近于1，说明靶区的适形度越好；HI越接近于0，说明靶区均匀度越好。危及器官(OAR)包括GTV外的正常肝脏组织、脊髓、胃、肾脏、十二指肠、小肠的受照区域，其中对正常肝脏组织部分的低剂量区域以及平均剂量的评估最为重要。对于计划执行效率的评价指标包括机器跳数和出束时间。

4.计划质量度量(PQM)：PQM评估标准有16个评价对象，每个评价对象都有对应的PQM值函数。其中，PQM评估标准的描述如表 1所示。对于靶区的CI值越接近1，得分越高，HI值越接近于0，得分越高。对于各项危及器官，越接近上限值，得分越低，超过上限值得分为零。在靶区满足处方剂量时，正常肝脏组织的剂量限制最为重要，所以在评分标准中对应的权重加倍。

表 1(Table 1)

表 1 16个参数的计划质量度量(PQM)评估标准的定义 Table 1 The definition of plan quality metric (PQM) evaluation standard for the 16 components 部位 参数 参数下限X1 参数区间 参数上限X2 最小分Y1 最大分Y2 PTV CI 1 1~2 2 0 5 HI 0 0~0.25 0.25 0 5 脊髓 Dmax(Gy) 15 15~40 40 0 5 PRV Dmax(Gy) 20 20~45 45 0 5 胃 V30 (%) 0 0~30 30 0 5 Dmax(Gy) 0 0~55 55 0 5 小肠 V50 (%) 0 0~10 10 0 5 Dmax(Gy) 0 0~52 52 0 5 左肾 V20 (%) 0 0~20 20 0 5 右肾 V20(%) 0 0~20 20 0 5 十二指肠 V50 (%) 0 0~10 10 0 5 Dmax(Gy) 0 0~56 56 0 5 正常肝 V5(%) 25 25~70 70 0 10 V10(%) 20 20~50 50 0 10 V30(%) 15 15~40 40 0 10 Dmean (Gy) 10 10~24 24 0 10 注：PTV.计划靶区体积；PRV.计划危及器官体积；CI.适形度指数；HI.均匀度指数

表 1 16个参数的计划质量度量(PQM)评估标准的定义 Table 1 The definition of plan quality metric (PQM) evaluation standard for the 16 components

5.统计学处理：应用SPSS 17.0软件进行统计学分析。对于样本量较小的情况，应用配对t检验的前提是数据符合正态分布。首先，对每组数据进行正态性检验(Shapiro-Wilk检验)，P > 0.05为数据符合正态分布，反之不符合正态分布。然后，对于符合正态分布的两组数据进行配对t检验，对于不符合正态分布的数据进行Wilcoxon秩和检验，P < 0.05为差异有统计学意义。

1.靶区和危及器官的剂量学比较：表 2列出了PTV与OAR剂量体积等参数在均整器模式和无均整器模式的比较。其中，靶区剂量分布：对比两种模式下的PTV的剂量分布，最小剂量、平均剂量以及CI、HI之间的差异无统计学意义(P > 0.05)，无均整器模式的PTV最大剂量低于均整器模式(t=3.828, P < 0.05)。危及器官剂量对比：在无均整器模式下，正常肝脏组织的V₂、V₅以及平均剂量都要低于均整器模式(t=11.339、2.716、3.007, P < 0.05)；无均整器模式下的靶区外正常组织(NT)的平均剂量低于均整器模式(t=3.872, P < 0.05)；其余危及器官的剂量差异无统计学意义(P > 0.05)。

表 2(Table 2)

表 2 10例肝癌患者PTV与OAR剂量体积等参数在均整器模式和无均整器模式的比较(x±s) Table 2 Comparison of dose volume parameters of PTV and OAR of 10 patients with liver tumor in FF and FFF modes (x±s) 参数 均整器模式(FF) 无均整器模式(FFF) t值 P值 PTV Dmax(Gy) 69.93±3.50 68.23±3.12 3.828 0.004     Dmin(Gy) 33.21±5.03 33.40±4.87 -0.467 0.651     Dmean(Gy) 60.49±1.04 60.42±1.23 0.548 0.597 CI 1.25±0.10 1.23±0.85 1.374 0.203 HI 1.10±0.23 1.10±0.22 1.547 0.156 脊髓 Dmax(Gy) 33.02±6.85 32.89±6.43 0.321 0.755 PRV Dmax(Gy) 39.36±8.44 38.86±8.06 1.050 0.321 胃 V30(%) 3.81±4.99 3.83±4.99 — 0.345     Dmax(Gy) 38.31±21.71 38.16±21.48 0.463 0.654 左肾 V20(%) 2.13±4.12 1.99±3.86 — 0.144 右肾 V20(%) 13.02±13.65 12.57±13.12 1.869 0.094 小肠 Dmax(Gy) 16.44±16.80 15.86±16.60 0.874 0.405 十二指肠 V50(%) 7.24±10.12 6.73±9.04 — 0.463     Dmax(Gy) 42.17±23.12 42.04±23.52 — 0.646 正常肝 V2(%) 64.22±16.27 60.02±16.09 11.339 0.000     V5(%) 44.11±13.79 42.70±12.67 2.716 0.024     V10(%) 35.06±10.56 35.08±10.51 -0.299 0.772     V30(%) 24.88±7.25 24.95±7.32 -1.433 0.186     Dmean(Gy) 16.66±4.48 16.49±4.43 3.007 0.015 正常组织 Dmean(Gy) 8.68±2.78 8.51±2.87 3.872 0.004 注：“—”无数据。PTV.计划靶区体积；PRV.计划危及器官体积；CI.适形度指数；HI.均匀度指数

表 2 10例肝癌患者PTV与OAR剂量体积等参数在均整器模式和无均整器模式的比较(x±s) Table 2 Comparison of dose volume parameters of PTV and OAR of 10 patients with liver tumor in FF and FFF modes (x±s)

2.计划执行效率的比较：统计所有病例的机器跳数和出束时间的平均值，FFF模式的平均机器跳数为(574±130)MU，高于FF模式的(518±81)MU(t=-2.782, P < 0.05)；前者的平均出束时间为(108±36)s，明显低于后者的(160±29)s(t=6.767, P < 0.05)。表明无均整器模式需要更高的机器跳数来满足相同的靶区覆盖率，并且无均整器模式的高剂量率特点使计划执行效率更高。

3.计划PQM评分比较：基于表 1的PQM评分标准，由于在同一PQM评分体系下进行评价，该评分结果只对同一病例在FF和FFF两种模式下的计划质量评分比较有意义，不同病例之间的计划质量评分比较并无意义。FFF计划的PQM评分为(55.18±16.78)，高于FF的(54.38±17.33)，统计数据符合正态分布，评分结果差异具有统计学意义(t=-2.746, P < 0.05)。

从物理学上讲，FFF模式下的光子束具有以下特征：剂量率高；空气中输出因子(机头散射因子/准直器散射因子)较低；射线质较软；小面积射野产生更高的表面剂量，大面积射野产生相当的或者更低的表面剂量；半影较小；射野外剂量(外围剂量)较小^[9-13]。本研究由此对常规分割下FFF模式的临床适用性进行了探讨。

对于靶区和危及器官，FFF模式能够达到与均整器模式相近的剂量分布，其中靶区的最大剂量有差异，主要原因是移除均整器后，射线软化，6 MV的FFF射线质接近于4 MV的FF射线质，在同一深度的FFF模式的累计剂量要低于FF。对于正常肝组织，FFF模式在低剂量区域和平均剂量都要低于FF模式，主要原因就在于前者具有相对较小的半影以及较低的机头散射因子和外围剂量。

两种模式下，FFF模式的平均机器跳数高于FF模式，针对肿瘤位置距离体表深度的不同，具有较软射线质的FFF模式需要输出更多的机器跳数，以满足较深部位的靶区剂量。FFF模式的出束时间比FF模式明显降低，最大剂量率达到1 400 MU/min，而后者为600 MU/min，高剂量率使在同一控制点剂量率的调制范围较大，较少的子野数即可满足该方向的剂量要求，单个控制点的治疗时间缩短，进而引起机架旋转速度相对较快。因此，FFF模式大大降低了治疗时间。

本研究中计划质量量化评估引入了由Nelms等^[14]提出的PQM概念以及Bohsung等^[15]提出的计划整体评分(quality score)概念。其中，计划质量度量概念的提出是用于量化比较具有同一计划在不同机构、不同计划系统和不同实施技术的条件下计划质量的变化^[14]；计划整体评分概念用于定量比较不同做计划的人或机构对于同一目标剂量的计划的整体完成度，并通过使用权重因子的方法调节不同解剖结构对评分系统的贡献度^[15]。本研究将PQM评估标准和计划整体评分的方法应用于多组对照病例的计划质量评估。所采用的评估函数是一种相对简单的线性评估函数，只需定义评价参数的上限和下限以及对应的评分值，该函数是根据评价参数的临床要求由医师和物理师共同协商确定。线性函数并不一定是最佳的评估函数，可以根据临床要求和实际情况结合去定义临床上更适合的函数，包括评价参数的区间范围和对应的PQM分值范围。

综上，肝癌患者在常规分割治疗下采用6 MV X射线FFF模式可以满足临床要求，并且与FF模式相比，具有一定的优势。对危及器官的低剂量区域有更好的保护，特别是正常肝组织的低剂量区域和平均剂量都有所下降，且其高剂量率使得治疗时间明显缩短。总之，根据本文定义的PQM评分标准，整体计划质量相比于均FF模式略有提升。