螺旋断层调强放疗(HelicalTomotherapy, HT)是以螺旋断层模式进行放射治疗的全新加速器，具有区别与传统加速器的独有特点^[1]。其治疗模式类似于螺旋CT，所以在计划设计中需要考虑螺距(pitch)和射野宽度(fieldwidth，FW)的因素。为避免螺纹效应的出现，Kissick等^[2]推荐螺距值=0.86/N，其中N=1、2、3…；在TomoH系列和TomoHD系列中仅有固定铅门模式，而TomoHDA系列以后加入动态铅门模式，不同铅门模式与射野宽度对靶区外沿纵向剂量跌落具有直接影响。Rong等^[3]将动态铅门与固定铅门技术进行了对比，其结果无论是治疗效率还是沿纵向剂量收敛方面都有明显优势。Manbe等^[4]对35例肺癌分别采用固定与动态铅门两种模式进行剂量学对比，最终表明动态铅门在计划质量和执行效率都占明显优势。目前国内市场上占大多数的TomoH系列和TomoHD系列两个型号，仅有固定铅门模式，研究在固定铅门模式下靶区外沿纵向的剂量跌落规律，对于临床中靶区预处理和计划设计参数选择具有很重要的意义。目前大家对固定铅门模式沿纵向剂量跌落更多采用的是经验模式来指导临床，其中Gruen等^[5]在利用HT对儿童和成人进行骨髓移植前行TBI治疗研究中，对于分段式治疗采用的是射野宽度为5.0 cm上下靶区同时内收2.0 cm的做法，即靶区间隔距离选择4.0 cm。Salz等^[6]在使用TomoDirect实现全身照射的文章中，对于分段式治疗采用的同样是铅门为5.0 cm上靶区内收2.0 cm下靶区内收1.0 cm的做法，即靶区间隔距离为3.0 cm。这些经验模式对于临床计划设计的指导存在不精准的风险，因而掌握固定铅门模式下靶区外沿纵向的剂量跌落规律显得尤为重要。本研究将通过实验的方法来展示其特有的剂量跌落规律，以便更好地指导临床工作。

1.临床病例：对郑州大学第一附属医院放射治疗部2019年12月份收治的8例头颈部肿瘤患者影像数据进行分析，其中5例男性患者，3例女性患者，年龄47~68岁，中位值58.6岁。

2.固定方法：患者体位固定装置选用美国Civco公司头颈部放疗体位固定架和头颈肩热塑膜进行固定。

3.CT扫描：患者在德国西门子公司SOMATOM Definition AS CT上完成图像的扫描，采用仰卧位头先进模式，图像层厚1 mm，扫描范围从颅顶至锁骨。

4.靶区勾画：CT图像传输至美国瓦里安公司Eclipse 13.5医生工作站进行勾画，其中在颅中附近模拟勾画直径为5 cm长度为7 cm的圆柱形结构作为计划靶区，再沿靶区纵向各延伸6 cm的同一直径圆柱形结构作为剂量跌落的研究对象。

5.计划设计：将勾画好的靶区和图像传送至HT的物理师工作站进行计划设计。处方剂量50 Gy，单次2.0 Gy，分割次数为25次，HT计划要求至少95%的靶区达到处方剂量，其中射野宽度选择5.0、2.5和1.0 cm 3种模式，螺距选择0.430、0.287和0.215 3种模式，调制因子1.8，剂量计算网格选择最精细：0.195 cm×0.195 cm，其余计划参数都保持一致，每个计划优化迭代100次后进行剂量计算。

6.评估方法：靶区评估采用适形度指数(CI)和均匀性指数(HI)。CI=V_PTV95%×V_PTV95%/(V_PTV×V_95%)。式中，V_PTV95%为95%等剂量线所包括的计划靶区体积(PTV)；V_PTV为PTV的体积，V_95%为95%处方剂量等剂量线所包括的总体积，CI越接近1，表明靶区适形度越好。HI=D₅/D₉₅，D₅、D₉₅分别是指靶区5%、95%的体积受到的照射剂量，HI越接近1，表明靶区均匀性越好。其他评估还包括总治疗出束时间和沿纵向剂量跌落。

7.统计学处理：数据采用SPSS 19.0软件进行统计学分析，结果以x±s表示，通过单因素方差法对数据平均值和标准差进行分析，图形采用美国OriginLab公司Origin 8.0软件绘制。

1.靶区外沿纵向剂量跌落规律：将靶区外沿纵向剂量分布作为剂量跌落的研究对象，分别进行统计分析。图 1为不同射野宽度和螺距条件下沿头方向的剂量跌落趋势图，可知射野宽度越大则剂量跌落速度越平缓，半影区则越大；反之，射野宽度越小，剂量跌落速度越快，半影区越小。当剂量从处方剂量跌落至处方剂量的10%左右过程中，剂量跌落速度较为稳定，剂量随距离有较好线性关系，这可能是由固定铅门的半影造成的；当剂量跌落至处方剂量10%以下后，剂量跌落速度将逐渐变缓，这部分剂量主要由射线横向散射贡献。当射野宽度为5 cm时，剂量跌落至处方剂量50%时距离靶区约28 mm；当射野宽度为2.5 cm时，剂量跌落至处方剂量50%时距离靶区约14 mm；当射野宽度为1 cm时，剂量跌落至处方剂量50%时距离靶区约6 mm。沿脚方向的剂量跌落趋势图，其变化趋势及结果与沿头方向保持一致。总体而言，剂量跌落至处方剂量50%处距靶区边界的距离近似约为射野宽度一半，螺距对剂量跌落速度没有明显影响。此结果与本研究小组关于螺旋断层放疗在分段全身照射中上下靶区衔接处剂量分布的影响因素研究的结论保持一致，即靶区勾画时间隔距离与射野宽度保持一致，能保证在进行分段全身照射治疗时衔接处靶区不会出现剂量冷热点^[7]。沿纵向在射野宽度的长度范围之内，剂量跌落与距离有较好的线性关系，现对其进行数据拟合，其拟合结果如公式(1)所示，不同射野宽度(FW)对应不同的拟合公式，Dose为距靶区上下边界x(mm)处的剂量值，D_Prescribe为处方剂量，x取值范围为0至FW。对于距靶区边界不同距离处的剂量值可通过此公式计算得到。

注：FW.射野宽度; Pitch.螺距 图 1 CT扫描中不同射野宽度和螺距条件下沿头方向的剂量跌落趋势图 Figure 1 Trend of dose fall-off in the head direction with different field widths and pitches

2. 不同参数对靶区的CI和HI影响：不同射野宽度和螺距条件下靶区的CI和HI指数有差异。表 1为不同射野宽度和螺距条件下的CI指数值，从表 1中数值变化趋势可以看出，靶区CI指数最佳的计划对应于射野宽度为2.5 cm的条件，而最差的是射野宽度5 cm，螺距对CI指数的影响较小。表 1不同射野宽度和螺距条件下的HI指数值，从表中数值变化趋势可以看出，靶区的HI指数最佳参数的是射野宽度为2.5 cm，而最差的是射野宽度5 cm，螺距对CI指数的影响很小。综上，可得当靶区沿纵向长度>5 cm时，射野宽度和螺距对靶区的CI和HI指数影响较小，相对而言射野宽度为2.5 cm时靶区最佳；若靶区沿纵向长度 < 5 cm或者靶区形状不规则时，此结果将不再适用，需要进一步研究。

3.不同参数对总治疗出束时间和机架旋转周期的影响：不同射野宽度和螺距条件下对总治疗出束时间和机架旋转周期的统计如表 1，随着射野宽度和螺距的增大而总治疗出束时间在逐步降低。其中射野宽度对于总治疗出束时间的影响最大，而螺距对总治疗出束时间影响相对较小。

表 1(Table 1)

表 1 8例患者不同射野宽度和螺距下CI、HI、总出束时间和旋转周期统计值 Table 1 Statistical values of CI, HI, total beam time and rotation period values under different field widths and pitches of eight patients 计划参数a CI HI 总出束时间(s) 旋转周期(s)   1，0.215 0.782±0.039 1.014±0.002 429.300±21.465 12.000±0.000   1，0.287 0.791±0.039 1.013±0.002 351.880±17.594 12.834±0.404   1，0.430 0.797±0.032 1.013±0.002 351.160±17.558 19.156±0.575   2.5，0.215 0.815±0.037 1.010±0.002 219.900±10.995 12.000±0.000   2.5，0.287 0.810±0.046 1.010±0.002 168.160±8.408 12.000±0.000   2.5，0.430 0.807±0.046 1.011±0.001 158.800±7.940 16.454±0.757   5，0.215 0.764±0.032 1.013±0.003 144.200±7.210 12.000±0.000   5，0.287 0.767±0.042 1.014±0.002 110.260±5.513 12.000±0.000   5，0.43 0.761±0.030 1.016±0.002 89.100±4.455 13.914±0.684 注：CI.靶区适形度指数; HI.靶区均匀性指数; a计划参数(射野宽度，螺距)

表 1 8例患者不同射野宽度和螺距下CI、HI、总出束时间和旋转周期统计值 Table 1 Statistical values of CI, HI, total beam time and rotation period values under different field widths and pitches of eight patients

射野宽度对于总治疗出束时间的影响最大，而螺距对总治疗出束时间影响相对较小，本研究结果与Yawichai等^[8]研究的结果一致。若想提高HT整体治疗效率，通过调整计划参数来降低总治疗出束时间只是其中一个方面。Piotrowski等^[9]推荐通过缩短摆位和图像配准时间、调整螺距和调制因子，以及减少使用1 cm铅门等方法可以减少约7.7 min的总治疗时间。本研究结果可以看出，调制因子(MF)采用初始值1.8，只有螺距选择0.430时机架旋转周期才增大，而螺距为0.287和0.215时，机架旋转周期基本都是最小值12 s，这说明当螺距0.287已将机架旋转周期提高至极限速度12 s/圈，而螺距0.215已无法将机架旋转速度再提高，因而此时螺距0.287和0.215的机架旋转周期都是12 s/圈，降低的螺距已无意义。

为更好地观察靶区外沿纵向的剂量跌落趋势，选择真实的头颈部肿瘤患者CT图像作为研究对象，且层厚为1 mm直径为5 cm长度为7 cm的圆柱形作为靶区，这样保证靶区长度大于最大射野宽度5 cm，避免了靶区过短造成的剂量跌落不准确，从而影响研究的结果。同时沿纵向各延伸长度为6 cm的同一直径圆柱形结构，作为研究剂量跌落的结构大于最大射野宽度5 cm，避免出现研究的剂量跌落范围长度不够的情况发生，进而消除了研究结果不完整的情况。1 mm层厚CT图像和圆柱结构作为剂量跌落的研究对象，保证了剂量跌落研究的分辨率和准确性。

本研究选择头颈部肿瘤CT图像作为研究对象，主要是从图像层厚角度考虑，因为头颈部肿瘤CT图像通常选择1~3 mm层厚，而胸腹段肿瘤CT图像经常选择3~5 mm层厚，本研究为能清晰的研究靶区外的剂量跌落，选择了头颈部肿瘤1 mm层厚CT图像作为研究对象，这样得到的剂量跌落分辨率更高。本研究选择头颈部肿瘤CT图像仅勾画靶区，而未勾画危及器官(OARs)，主要是从剂量跌落规律考虑的。如果在靶区外沿纵向加入OARs，则在计划设计时需要考虑其对靶区在纵向的剂量分布，必然会影响自然状态下靶区外沿纵向的剂量跌落规律，存在失真的情况。所以本研究未加入OARs，其得出的靶区外剂量跌落规律更具有普遍性。

对于在原固定铅门治疗模式中新加入的动态铅门治疗模式，越来越多的医疗科研单位在临床应用等方面进行了研究。Van Gestel等^[10]在对头颈部的口咽癌肿瘤通过传统旋转调强照射、螺旋断层固定铅门调强照射和螺旋断层动态铅门调强照射3种方式进行了对比分析，发现动态铅门在计划质量和治疗效率都有明显优势。Sugie等^[11]对乳腺癌采用固定铅门模式和动态铅门模式进行剂量学对比，最终结果表明动态铅门模式从计划效率和质量比固定铅门模式更佳。刘志强等^[12]研究在中段食管癌放射治疗中采用5.0 cm动态铅门是否能替代2.5 cm固定铅门，结果表明，从计划质量和执行效率综合考虑，建议采用5.0 cm动态铅门技术应用于中段食管癌放射治疗中。以上研究结果都说明动态铅门在靶区外沿纵向剂量跌落的收敛和治疗效率占明显优势，但是都没有对固定铅门在靶区外沿纵向剂量跌落规律进行研究，这对于仅有固定铅门模式的TomoH系列和TomoHD系列加速器来说，掌握其在靶区外沿纵向剂量跌落规律对临床工作具有重要的指导意义。

综上可得，靶区外沿纵向的剂量跌落速度与射野宽度成反向相关，即射野宽度越大剂量跌落速度慢，半影区越大；反之射野宽度越小剂量跌落速度越快，半影区越小。剂量跌落至处方剂量50%时距靶区距离约等于射野宽度一半，而对于距靶区边界不同距离处的剂量值可通过拟合公式计算得到，螺距不影响剂量跌落速度，且螺距对靶区的影响很小。射野宽度和螺距对靶区的CI和HI指数影响较小，相对而言射野宽度为2.5 cm时靶区最佳。射野宽度对于总治疗出束时间的影响最大，而螺距对总治疗出束时间影响相对较小。

本研究的结果，仅适用于固定铅门模式的TomoH系列和TomoHD系列加速器，但对于TomoHDA系列及以上版本或单独加入的动态铅门模式不适用，需要再进一步研究。

利益冲突  无

志谢 本研究接受河南省教育厅重点项目(20B320035)；河南省卫健委医学科技攻关计划联合共建项目(LHGJ20190161)支持

作者贡献声明  王海洋负责课题方向选择、实验思路、数据整理、论文起草；皮一飞、韩滨负责病例筛选；贾飞、刘乐乐、王芳娜负责计划设计；孔凡洋、裴运通、胡金炎负责数据统计分析；郭跃信负责总体设计、指导论文写作