鼻腔及鼻旁窦肿瘤相对罕见，约占所有头颈部恶性肿瘤的3%~5%^[1]，该疾病早期隐匿性强，多数患者初诊已至中晚期。手术+放射治疗是主要治疗方法，对不可手术患者，根治性放疗是重要的治疗手段^[2-3]。鼻腔及鼻旁窦肿瘤的靶区通常位于双眼之间，且轮廓复杂，组织密度差异大，肿瘤控制剂量高，常规C型臂加速器共面调强的剂量分布并不令人满意，眼部器官的剂量优化是主要难点。相比之下，非共面射野能够减小(或避开)重要器官的照射体积，提供系统额外的调制能力，已应用于许多肿瘤的放疗^[4-5]。另外，研究表明美国Varian公司新推出的O型环加速器Halcyon尽管不支持非共面技术，但其配备了新型双层低漏射多叶准直器(multi-leaf collimator，MLC)，较常规加速器的剂量分布更优^[6-8]。本研究针对鼻腔及鼻旁窦肿瘤比较基于Trilogy加速器的共面调强放疗(IMRT)(C-IMRT)、非共面IMRT(NC-IMRT)和基于Halcyon加速器的共面IMRT(H-IMRT)计划，从剂量学、验证通过率以及执行效率3方面客观评价差异，探讨设备与技术特点。

1. 一般情况：回顾性选取10例于2018年12月至2021年12月在宁波市第一医院接受鼻腔及鼻旁窦肿瘤术后放疗的患者资料，其中男性7例，女性3例；中位年龄58岁(44~90岁)；病理结果包括鳞状细胞癌5例，腺样囊性癌3例，淋巴上皮癌和恶性黑色素瘤各1例；临床分期Ⅲ~Ⅳ_A期，参考美国癌症联合委员会(AJCC)第8版分期建议。所有患者以头颈肩热塑面罩固定，使用Brilliance Big Bore大孔径模拟定位机(荷兰Philips公司)于仰卧位下行3 mm层厚螺旋CT扫描，扫描范围自颅顶到锁骨头下缘2 cm。定位参考图像传输至Eclipse治疗计划系统(美国Varian公司)行轮廓勾画、计划设计和计划评估。治疗计划系统(treatment planning system，TPS)包括Eclipse V13.5版本支持Trilogy计划以及Eclipse V15.6版本支持Halcyon计划；光子通量优化使用内置PO算法，剂量体积计算使用内置AAA算法。常规加速器的机型为Trilogy，配备Millennium 120 MLC，使用6 MV FF束流，最大剂量率600 MU/min；Halcyon加速器的MLC型号为SX2，使用6 MV FFF束流，最大剂量率800 MU/min。计划验证使用ArcCHECK矩阵(美国Sun Nuclear公司)和配套SNC Patient V6.7.4分析软件。本研究经医院伦理审查委员会批准(审批号：2022RS109)。

2. 靶区和处方：由同一名高年资放疗专科医师结合核磁共振成像(MRI)、增强CT或正电子发射计算机断层显像(positron emission tomography/computed tomography，PET/CT)等影像资料，对每例患者在参考图像上勾画靶区和危及器官(organ at risk，OAR)。大体肿瘤体积(GTV)包括GTV_p和GTV_n，分别定义为原发肿瘤(包括不完全切除后残留病灶)和影像学判定的阳性淋巴结；临床靶区体积(CTV)包括CTV_p和CTV_n，CTV_p包括原发灶周围的亚临床病灶和可能侵犯的范围，CTV_n为高危淋巴结引流区。采用同步加量(simultaneous integrated boost，SIB)方式给予计划靶区(PTV)的处方剂量60 Gy(CTV外放3 mm)，加量PTV_boost(GTV外放3 mm)，处方剂量70 Gy，共32次同步结束。OAR勾画包括：眼晶状体、视神经、角膜、眼球、视交叉、脑干、脊髓和腮腺等。

3. 计划设计：由同一名高年资物理师对每例患者分别设计3种计划。C-IMRT和H-IMRT计划布野均采用共面9野均分的方式，机架角度为0°、40°、80°、120°、160°、200°、240°、280°和320°，治疗床角度为0°，随后调整准直器角度以减小敏感器官受照体积。对于NC-IMRT计划的射野布置，根特大学医院最早报道了采用矢状位5个野+ 2个横断位侧野的方案^[9]，国内学者则针对该疾病探索了共面7野偏分布置的剂量学优势^[10]，本研究结合上述两项研究布野策略的优点并根据本研究患者靶区实际情况，经大量临床实践提出一种新方案，由7个共面野(治疗床角度0°，机架角度0°、40°、80°、120°、240°、280°和320°)和2个矢状面射野(治疗床角度90°，机架角度常规给予320°和345°，视实际情况微调)构成，优化准直器角度以避开或减小敏感器官受照体积。正常组织优化约束条件包括：眼晶状体D_max < 10 Gy；视神经、视交叉和脑干的D_max < 54 Gy；角膜D_max < 25 Gy；眼球D_max < 50 Gy，D_mean < 30 Gy；脊髓D_max < 45 Gy以及腮腺D_mean < 30 Gy。为方便计划比较，所有计划以95 %的PTV_boost体积作为处方剂量归一的目标体积。

4. 计划评估：靶区主要评价均匀性指数(homogeneity index，HI)、适形指数(conformal index，CI)和PTV的处方剂量覆盖率。其中HI = (D_2%- D_98%)/D_处方剂量；CI = V_{t, ref} ×V_{t, ref}/(V_t×V_{t, ref})，V_{t, ref}为处方剂量包绕的靶区体积，V_t为靶区体积，V_ref为处方剂量包绕体积；PTV的HI评估体积为PTV-(PTV_boost+ 3 mm)。OAR的评估参数包括双侧眼晶状体、双侧视神经、双侧眼角膜、双侧眼球、视交叉、脑干和脊髓的最大剂量D_max；以及双侧腮腺和双侧眼球的平均剂量D_mean。

5. 执行和验证：两台加速器在实验前均通过放疗中心严格的质量保证(quality accurace，QA)程序以确保各类计划实施的准确性，尤其使用了Winston Lutz工具组对Trilogy加速器的治疗床旋转同心度和等中心一致性性能进行了检测。加速器端所有计划执行均启用自动射野排序功能以模拟实际临床治疗情况，执行时间定义为自第一个射野出束开始到最后一个治疗野结束的用时，不包含摆位和图像引导过程。计划验证采用ArcCHECK矩阵进行实际野整体测量，达到调强95标准，即剂量偏差3 %，吻合距离(DTA) 2 mm，10 %剂量阈值，伽马通过率标准≥ 95 %，则认为计划可用于临床实施^[11]。

6. 统计学处理：使用SPSS 25.0软件分析数据，数据不能同时符合正态分布和方差齐性，因此采用Friedman多样本非参数检验，描述统计以中位数(四分位间距)[M(IQR)]表示，P < 0.05时再进一步多重分析。多重分析使用Wilcoxon配对符号秩检验，P < 0.05为差异有统计学意义。

1. 靶区剂量学比较：表 1比较了3种计划靶区和OAR的剂量学参数，描述统计结果以中位数和四分位间距的形式呈现。3种计划关于PTV和PTV_boost的适形指数CI差异有统计学意义(χ² = 7.51、9.69，P < 0.05)，进一步多重分析显示H-IMRT高于NC-IMRT计划(Z = 2.53、2.68，P < 0.05)，说明H-IMRT的剂量适形程度略微优于NC-IMRT。靶区的其他参数均差异无统计学意义(P>0.05)。总体来说，3种技术靶区的剂量参数均可满足临床要求，但可能无法明确比较出优劣。

表 1(Table 1)

表 1 靶区和危及器官剂量学参数的3种放疗计划对比[M(IQR)] Table 1 Comparison of dosimetric parameters of target volumes and organs at risk among three radiotherapy plans [M(IQR)] 靶区/危及器官参数 H-IMRT NC-IMRT C-IMRT χ2值 P值 M IQR M IQR M IQR   PTVboost CI 0.83 0.79，0.87 0.81a 0.73，0.84 0.80 0.77，0.84 7.51 0.023   PTVboost HI 0.08 0.07，0.11 0.09 0.06，0.10 0.08 0.06，0.09 2.92 0.232   PTV cover(%) 95.55 94.17，97.27 96.75 96.47，98.30 96.62 95.02，97.60 2.21 0.332   PTV CI 0.82 0.71，0.85 0.81a 0.69，0.84 0.80 0.69，0.84 9.69 0.008   PTV HI 0.15 0.13，0.18 0.14 0.12，0.19 0.13 0.12，0.17 1.90 0.387 串行器官Dmax(Gy)   患侧眼晶状体 7.81 7.53，8.69 8.83a 7.98，12.06 14.11b, c 12.73，16.25 16.80 < 0.001   对侧眼晶状体 7.67 7.28，8.40 8.56 7.30，9.62 13.95b, c 12.79，14.39 16.05 < 0.001   患侧视神经 54.45 53.59，59.04 55.03 53.71，63.06 55.10b 54.10，64.01 9.80 0.007   对侧视神经 53.50 52.59，54.38 50.09a 48.05，53.45 53.30c 51.16，54.82 13.40 0.001   患侧角膜 16.54 12.43，19.37 21.50a 19.23，23.45 24.54b, c 22.10，27.24 20.00 < 0.001   对侧角膜 14.32 11.94，16.62 15.24 13.12，17.26 20.13b, c 19.16，21.90 12.60 0.002   患侧眼球 50.37 44.74，59.70 47.32 33.35，57.40 52.63b, c 47.86，60.61 6.82 0.033   对侧眼球 48.53 39.23，53.13 39.27 29.50，47.54 50.96c 40.33，54.77 9.80 0.007   视交叉 53.93 51.99，55.33 54.90 52.86，56.50 53.79 50.26，57.66 1.28 0.527   脑干 52.90 41.89，54.96 51.26 46.79，53.42 50.62 46.48，53.20 1.28 0.527   脊髓 41.08 31.11，42.25 42.09 34.77，43.68 40.64c 30.78，42.78 7.80 0.020 并行器官Dmean(Gy)   患侧腮腺 34.16 31.41，37.64 32.07 29.50，38.53 32.26 30.18，36.60 1.75 0.417   对侧腮腺 34.43 27.92，36.85 32.47 22.61，35.87 31.17 28.48，34.84 1.14 0.565   患侧眼球 25.45 16.30，29.59 18.16a 14.51，22.23 25.65c 18.76，31.51 16.80 < 0.001   对侧眼球 20.68 18.73，24.13 12.51a 9.41，14.92 23.11c 16.36，25.26 15.80 < 0.001 注：H-IMRT. Halcyon共面IMRT计划；NC-IMRT. Trilogy非共面IMRT计划；C-IMRT. Trilogy共面IMRT计划；CI.适形指数；HI.均匀性指数；M.中位数；IQR.四分位间距。aNC-IMRT与H-IMRT相比，Z = 2.53、2.68、2.50、2.80、2.80、2.80、2.80，P < 0.05；bC-IMRT与H-IMRT计划，Z = 2.80、2.80、2.81、2.08、2.80、2.09，P < 0.05；cC-IMRT与NC-IMRT相比，Z = 2.80、2.67、2.65、2.80、2.70、2.29、2.29、2.60、2.80、2.80，P < 0.05

表 1 靶区和危及器官剂量学参数的3种放疗计划对比[M(IQR)] Table 1 Comparison of dosimetric parameters of target volumes and organs at risk among three radiotherapy plans [M(IQR)]

2. OAR剂量学比较：3种放疗计划关于双侧眼晶状体、视神经、角膜、眼球和脊髓D_max的差异有统计学意义(χ² = 16.80、16.05、9.80、13.40、20.00、12.60、6.82、9.80、7.80，P < 0.05)，双侧眼球的D_mean差异也有统计学意义(χ² = 16.80、15.80，P < 0.05)。进一步多重比较发现，H-IMRT较C-IMRT计划可降低双侧眼晶状体、双侧角膜、患侧视神经和患侧眼球的D_max(Z = 2.80、2.80、2.80、2.80、2.81、2.09，P < 0.05)，其中两侧眼晶状体的D_max降幅均接近1/2，两侧角膜的D_max降幅均接近1/3，说明Halcyon计划对眼部各器官保护优于C-IMRT。NC-IMRT与C-IMRT计划相比亦显著降低了双侧眼晶状体、角膜、眼球和对侧视神经的D_max(Z = 2.80、2.67、2.80、2.70、2.29、2.29、2.65，P < 0.05)，并较大幅度降低了双侧眼球的D_mean(Z = 2.80、2.80，P < 0.05)，但脊髓的D_max有所增加(Z = 2.60，P < 0.05)，说明NC-IMRT对眼部各器官保护优于C-IMRT，但其矢状位的射野可能增加射野路径上脊髓的最大剂量。H-IMRT较NC-IMRT计划的患侧眼晶状体和患侧角膜D_max所有下降(Z = 2.50、2.08，P < 0.05)，但对侧视神经D_max以及双侧眼球的D_mean更高(Z = 2.80、2.80、2.80，P < 0.05)，差异有统计学意义。图 1为一例典型患者的剂量分布，H-IMRT较C-IMRT计划的低中剂量区域(处方剂量的40%~60%)更加收敛，而NC-IMRT中低剂量区域有明显避开双眼的趋势。

注：H-IMRT. Halcyon共面IMRT计划；NC-IMRT. Trilogy非共面IMRT计划；C-IMRT. Trilogy共面IMRT计划 图 1 典型病例的断层剂量分布比较 Figure 1 Comparison of tomographic dose distributions of the typical case

3. 执行时间和验证通过率比较：3种计划的执行时间有显著差异(χ² = 20.00，P < 0.05)，H-IMRT的计划用时最短(中位值172.00 s)，C-IMRT次之(中位值337.50 s)，NC-IMRT用时最长(中位值388.00 s)。3种计划的验证通过率结果比较差异无统计学意义，均满足95标准，可用于临床实施。详见表 2。

表 2(Table 2)

表 2 执行时间和验证通过率的3种放疗计划对比[M(IQR)] Table 2 Comparison of execution time and patient-specific verification pass rate among three radiotherapy plans [M(IQR)] 靶区参数 H-IMRT NC-IMRT C-IMRT χ2值 P值 M IQR M IQR M IQR 执行时间(s) 172.00 165.75，194.25 388.00a 372.50，397.00 337.50 315.00，364.00 20.00 ＜0.001 验证通过率(%) 97.82 97.42，98.02 97.18 96.63，98.73 97.09 96.42，97.90 1.40 0.497 注：H-IMRT. Halcyon共面IMRT计划；NC-IMRT. Trilogy非共面IMRT计划；C-IMRT. Trilogy共面IMRT计划；M.中位数；IQR.四分位间距。aNC-IMRT与H-IMRT相比，Z = 2.80，P < 0.05；bC-IMRT与H-IMRT相比，Z = 2.80，P < 0.05；cC-IMRT与NC-IMRT相比，Z = 2.81，P < 0.05

表 2 执行时间和验证通过率的3种放疗计划对比[M(IQR)] Table 2 Comparison of execution time and patient-specific verification pass rate among three radiotherapy plans [M(IQR)]

一直以来，设备/技术的进步对提高鼻腔及鼻旁窦肿瘤的治疗增益比和减轻放疗不良反应有积极意义。传统二维适形放疗(two-dimensional conformal radiotherapy，2D-CRT)使用一个前野加两个楔形板侧野照射，剂量分布较差，疗效不佳^[12]。三维适形放疗(three-dimensional conformal radiotherapy，3D-CRT)提供更多角度的射野以避开(或减少)重要器官的受照体积，提高靶区的适形度和剂量覆盖，尽管报道的局部控制率和生存率有所提升，但严重并发症的发生率(尤其是眼部不良反应)仍不尽人意^[13-14]。IMRT是一种新的3D-CRT形式，通过MLC子野(控制点)的剂量积分能产生非均匀强度射野，可有效改善靶区的剂量均匀性，减少周围正常组织的剂量，进一步降低了放疗不良反应的严重程度和发生率^[15-16]。尽管如此，常规C型臂加速器共面调强计划的剂量分布仍不令人满意，眼部剂量是计划优化的主要挑战，本研究对比基于常规C型臂加速器(Trilogy)的C-IMRT、NC-IMRT以及基于新型O型环加速器(Halcyon)的H-IMRT计划差异，旨在为鼻腔及鼻旁窦肿瘤调强放疗选择最佳设备/技术提供参考。

H- IMRT和C-IMRT是基于不同类型加速器的比较。众所周知，MLC性能是影响调强放疗计划质量的关键因素，如叶片宽度会严重影响拥有小体积或复杂轮廓靶区的计划^[17]；透射率可显著影响头颈部正常组织剂量，且IMRT较VMAT更甚^[18]。林秀桐等^[19]报道了减小MLC邻间漏射有利于降低眼晶状体和眼球的D_max；Chen等^[20]发现优化叶片运行速度亦对改善剂量分布有积极作用。Halcyon治疗平台引入了新型双层MLC，对叶片半影、透射率、漏射率以及最大运行速度等性能参数都做了技术改进，继而带来了更强的逆向优化能力。Li等^[21]证明了新型MLC对头颈部调强放疗计划质量的提升，这种剂量学优势同样也在其他部位的肿瘤中被观察到^{[6-7, 22]}。国际电工委员会(International Electrotechnical Commission，IEC)出于对患者治疗安全的考虑，限定C型臂加速器的最大机架转速≤5°/s，而隐蔽机架设计的O型环加速器旋转速率允许达到20°/s，这也导致了H-IMRT计划的执行效率高于C-IMRT，有利于提升患者治疗体验和放疗中心的患者治疗数量。另外，相关研究表明治疗时间延长可能对肿瘤控制产生不利的影响，尤其是低α/β值或修复半衰期短的肿瘤，但这一结论是否同样适用于头颈部恶性肿瘤尚需进一步证实^[23]。

H-IMRT与NC-IMRT相比，除靶区的适形性有略微提升外，其他参数的差异无统计学意义，总体来说两种技术的靶区剂量学特征相近。而在OAR方面，H-IMRT计划患侧眼晶状体和角膜的D_max更低，但NC-IMRT计划对侧视神经D_max和双侧眼球D_mean更低，由于这些优势是非对称的，因此可能也难以简单地宣布哪种计划更好。但通过本研究的结果可以明确，H-IMRT和NC-IMRT都较C-IMRT有明显的剂量学优势，主要体现在眼部各器官，这不仅有利于降低放疗不良反应，改善生活质量，也为肿瘤局部加量或者局部复发的再程放疗提供了剂量空间。

NC-IMRT和C-IMRT是基于常规C型臂加速器不同技术的比较。C型臂加速器可通过旋转(和移动)治疗床配合机架角度实现非共面放疗，目的是避开(或减少)重要器官的受照体积，并控制部分OAR低剂量体积的增加，以及为逆向调强计算提供额外优化空间以改善靶区剂量，最终使得剂量分布更加符合临床期望^[4-5]。杜文等^[24]报道了NC-IMRT在鼻腔非霍奇金淋巴瘤放疗中的应用，其较共面射野均分计划在眼晶状体、视神经及腮腺等器官观察到明显的剂量优势；Voet等^[25]和Djajaputra等^[26]对最佳射野角度组合进行研究，结果表明头颈部放疗计划使用7到9个非共面射野比2弧共面VMAT或9野均分的C-IMRT计划具有更好的剂量分布；Wang等^[27]则评估了角度优化对鼻旁窦癌调强计划的有效性，结果显示非共面射野能够为靶区体积位于双眼之间的部分提供额外的优化能力，同这些研究一样，本研究的结果也支持NC-IMRT在正常组织尤其是眼部器官保护方面的剂量学优势。

非共面技术的实施也常存在争议，主要围绕照射剂量准确性、执行耗时长和碰撞风险3个方面。先前的研究表明头颈部肿瘤的摆位误差、体位重复性以及器官分次内运动表现均较好^[28]，这些条件有利于减少非共面放疗的剂量不确定性。但仍需注意，开展非共面技术应当周期性地对治疗床旋转同心度和等中心一致性性能进行QA以确保剂量照射实施的准确性。调强计划的射野数是影响执行时间的主要因素，本研究中NC-IMRT的射野总数与C-IMRT一致，但通过将两个头颅后侧的低效能射野调至矢状位布置来增加系统优化效率，整个治疗过程中床运动1次，中位执行时间仅增加不到1 min，耗费的执行时间与其带来的剂量学获益相比代价很小。另外，自动计划执行时可能存在加速器与治疗床或与患者发生碰撞的风险，本研究布置非共面机架角度参考Becker^[29]报道的瓦里安直线加速器机架-治疗床安全位置建议，并在实际患者治疗时开启Laser Guard防碰系统以充分避免碰撞风险。

这项研究也存在一定的局限性。首先，鼻腔鼻旁窦肿瘤相对罕见，导致本研究纳入患者样本量较小，数据总体分布不能适用效率更高的参数检验；其次，患者的实际疗效和不良反应还可能受既往病史、组织学类型以及化疗等因素影响，因此，剂量学或执行效率的优势是否能有效转化为临床获益，仍需大样本临床数据的进一步证实；最后，本研究中非共面计划的射野角度方向和数量设定仍依赖物理师经验，因此今后的工作将尝试采用自动角度优化算法探索和论证非共面最优射野问题。

本研究报道了基于C型臂和O型环加速器的3种鼻腔副鼻窦肿瘤固定野调强放疗计划的差异，3种计划的靶区剂量学特征相当，但H-IMRT和NC-IMRT对正常组织尤其是眼部各器官保护较C-IMRT更好；验证通过率方面3种计划都能够满足临床实施的QA要求；而从执行效率方面，H-IMRT > C-IMRT > NC-IMRT。总之，了解设备技术特点有助于提高计划质量和设计效率，也有利于为患者提供个体化治疗方案以获得更好的临床效果。

利益冲突  无

作者贡献声明  杨继明负责研究设计、数据收集和撰写论文；陆婷、马敏、吴勇、周瑛瑛参与研究设计并协助论文修改；任江平、王洵协助实验；郭建新指导论文修改