大体积肿瘤的空间分割治疗与常规调强放射治疗的剂量学研究

大体积肿瘤的空间分割治疗与常规调强放射治疗的剂量学研究

沈希瑞  马伟楠  杨海燕

山东省淄博市周村区人民医院，放疗科，255300

摘要：目的 探究大体积肿瘤空间分割治疗与常规调强放射治疗的剂量对比效果。方法 选取我院2018年12月至2023年1月收治的10例待放射治疗的大体积肿瘤患者，均分为两组，每组5例患者；第1组为IMRT治疗组，采用常规适形调强放疗，即常规治疗组；第2组为3D-lattice SBR治疗组，采用Panther Dao治疗计划系统制定空间分割治疗计划，实施空间分割放射治疗，即观察组；将2组患者的靶区剂量分布、危机器官的受量进行比较。结果 针对大体积肿瘤采用空间分割治疗后，能够让肿瘤内部的各点位得到较高剂量的照射，且对肿瘤周围正常组织的损伤较小；具体体现为靶区剂量分布层面，IMRT治疗后受危及器官的限制，对肿瘤照射剂量在4500—6000cGY之间，与3D-lattice SBR治疗的7000cGY尚有一定差距；危及器官受量层面，3D-lattice SBR治疗组优于IMRT治疗组，即该组肿瘤周围正常组织受量相对低。结论 相比于常规调强放射治疗的剂量，空间分割治疗能提高靶区剂量的同时降低周围危及器官的受量。

关键词：大体积肿瘤；空间分割治疗；常规调强放射治疗；剂量学

现阶段，虽然国外直线加速器在部分性能方面优于国产放疗设备，但其所开展的点阵式（lattice）放疗技术多局限于三甲以上的医院，治疗成本较高，仅有少量的受众，不具临床推广价值。文章所选用的放疗设备为山东新华医疗器械股份有限公司生产的XHA1400直线加速器。目前，治疗大体积肿瘤的手段主要有两种，一种是常规调强放射治疗，另一种是空间分割治疗。为确保治疗过程的安全、有效，就需对计量学进行深入研究。本研究旨在通过对比大体积肿瘤的空间分割治疗与常规调强放射治疗在剂量学方面的差异，探索国产医用直线加速器开展点阵式（lattice）放疗技术的剂量学研究，为临床上提供生物学及放射治疗提供物理数据支撑，实现lattice技术的推广。

1资料与方法

1.1一般资料

选取我院2018年12月至2023年1月收治的10例待放射治疗的大体积肿瘤患者，将其均分为两组，IMRT治疗组和3D-lattice SBR治疗组。IMRT治疗组中包括男性患者3例，女性患者2例，年龄范围34-61岁，均值为（48.26±1.19）岁；3D-lattice SBR治疗组中男性患者4例，女性患者1例，年龄范围为35-62岁，均值为（47.57±1.31）岁。两组患者在一般资料的对比中并未表现出显著差异，具有可比性。

入选标准：①临床病理诊断为大体积肿瘤患者；②年龄在30—70之间的患者；③无放射治疗禁忌，可耐受治疗的患者；④预期生存≥3个月，可接受影像学检查的患者。⑤神志清醒，自愿参与本次研究的患者；⑥病灶至少一条径线＞5？cm，肿瘤体积≥200？cc。

排除标准：①拒绝参与本次研究的患者；合并其他严重疾病无法耐受放射治疗的患者。

1.2方法

对照组：针对本组5例患者进行常规调强放射（IMRT）治疗（分割剂量为1.8Gy-2.0Gy）。

观察组：制定空间分割治疗计划，并对该组5例患者进行空间分割（Scart）?治疗（分割剂量＞2.0Gy）。具体的操作流程包括：（1）结合大体积肿瘤患者的影像学（比如CT影像、MRI影像等），对肿瘤的位置、形状、大小及其周围正常组织情况进行详细了解。（2）靶区的确定：使用美国Prowess公司的Panther DAO治疗计划系统和XHA1400直线加速器进行点阵式（lattice）式放射治疗。同时，利用点阵式（lattice）技术中的球形靶点排列方式实现高梯度剂量分布，靶点直径设定为1.5cm，靶点与靶点中心间距为6.0cm，其中每一个处于连续状态的球体轴向平面间距是3.0cm，黄点表示直径为1.5 cm的规划目标体积（PTV）_7000目标顶点，虚线顶点表示来自相邻平面的转置目标顶点。（见图1）。

图1

在勾勒好的GTV（肿瘤靶区）进行定义，覆盖每一个可见病灶。为获得具有几何形状的晶格，优先从GTV区域中选出交叉维度最大的轴向平面。之后，在GTV区域设计1个尺寸为长、高、均为3cm的虚拟网格，并在该网格交叉点处勾画高剂量目标靶点，即实现PTV_7000靶点的创建。为降低治疗风险，将位于OAR位置1.5cm范围内的全部PTV_7000靶点去除，实现对正常组织照射剂量的控制。最后，把PTV_7000靶点向外扩0.8cm，将其从PTV_5000中减去，获得PTV_Control结构，以对两个相邻PTV_7000靶点之间剂量衰减情况进行评估。以PTV_5000为中心，在其外部扩展数量为3—5个PTV_Ring结构，对病灶PTV处方进行约束，并确保5000cGy以外区域照射剂量逐渐衰减。通过晶格式计划的制定确保处方剂量覆盖超过95.0%的PTV_5000、PTV_7000的目标体积。为创建高剂量梯度，在PTV_7000靶点之间确保最小剂量梯度为19-20Gy。在PTV_7000靶点允许使用最大点剂量，保持在77Gy。晶格式计划中，使用与SRT相同的照射野数量、照射角度、OAR约束条件。

最后，如图2所示，设定相同的靶区处方剂量、危及器官限量后，其中图2中，放射治疗计划剂量分布，绿色代表5000cGy，红色代表7000cGy。应用点阵式（lattice）技术治疗组和常规放射治疗组对预设靶区进行不同剂量分割照射。对比两组的剂量差异包括靶区受照剂量差异和危及器官受照剂量差异。

图2

1.3观察指标

1.3.1两组患者靶区剂量分布的比较

比较两组患者肿瘤靶区剂量分布（单位为cGY），比较指标包括胸部大体积肿瘤最大接受剂量、中腹部大体积肿瘤最大接受剂量、盆部大体积肿瘤最大接受剂量。

1.3.2两组患者危及器官受量的比较

比较两组患者危及器官受量（单位：cGY），涉及的指标包括胸部肿瘤危及器官受量、中腹部肿瘤危及器官受量和盆部肿瘤危及器官受量。其中胸部肿瘤危及器官受量可以细分为脊髓最大受量、左肺平均受量、右肺平均受量；中腹部肿瘤危及器官受量主要包括左肾平均受量、右肾平均受量；盆部肿瘤危及器官受量涵盖膀胱平均受量、直肠平均受量。

1.4剂量的测量与计算

依据大体积肿瘤情况，借助CT及MRI扫描，逆向三维治疗计划系统、Panther Dao治疗计划系统设计出相对合理的剂量分布，对于肿瘤体积相对大的区域则需加大照射剂量，以应对大体积肿瘤内部不均匀的特点，让整个肿瘤获得相对均匀、安全、高效的照射。

剂量数据测量：对空间分割治疗与常规调强放射治疗设备上的照射强度、照射角度等进行读取，以获得照射剂量数据。

剂量分布统计：对大体积肿瘤放射治疗过程中肿瘤区域、危及器官受量情况进行统计。比如，计算肿瘤内各点接受的最大剂量、平均剂量等数据。

2结果

2.1两组患者靶区剂量分布的对比

将两组患者靶区剂量分布情况进行比较得到如表1所示的结果，即对照组的5例患者中，胸部肿瘤靶区的最大接受剂量为5000-6000cGY；中腹部肿瘤靶区的最大接受剂量为4500-5000GY；盆部肿瘤靶区的最大接受剂量为4500-5000GY。而观察组的5例患者中，胸部、中腹部及盆部肿瘤靶区的最大接受剂量均达到7000cGY及以上，明显高于对照组。据此可知，采用3D-lattice SBR的观察组患者靶区的最大接受剂量均明显高于对照组。详细对比情况请参见表1。

表1两组患者靶区剂量分布对比结果（单位：cGY）

2.2两组患者的危及器官受量

两组患者的危及器官受量对比结果如表2所示，首先，从肺部肿瘤的危及受量的对比情况看，对照组胸部肿瘤的脊髓最大受量、左肺平均受量、右肺平均受量依次为1684cGy、283cGy和1315cGy，均明显高于对照组的715cGy、181cGy、952cGy；其次，从中腹部肿瘤的危及器官受量看，左肾平均受量和右肾平均受量分别为871cGy和785cGy，依然高于对照组的123cGy和137cGy；最后，从盆部肿瘤的危及器官受量看，膀胱平均受量、直肠平均受量依次为1506cGy、1460cGy，仍然明显高于对照组的871cGy、1071cGy。总的来看，采用3D-lattice SBR治疗的观察组患者的胸部肿瘤、中腹部肿瘤及盆部肿瘤等的危及器官受量均明显低于对照组。

表2两组患者危及器官受量对比结果（单位：cGy）

3讨论

国外直线加速器如Varian的23EX直线加速器、Elekta Synergy等。其中，Elekta Synergy具有最大的IGRT成像范围，能让医生在整个放射治疗中为患者进行针对性的治疗，它还配备了医科达第六代集成数字控制系统，能够用于调强放疗（IMRT）、2D、3D及4D图像引导下的精确放疗（IGRT）。虽然，国外一些医疗机构主要借助射波刀等高端放射治疗设备开展点阵式（lattice）放疗技术，治疗精度高，但治疗成本高，受众患者相对有限，仅以三甲以上医院为主，很难在基层医疗机构中进行普及与推广。为此，文章意在探究一种相对经济的点阵式（lattice）放疗技术。

点阵式（lattice）放疗技术作为一种Lattice与SBRT融合的放疗技术。立体定向放射治疗（SBRT）是较为前沿的放疗技术，相比于常规放疗技术，SBRT优势明显。根据《2023-2028年立体定向放射治疗（SBRT）行业市场深度调研及投资前景预测分析报告》显示，立体定向放射治疗设备应用范围广泛。肿瘤局部治疗方向逐渐向无创放射治疗模式转变，在精准、无创医疗的背景下，lattice放射治疗需求将得到逐步释放。

大体积肿瘤的治疗是医疗领域的重要挑战之一。在肿瘤治疗方面，国内外医疗工作者对此进行了积极的探索。从治疗模式角度看，二维治疗时代，主要以GRID模式为主，其劣势为肿瘤剂量覆盖存在缺陷；三维治疗时代开启后，3D-lattice SBR治疗模式成为主要治疗手段，不仅能提升肿瘤治疗效果，还可减少对瘤体周围的正常组织的损伤，从一定程度上缩短治疗周期[1]。为进一步提升肿瘤治疗效果，人们尝试对Lattice模式进行优化与完善，逐渐发展成为3D-lattice SBR治疗模式。在应用该治疗模式后，既能够确保正常组织安全，又可形成一个高剂量区，为大体积肿瘤的治疗提供了新的思路[2]。由此可见，当前，治疗大体积肿瘤的手段主要有两种，一种为常规调强放射治疗模式（IMRT），另一种为空间分割治疗模式。

常规调强放射治疗的原理为以肿瘤的立体大小为依据，从三维角度，进行多野、多角度照射，要求照射野截面形状与肿瘤投影形状相符。在对不同照射野内射线强度进行调整后，可确保照射野内的放射剂量分布符合预设要求，达到精确照射肿瘤的同时，实现对周围正常组织的保护。该治疗模式的剂量？学特点为照射野内每个点的剂量呈现均匀分布状态，可对不规则肿瘤进行照射。但对于大体积肿瘤时，为对肿瘤体积进行全覆盖照射，其周围正常组织也会处于照射野内，致使正常组织被不同剂量的照射[3]。本次研究结果显示，对照组患者的靶区受量表现为，胸部肿瘤靶区最大接受剂量为5000—6000cGy；中腹部及盆部肿瘤靶区的最大接受量均为4500—5000cGy。本组患者胸部肿瘤的脊髓最大受量、左肺平均受量、右肺平均受量依次为1684cGy、283cGy和1315cGy；中腹部肿瘤的危及器官受量看，左肾平均受量和右肾平均受量分别为871cGy和785cGy。从盆部肿瘤的危及器官受量看，膀胱平均受量、直肠平均受量依次为1506cGy、1460cGy。

相比于常规调强放射治疗，空间分割治疗则无需对整个肿瘤进行照射，即按照一定的规律对肿瘤内的一些“点”进行高剂量的照射，与“消融”相似。比如，四川省的一家放射肿瘤学实验室，针对患者肿瘤实施了空间分割放射治疗，能够对肿瘤中心区域进行极小范围高剂量的照射，而肿瘤周围的照射剂量则相对低，这使得放射剂量得到有效利用，强化了放疗效果[4]。采用空间分割放射治疗手段能够实现间隔2—3厘米的定点照射，将一些高剂量照射点布置在肿瘤内部，可快速将肿瘤体积缩小，提高治疗效率。此治疗方式可让肿瘤内部的放射剂量呈现非均匀分布状态，在一些关键区域进行高剂量集中照射，可实现对肿瘤的局部治疗，优势明显。不论是精准定位，还是准确的剂量规划，均能够让肿瘤临近正常组织接受到较少剂量的照射[5]。本研究结果显示，采用3D-lattice SBR治疗的观察组，胸部肿瘤的脊髓最大受量、左肺平均受量、右肺平均受量依次为715cGy、181cGy、952cGy；中腹部肿瘤的危及器官受量看，左肾平均受量和右肾平均受量分别为123cGy和137cGy；从盆部肿瘤的危及器官受量看，膀胱平均受量、直肠平均受量依次为871cGy、1071cGy。

从上述两组患者大体积肿瘤的靶区剂量分布、危及器官受量的比较结果看，首先，空间分割治疗主要对肿瘤内的一些重要的“点”进行高剂量照射，即使大体积肿瘤内一些特殊区域也可接受到高剂量的照射。而常规调强放射治疗，虽然可从总体上对肿瘤实现均匀剂量的照射，但面对大体积肿瘤时，却由于肿瘤周围正常组织受量的限制，很难进行大剂量的照射。相比之下，空间分割治疗模式更具优势。其次，从肿瘤周围正常组织受量角度看，当采用空间分割治疗手段时，因仅对肿瘤内部进行高剂量集中照射，肿瘤周围的照射剂量则相对低，从理论层面看，能够对周围正常组织实现保护。而如果采用的是常规调强放射治疗，即便对正常组织实施了保护措施，可是因进行得是均匀剂量照射，故大体积肿瘤周围的正常组织也会受到较高剂量的照射。此次研究结果显示，靶区受量层面，当对大体积肿瘤进行采用3D-lattice SBR治疗时，身体胸部、中腹部及盆部肿瘤靶区剂量分布均大于7000cGY。而对大体积肿瘤进行IMRT治疗时，出于对肿瘤周围器官的保护，最大受量受到明显限制，例如对照组患者胸部肿瘤靶区接受的最大剂量仅为5000—6000cGY；中腹部及盆部肿瘤靶区接受的最大剂量均仅为4500—5000cGY，观察组患者靶区分布剂量均明显高于对照组，即大肿瘤靶区能够得到更高剂量的照射。

综上所述，在大体积肿瘤的治疗中，主要以IMRT治疗、3D-lattice SBR治疗为主。此次研究以大体积肿瘤的治疗为出发点，采用了分组对比形式，将两组大肿瘤患者靶区剂量分布、危及器官受量进行比较。通过比较得知，空间分割治疗（3D-lattice SBR治疗）手段能够发挥剂量聚焦的作用优势，大幅降低了对危及器官的照射剂量。而在空间分割治疗中国产直线加速器的使用凸显出了很大的优势，较于国外治疗手段更具有优势，在大体积肿瘤治疗中有很大的优势，具有临床推广价值。

参考文献

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[5]韩超,陈晶晶,陈宏林,等.基于AAA算法的三种调强方式在宫颈癌放射治疗中的剂量学比较[J].医疗装备, 2024, 37(1):14-17.
作者简介：（1975.01），男，籍贯（山东省淄博市），汉族，大学本科学历，主治医师研究方向：肿瘤影像学诊断和放射治疗

通讯作者：沈希瑞，淄博市周村区恒星路999号，255300

淄博市医药卫生科研项目：国产直线加速器点阵式（lattice）放疗技术的剂量学研究，立项编号：20230903084，项目类别：面上项目