1. 引言

直肠癌是我国常见的恶性肿瘤之一 [1]，在消化道肿瘤的发病率中高居第2位，近年来其发病率呈上升趋势。放射治疗技术作为直肠癌的一种重要的治疗方式，目前已越来越广泛地应用于临床 [2] [3] [4]。容积旋转调强放疗(Volumetric Modulated Arc Therapy, VMAT)技术作为调强放疗(IMRT)技术的延伸 [5]，能够在机架旋转的过程中出束，因而VMAT技术在靶区适形度和均匀性，危及器官受量、机器调数、治疗时间等方面更有优势 [6]。随着调强放疗技术的发展，非均整(Flattening Filter Free, FFF)模式与传统的均整(Flattening Filter, FF)模式相比，FFF模式的光子线照射剂量率更高、散射更少、漏射辐射更低，因此近年来成为研究的热点 [7] [8] [9]。关于医用直线加速器的FFF模式的剂量学特性研究已有不少的报道 [8] [9]，相关研究说明相比于FF模式光子能谱，FFF模式下能谱“软化” [8] [9]。FFF模式下高能量与低能量X线放疗物理剂量方面的参数特点少见相关报道。基于此，本研究以直肠癌VMAT计划为例，分析FFF模式下6 MV与10 MV的X线剂量学特点。

2. 材料和方法

2.1. 临床资料

随机选取既往在本院肿瘤科治疗的20例直肠癌术后患者，男女各10例，年龄45~78岁(中位年龄63岁)。20例患者未见有放疗并发症。肿瘤原发灶均经病理证实。KPS评分均在70分以上，没有放疗禁忌症。筛选数据经医院伦理委员会审批。纳入和排除标准：1) 纳入标准。① 有完整的临床病理资料；② 术前病理活检结果为直肠癌；③ 未发现有远处转移。2) 排除标准。有放射治疗禁忌证。

2.2. CT模拟定位

使用热塑膜及专用碳纤维板和枕头固定患者，虽然有临床研究表明 [10]，采用俯卧位方式对正常组织保护优于仰卧位，但考虑对摆位的重复性和精确度要求较高，一些患者术后伤口疼痛，仰卧的舒适性更好等因素，故本研究统一取仰卧位，在GE Light Speed 64排螺旋CT模拟定位机下增强扫描，CT扫描层厚5 mm，扫描范围为腰3椎体下缘到闭孔下缘。获得CT影像后，通过专用网络传输至Varian Eclipse放疗计划工作站，由高年资医生进行靶区和危及器官的勾画，危及器官限量包括小肠、膀胱、双侧股骨头。

2.3. 计划设计

基于Eclipse v13.6计划系统和Varian True Beam加速器，对每个患者制定两组放疗计划，两组计划分别使用FFF模式下能量为6 MV X线和10 MV X线。两组VMAT计划均采用两个全弧(顺时针181˚~179˚，逆时针179˚~181˚)照射，准直器角度5˚，网格分辨率大小2.5 mm，剂量率为1400 MU/min，60对MLC。处方剂量均为50.4 Gy/28 F。为了便于评价计划，两组计划靶区覆盖率归一到50.4 G覆盖95% (≥95%)的靶区体积。靶区剂量最大值高于110%的处方剂量体积不超过1%。

2.4. 计划评估

根据剂量–体积直方图(Dose-Volume Histogram, DVH)来评价靶区和危及器官的剂量学参数，参考ICRU83号报告 [11]。靶区的剂量学参数：靶区覆盖率(处方剂量包绕的靶体积与靶体积之比)，D₂、D₉₈、平均剂量D_mean，其中D₂、D₉₈分别为包围靶区体积2%、98%的最小剂量；均匀性指数定义为式(1)：

$HI=\left(D_2-D_{98}\right)/D_{50}$ (1)

其中D₅₀为包围靶区体积50%的最小剂量，HI值越接近0，表明靶区的均匀性越好。

适形度指数定义为式(2)：

$CI=\left(V_{T,ref}/V_T\right)\times \left(V_{T,ref}/V_{ref}\right)$ (2)

其中 $V_{T,ref}$ 为处方剂量所覆盖的靶区体积，V_T为靶区体积，V_ref为处方剂量所覆盖的总体积，CI值越接近于1，说明靶区的适形度越好。各危及器官的剂量参数为膀胱D_mean、V₅₀，左右股骨头D_mean、D₄₀，小肠D_max，正常组织(Body减去PTV) V₂、V₅。此外，评估各计划的机器跳数(Monitor Unit, MU)。

采用SunNuclear公司的Map Check I，以3%/3 mm的误差标准对所有计划进行二维剂量验证，分析其gamma通过率。

2.5. 统计学方法

所有数据采用SPSS 22.0软件进行统计处理，数据以均值 ± 标准差表示，经检验数据服从正态分布，采用配对t检验分析两组计划，P < 0.05为差异有统计学意义。

3. 结果

3.1. 靶区剂量学参数比较

表1所示是FFF模式下6 MV与10 MV两组计划靶区剂量学参数比较结果。由表1看出，两种能量下靶区D₂和D_mean差异有统计学意义(P < 0.05)。D₉₈和靶区覆盖率无统计学意义(P > 0.05)。6 MV能量的计划组CI和HI优于10 MV计划组(P < 0.05)。图1是6 MV与10 MV结果的DVH图对比，从图中可以看出，6 MV的均匀性好于10 MV，正常组织受量6 MV计划高于10 MV计划结果。

3.2. 危及器官剂量学参数比较

表2为两组计划危及器官剂量学结果。两组计划膀胱D_mean无统计学差异(P > 0.05)、V₅₀结果为6 MV小于10 MV计划组(P < 0.05)、左右股骨头的D_mean和V₄₀均无显著差异(P > 0.05)。小肠的D_max无显著差异(P > 0.05)。正常组织V₂、V₅结果为10 MV计划组低于6 MV计划组(P < 0.05)。

3.3. 剂量验证通过率、机器跳数、治疗时间比较

表3所示为两组计划剂量验证通过率、机器跳数、治疗时间比较，剂量验证通过率结果10 MV高于6 MV (P < 0.05)，机器跳数和治疗时间结果都为6 MV计划组小于10 MV计划组(P < 0.05)。

4. 讨论

目前的研究已有FFF模式治疗直肠癌可行性的报道 [12] [13]，大多是基于6 MV X线治疗的研究，6 MV能量与10 MV能量的X线能谱不同，FFF模式下10 MV的能量注量和在水组织不同深度的profile分布不均匀性都比FFF-6MV更明显 [8]，这说明FFF模式下6 MV能量的X线与10 MV能量的X线理论的物理特性有很大差别，因此对于FFF模式下10 MV与6 MV X射线治疗肿瘤靶区和危及器官的物理剂量参数问题值得探讨。本研究比较了FFF模式下10 MV与6 MV治疗直肠癌的剂量学差异。研究结果表明，FFF模式下10 MV与6 MV两种能量下计划的靶区剂量参数均满足临床要求且无统计学差异，部分危及器官、正常组织受量、剂量验证通过率和治疗时间等方面存在差异。

近年来，国内外关于FFF模式相关报道有很多 [14] [15] [16]，FFF模式的最大优势在于增加的剂量率能够达到1400 MU/min。与FF模式计划相比，6~10 MV的FFF模式计划，距离射野边缘20 cm处的剂量减少23%~31% [14]。很多报道对FFF模式下加速器束流物理特性的影响进行了研究和FF模式的特性进行了总结，诸如深度剂量变浅、皮肤剂量略微提高、离轴剂量跌落较快等特点。但是关于FFF模式下不同能量下的剂量特性报道较少。早期，Ost等 [17] 报道了高能与低能X线IMRT和VMAT治疗前列腺癌，高能X线无优势，剂量分布无统计学差异。这与本研究结论基本一致，本研究的结果显示CI与HI高能X线治疗无优势。两种能量的靶区覆盖率无显著差异(P = 0.896)。危及器官方面，本研究膀胱D_mean、左右股骨头、小肠等危及器官受量均无统计学差异，这与Kumar等 [18] 的研究结论基本一致，大多数危及器官受量无显著差异，膀胱V₅₀有统计学意义(P = 0.01)。Vassiliev等 [19] 报道与FFF-18MV相比，FFF-6MV治疗前列腺IMRT计划跳数MU增加，而本研究结论则相反，FFF-6MV VMAT计划机器跳数比FFF-10 MV少，原因可能与机器跳数取决于靶区大小、位置、小机头旋转的角度等因素，且10 MV能谱峰值和非均匀束流曲线更高。跳数越少，理论的治疗时间越少，因此，本研究6 MV计划治疗时间少于10 MV计划治疗时间。二维剂量验证通过率方面，两种能量的放疗计划gamma通过率有统计学差异(P = 0.012)，但结果均能达到98%以上。10 MV能量下的正常组织V₂、V₅体积显著减少，这可减低2次癌症复发的风险，这与Kumar等 [16] 的研究基本一致，但10 MV能量大小会产生中子污染，中子对靶区剂量的贡献不及X光子，且其放射生物学效应更高，对正常组织损害更大，而且给辐射防护带来困难。下一步比较其他能量大小的剂量学特性。本研究的不足之处是该结论仅仅为物理剂量学结果，只为临床提供参考，真正治疗后的临床疗效如何有待考证。

综上所述，在直肠癌FFF VMAT放疗计划中，6 MV能量与10 MV能量X线均能满足临床要求，从剂量学角度而言，6 MV能量能获得更好的均匀性和适形度，建议选用6 MV能量X线。

参考文献