2 种不同放疗设备在宫颈癌调强放疗中的差异研究

李 鑫，王继平，李 靖，邹 敏，廖 瑶，胡文武*

（1.宜昌市第二人民医院/三峡大学附属第二人民医院肿瘤放射治疗中心，湖北宜昌 443000；2.长江大学附属黄冈市中心医院肿瘤放疗中心，湖北黄冈 438000）

0 引言

宫颈癌是世界范围内发病率居第三位的女性肿瘤[1]，其发病率居我国女性生殖系统恶性肿瘤之首[2]。目前，宫颈癌的治疗方式以手术治疗、化疗及放疗为主，其中三维适形放疗和调强放疗（intensity modulated radiation therapy，IMRT）是宫颈癌体外放疗的主要方式[3]。相比传统放疗方式，IMRT 具有良好的剂量学优势，其能够在获得靶区内不同剂量梯度分布的同时更好地保护靶区周围正常组织，在宫颈癌放疗中得到广泛应用[4]。

近年来，随着放疗技术的飞速发展，各种类型的放疗设备层出不穷。瑞典医科达Synergy 是目前常见的C 型臂加速器，具有光子线和电子线多挡能量组合，可以开展图像引导放疗和IMRT 等多种放疗。其多叶光栅（multi-leaf collimator，MLC）叶片厚度为1 cm，可形成40 cm×40 cm 的最大射野，最大叶片运动速度为2 cm/s。因具有照射野空间大、射线束流强、辐射能量广等特点，Synergy 加速器是现在临床上使用比较广泛的主力机型之一。Halcyon 加速器作为瓦里安新一代智慧放疗平台，其设计理念与常规加速器存在较大差异[5]。Halcyon 加速器具有高度整合、高度自动化、高度智能化的优势，其采用特殊设计结构，射线能量为6 MV 非均整（flattening filter free，FFF）模式，其最大射野大小为28 cm×28 cm。其“双子星”全新一代快速双层MLC 错位设计，可达到0.5 cm 叶片厚度效果，具有更高的调制能力。Halcyon 加速器因具有安装调试速度快、图像引导高度集成化及操作流程智能化等优点，可以满足患者治疗高效精准的需求。该机型自2019 年商业化以来，在乳腺癌、鼻咽癌及宫颈癌等病种方面具有良好的治疗效果。有文献研究表明，Halcyon 加速器甚至能获得优于常规C 型臂加速器的复杂剂量分布，满足临床治疗要求[5-8]。本研究基于Halcyon 加速器及Synergy 加速器在相同计划系统计算模式下对宫颈癌术后患者进行IMRT 治疗，对比分析2 种加速器在剂量分布、摆位误差、治疗效率等方面的差异，为宫颈癌术后放疗提供更有利的治疗保障。

1 资料与方法

1.1 临床病例选择

回顾性选择2021 年6 月至2022 年12 月期间在宜昌市第二人民医院肿瘤放射治疗中心采用Synergy 加速器（2010 年机型）或Halcyon 加速器治疗的60 例宫颈癌术后放疗患者，根据治疗机型的不同分为Synergy 组（n=30 例）与Halcyon 组（n=30例）。纳入标准：（1）年龄为40～70 岁，病理确诊ⅠB～ⅡA期宫颈癌患者；（2）广泛子宫切除术及盆腔淋巴结清扫术术后患者，且符合《2023 NCCN 子宫颈癌临床实践指南（第1 版）》推荐的放疗指征；（3）各器官功能可耐受放疗，KPS 评分≥70 分。排除标准：（1）有盆腔放疗史；（2）伴有心、肺、脑、肾、骨髓功能异常等明显功能异常疾病；（3）拒绝接受放疗。

1.2 体位固定与靶区勾画

患者定位前1 h 排空大小便，并适量饮水憋尿以便膀胱充盈，减小膀胱和小肠的受照射剂量[9]。患者取仰卧位平躺于碳纤维体位固定架上，双手上举交叉握杆，采用热塑膜固定。体位固定后行定位CT扫描，对没有造影剂禁忌证患者需行增强扫描以利于肿瘤、淋巴结、血管的显示。定位CT 扫描范围由L3 上缘至坐骨结节下5 cm，至少在靶区上下缘外扩5 cm 并覆盖需要评价的危及器官。将CT 影像传至放疗计划系统中，由同一位放疗医师利用医生工作站在CT 影像上勾画靶区及涉及的危及器官。临床靶区（clinical target volume，CTV）勾画范围为第五腰椎上缘到阴道上段，包括阴道残端、上段阴道、阴道旁及盆腔淋巴引流区。勾画完成后在CTV 基础上外放0.7 cm 形成计划靶区（planning target volume，PTV）。

1.3 放疗计划设计

本研究所选病例靶区长度为16.7～20.7 cm，体积为675～1 121 cm3，计划优化采用光子优化（photon optimizer，PO）算法，剂量计算采用各向异性分析（anisotropic analytical algorithm，AAA）算法。Halcyon 组使用能量为6 MV FFF 模式，采用动态调强技术。Synergy 组使用能量为6 MV 均整（flattening filter，FF）模式，采用静态调强技术。2 组计划布野方式均为固定角度7 野照射（0°、51°、102°、153°、204°、255°、306°），准直器为0°。根据ICRU 50、62 号报告，处方剂量PTV 总剂量为50.4 Gy，分次剂量为1.8 Gy，共28 次。靶区及危及器官限量如下：PTV 的V50.4≥95%；小肠的V50≤5%，Dmax≤52 Gy；脊髓的Dmax≤45 Gy；结肠的V50≤10%，Dmax≤52 Gy；直肠的V50≤50%；膀胱的V50≤50%；双侧股骨头的V50≤5%。

1.4 计划参数评估

计划优化结束后由放疗医师和物理师共同对计划进行评估审核。靶区评估标准：100%的处方剂量包绕100%的CTV 体积，100%的处方剂量包绕95%的PTV 体积，PTV 中最高剂量不超过110%的处方剂量，没有大范围107%处方剂量的剂量热区。评价靶区的均匀性指数（homogeneity index，HI）、适形性指数（conformity index，CI）、梯度指数（gradient index，GI），CI 越接近1 代表靶区适形性越好，HI 越接近0说明靶区剂量均匀性越好[10]，GI 越小剂量跌落越快。根据ICRU 83 号报告，CI、GI、HI 定义如下：

式中，VPTV为靶区体积；Vpres为处方剂量包绕的体积；V1/2pres为50%处方剂量所包绕的体积；D2、D98、D50分别为2%、98%、50%靶区体积接受的照射剂量。危及器官评估标准：在任一横断层面的最高剂量不落在危及器官上；小肠D2cc≤54 Gy，脊髓D0.1cc≤45 Gy；其他危及器官参照危及器官限量进行评估。

1.5 剂量分布验证

利用ArcCheck 三维剂量验证模体验证计划的通过率。将患者放疗计划移植到ArcCheck 三维剂量验证模体上生成新的剂量验证计划并将其导出。在对放疗计划进行验证前先测量本底并对模体进行校准，随后利用模体采集照射剂量，将ArcCheck 软件系统重建的结果与计划系统导出的结果进行比对。利用γ 分析方法验证绝对剂量通过率，评价标准为3 mm/3%，计划通过率均需≥90%。

1.6 摆位误差统计

Synergy 加速器采用X 射线容积成像（X-ray volume imaging，XVI）验证系统，Halcyon 加速器采用迭代锥形束CT（iterative cone beam CT，iCBCT）验证系统。使用体位验证影像与定位CT 影像进行配准，并记录2 幅图像在左右（X）、头脚（Y）、上下（Z）方向的体位误差值。

1.7 治疗效率统计

在放疗计划系统计划评估界面查看并统计各射野的机器跳数信息。记录加速器出束时间作为计划执行时间，记录患者摆位到治疗结束时间作为总的治疗时间。

1.8 统计学方法

通过SPSS 24.0 软件对数据进行统计处理，并对所有数据采用Shapiro-Wilk 法进行正态检验。符合正态分布的定量资料采用独立样本t检验，以均值±标准差（±s）表示；不符合正态分布的资料采用非参数检验中的ManWhitneyU检验，以中位数（四分位数）表示。P＜0.05 表示差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 靶区剂量比较

2 组计划剂量分布图及剂量体积直方图（dosevolume histogram，DVH）如图1 所示，靶区剂量学参数统计结果如图2 所示。剂量分布均满足临床需求。Halcyon 组靶区适形性优于Synergy 组，其CI 高于Synergy 组，差异具有统计学意义（P＜0.001）。Halcyon组靶区均匀性也同样优于Synergy 组，其HI 小于Synergy 组，差异具有统计学意义（P＜0.001）。从剂量分布图中也可以看出靶区内高剂量区Halcyon 组小于Synergy 组，此结果与HI 统计结果一致。此外，Halcyon 组GI 小于Synergy 组（P＜0.001），剂量跌落相较于Synergy 组更快。

图1 2 组剂量分布图及DVH

图2 2 组靶区剂量学参数统计结果

2.2 危及器官剂量比较

危及器官吸收剂量是评价计划质量的重要指标，也是影响宫颈癌放疗疗效的重要因素。宫颈癌放疗涉及到的重要危及器官小肠、直肠、膀胱、股骨头、脊髓的剂量学评价统计结果如图3 所示。Halcyon 组小肠V20、V30、V40、V50及Dmean均低于Synergy 组（P＜0.05），Dmax差异无统计学意义（P＞0.05）。Halcyon 组直肠V20、V30及Dmean小于Synergy 组（P＜0.05），V40、V50结果相近，差异不具有统计学意义（P＞0.05）。Halcyon组膀胱Dmean及V20、V30小于Synergy 组（P＜0.01），V40、V50差异没有统计学意义（P＞0.05）。Halcyon 组两侧股骨头V30和V40以及Dmean均小于Synergy 组（P＜0.01），V20和V50差异没有统计学意义（P＞0.05）。

图3 2 组部分重要危及器官的剂量学参数统计结果

2.3 剂量分布验证比较

利用ArcCheck 三维剂量验证模体对2 种加速器进行剂量分布验证，以检测计划的照射量与实际剂量是否一致，结果如图4 所示。Halcyon 组γ 通过率要高于Synergy 组，差异具有显著统计学意义（P＜0.01）。此外，从图中可以看出Halcyon 组γ 通过率结果离散度低于Synergy 组，表明Halcyon 加速器稳定性较好，对复杂计划也能保持较好的调制能力。

图4 2 组剂量分布验证统计结果

2.4 摆位误差比较

摆位误差即治疗体位与参考体位的位置差异。2组摆位误差比较见表1。Halcyon 组与Synergy 组在X、Y、Z方向的摆位误差差异均无统计学意义（P＞0.05）。

表1 2 组摆位误差统计结果（±s）单位：cm

表1 2 组摆位误差统计结果（±s）单位：cm

组别X 方向Y 方向Z 方向Synergy 组0.26±0.150.37±0.110.20±0.11 Halcyon 组0.24±0.160.33±0.170.22±0.16 t 0.313 30.718 80.478 9 P 0.756 7-0.499 50.621 8

2.5 治疗效率比较

高效率的放疗能够为患者带来更好的治疗体验，而且能提高设备的利用效率，缩短患者治疗时间，能更好地保障放射防护。更高的计划执行效率和高剂量率还可以降低患者治疗过程中产生误差的可能性，减少散射线和漏射线对患者带来的额外辐射。本研究通过统计2 组计划的机器跳数、计划执行时间以及患者总的治疗时间来分析不同机器的治疗效率。如图5 所示，2 组机器跳数差异没有统计学意义（P＞0.05），而在计划执行时间和总的治疗时间方面Halcyon 组远小于Synergy 组，差异具有统计学意义（P＜0.001）。

图5 2 组治疗效率统计结果

3 讨论

宫颈癌是临床常见的病种之一，发病率高，放疗是其主要的治疗手段，约有70%及以上病例在治疗过程中需采用放疗，放疗的临床疗效已得到既往研究肯定[11-12]。更好的剂量分布是影响放疗疗效的关键因素，“三精”放疗已是当前的必备要素。新的放疗技术和设备不断更新，推动了“三精”放疗的发展，从而使放疗变得更加安全高效。Halcyon 加速器最新的双层MLC 错位设计具有更高的适形性和更好的计划调制能力，其剂量率可达到800 MU/min，机架旋转速度为2 r/min ，MLC 运动速度为5 cm/s，使得4 全弧计划执行时间仅为132 s[13]。与常规C 型臂加速器2 弧平均时间150 s、9 野IMRT 平均时间768 s 相比，治疗时间明显缩短，降低了患者内部器官运动误差的风险，同时进一步提高了患者治疗的舒适度[14-15]。由于Halcyon 加速器临床应用时间不久，相较于其他机器研究数据相对缺乏，同时不能做非共面旋转照射，在治疗床左右两侧移动空间较小等方面还存在一定的局限性。此外，Halcyon 加速器现已升级至3.0版本，每一次版本的升级都伴随着重要硬件性能的改变，所以现有数据仍需要不断研究更新。

本文从剂量学分布、γ 通过率、摆位误差、治疗效率方面对Synergy 加速器与Halcyon 加速器2 种不同放疗设备进行对比分析。研究表明，2 种设备均能满足临床治疗需求。在剂量学分布方面，Halcyon 组的剂量分布略优于Synergy 组，其靶区适形性、均匀性以及剂量跌落方面优于Synergy 组，部分重要危及器官的受量也低于Synergy 组，表明Halcyon 组在达到同样的肿瘤治疗效果的同时对部分危及器官做到了更好的保护，为取得更好的疗效和愈后奠定了基础。Li 等[16]通过对Halcyon 加速器和Synergy 加速器IMRT 治疗宫颈癌的计划进行比较，发现采用Halcyon 加速器靶区GI、CI 和HI 均有不同程度的改善，而危及器官受量进一步降低，这可能与Halcyon加速器0.47%的穿射因子有关[17]，与本研究是一致的。另外，本研究对2 种设备的计划剂量与实际剂量分布进行对比验证，结果显示Halcyon 组计划γ 通过率高于Synergy 组，拥有更好的剂量准确性。此结果表明使用Halcyon 加速器在宫颈癌术后放疗中可以减小发生副反应的风险，进一步提高肿瘤的治疗效果。

由于Halcyon 加速器独特的环形机架设计，患者治疗时须通过移床使定位中心与治疗中心保持一致，此过程增加了摆位误差的可能性。本研究结果表明2 种设备在患者摆位误差上均小于0.5 cm 且差异没有统计学意义，表明Halcyon 加速器在治疗过程中定位中心到治疗中心的自动移床并未明显增加摆位误差。Halcyon 加速器还有一大特点就是具有高效的图像引导系统，患者每次治疗时强制100%图像引导放疗，并对每次治疗的摆位误差进行修正，减小治疗摆位误差，从而提升了治疗的安全性。治疗时间一直是患者和医生双方都非常关注的问题，尤其是对于自身状态较差或者行动不便的患者，更短的治疗时间和更高的治疗效率将带来更好的治疗体验。Halcyon加速器将所有束流设备集成安装在环形机架上，使其治疗时机架旋转速度大大提升，锥形束CT 扫描时间最短缩短至15 s，治疗时机架转速达24°/s，可实现治疗计划完全自动执行[5]。李成强等[18]对Halcyon和Trilogy 2 种加速器在乳腺癌放疗中的执行效率比较发现，Halcyon 加速器计划执行时间为（3.01±0.28）min，Trilogy 加速器为（12.38±1.49）min，Halcyon 加速器大幅缩短了治疗时间。本研究从机器跳数和计划执行时间上对Halcyon 和Synergy 2 种加速度的执行效率进行了统计，结果表明Halcyon 加速器显著缩短了患者的治疗时间和计划执行时间，有更高的治疗效率。祝起禛等[17]的研究表明，Halcyon 加速器相较于C 型臂加速器具有更大的平均子野面积和更小的子野面积变异系数，从而降低了计划的复杂度，提高了计划执行效率，这与本文的研究结果是一致的。

本研究表明2 种放疗设备用于宫颈癌术后IMRT中均能够满足临床要求，但Halcyon 组与Synergy 组在计划剂量分布和机器执行效率上存在着一定差异，且相较于传统Synergy 机型，Halcyon 加速器更具有一定的优势。这些优势集中表现为治疗时间更短、工作效率更高，每次治疗时100%图像引导使得放疗更加安全可靠。同时在宫颈癌IMRT 计划中靶区的适形性、均匀性以及剂量跌落方面略优于Synergy组，部分重要危及器官的受量低于Synergy 组。这些结论肯定了Halcyon 加速器在宫颈癌IMRT 中的应用效果，为Halcyon 加速器的临床应用研究提供了一定的数据支持。

本研究仍然存在一定的局限性，Halcyon 加速器临床应用还比较短暂，软件升级还在不断完善中，物理剂量学的指标获益需要从临床疗效来进行验证。因此，本研究后续还将从患者治疗效果、治疗副反应等方面来对临床疗效作进一步的研究，以便于为宫颈癌临床治疗提供更全面、更优质的参考。