基于国产与进口精确放疗设备在原发性肝癌与胰腺癌的临床剂量学评价研究

丛小虎，宋伟男，解传滨，戴相昆，石楠，李学源，曲宝林，徐寿平

1. 青岛市中心医院 放射物理科，山东 青岛 266042；2. 解放军总医院第一医学中心 放射治疗科，北京 100853；3. 解放军第960医院 肿瘤治疗中心，山东 淄博 255300

引言

放射治疗是肿瘤治疗的重要手段之一。有统计显示我国肿瘤发病率逐年上升，据统计约60%～70%肿瘤患者需在治疗的不同时期接受放射治疗[1-2]。长期以来，国内高端放疗直线加速器市场一直被进口医疗设备垄断。进口医疗设备价格昂贵，使用维修成本高[3]。自1970年以来，国产放疗设备经过四十多年发展也有了长足进步，目前其在功能上已经能够满足基本临床需求，可根据用户的不同需求实现适形调强等放射治疗技术。原发性肝癌和胰腺癌作为我国发病率较高的恶性肿瘤，放射治疗是原发性肝癌和胰腺癌非手术治疗的一种重要手段[4-5]。本研究依托于国家重点研发计划“数字诊疗装备研发”专项，对分别采用国产与进口精确放疗设备对患者精确放疗计划进行比较分析，并对完成计划进行剂量验证的工作。初步评价国产及进口精确放疗设备，评估国产精确放疗设备临床应用是否能够满足临床需求。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性选取2015年1月到2017年6月在解放军总医院行放疗的小肝癌（肿瘤直径小于5 cm）、大肝癌（肿瘤直径大于5 cm）、胰腺癌患者CT图像各60例，患者年龄分布37～87岁，中位年龄62岁。选取的每个病种病例均由同一医生负责靶区和危及器官勾画。

1.2 仪器设备

本研究CT图像扫描采用64排西门子放疗专用大孔径定位CT（Siemens，德国）；将计划根据采用加速器不同分为国产组和进口组。进口组采用Clinac iX加速器（Varian，美国）、Pinnacle计划系统（Ver 10.0，Philips，荷兰）、ArcCheck（SunNuclear，美国）验证设备；国产组放疗设备采用课题合作医院的新华XHA600E（Shinva，中国）、Prowess计划系统（Ver 5.51，Prowess，美国）、Matrixx（IBA，比利时）。两家医院具体配置情况，见表1。

表1 两家医院放疗科设备配置情况

1.3 定位方式

所有病例体位固定采用定位体板加热塑体模固定，患者仰卧双手放于头顶。图像扫描采用Siemens放疗专用大孔径模拟定位CT。靶区及危及器官的勾画均在Pinnacle医生工作站完成，其它需勾画危及器官包括肝脏、脊髓、十二指肠等。勾画需经上级医生批准后方可传至计划系统进行计划设计。

1.4 计划设计

进口组计划采用Pinnacle计划系统进行计划设计。所有IMRT计划均采用五野静态调强方式，射野根据肿瘤位置和大小进行适当调整，布野原则要求确保至少一部分正常肝体积接受尽可能低的剂量。参数设置最大子野数目50、最小子野面积6 cm2、最小子野跳数6 MU。将CT图像和勾画导至课题合作医院进行国产组IMRT计划设计。国产组计划设计采用与进口组计划相同射野角度。其他优化参数保持一致，尽量减少外在因素影响对照组计划质量。靶区处方剂量60 Gy/28F，靶区最大剂量要求小于处方剂量107%；至少95%靶区体积接受60 Gy；脊髓：Dmax＜45 Gy，肝脏 ：V30＜60% ；肾 V20＜20% ；小肠 ：V40＜30%，V55＜1cc；十二指肠 V55＜1cc；胃 V55＜1cc等。

1.5 计划评估

治疗计划设计完成后比较采用不同设备计划的靶区及危及器官参数差异。采用适形度指数（Conformal Index，CI）、均匀性指数（Homogeneity Index，HI）对靶区进行评价[6-7]。CI定义 ：CI=（TVPV×TVPV）/(TV×PV)。其中TVPV代表计划靶区所占处方剂量的体积，TV代表计划给予处方剂量的靶区体积，PV代表处方剂量所包含的总体积。靶区CI值越接近1，代表计划靶区的适形度越好。HI定义：HI=(D2%-D98%)/D50%。式中D2%是指2%靶区体积对应的照射剂量；D98%为98%靶区体积对应照射剂量。靶区HI值越小，越接近0，表示计划靶区的均匀度越好。评估采用不同设备计划病例正常组织危及器官受照剂量差异。

1.6 剂量验证

在保证国产组和进口组加速器在机械特性和束流特性均满足日常检测要求前提下，分别对两组计划进行剂量验证工作。进行剂量学验证之前，需先对加速器6 MV X线进行剂量标定，保证其静态输出剂量偏差在1%以内。两组研究中采用的剂量验证设备分别为IBA公司Matrixx二维矩阵验证系统和SunNuclear公司ArcCheck矩阵验证系统。两种验证设备使用之前均需经剂量校准，使得两组设备剂量测量结果保持一致。国产组加速器剂量验证采用Matrixx二维矩阵验证系统，需将QA计划需将IMRT计划移植到模体上，并归一机架角度、准直器角度、治疗床角为0°再进行剂量计算。进口组加速器剂量验证采用ArcCheck矩阵验证系统，将IMRT计划移植到ArcCheck验证模体CT图像上直接进行剂量计算得出剂量分布。通过验证软件分别与测量剂量分布比较。剂量差异分析均采用Gamma分析方法。距离误差和剂量误差分别为3 mm/3%，阈值水平为10%，Gamma通过率≥90%符合临床要求。记录分析两组计划剂量验证结果。

1.7 统计方法

采用SPSS 22.0进行统计分析,数据结果用平均值±标准差（±s）表示，两组剂量学数据行配对t检验分析，P＜0.05表示结果具有统计学差异。

2 结果

2.1 靶区比较分析

国产组和进口组计划三个病种靶区剂量学比较结果，见表2。通过对比可以发现小肝癌、大肝癌患者HI国产组均值略优于进口组，差异具有统计学差异（P＜0.05）。CI比较均无统计学差异（P＞0.05）。

表2 两组计划靶区剂量学比较

2.2 危及器官比较分析

国产组和进口组计划三个病种危及器官剂量学比较结果，见表3。对于三个病种计划国产组和进口组计划肝脏V10、V30比较均无统计学差异（P＞0.05）。

表3 两组计划危及器官剂量学比较

对于小肝癌、大肝癌计划进口组肝脏Dmean显著低于国产组计划（P＜0.05）。对小肝癌病种国产组脊髓最大量显著低于进口组（P＜0.05），十二指肠最大剂量比较均无统计学差异（P＞0.05）。

2.3 剂量验证分析

Gamma分析结果显示国产组和进口组计划三个病种通过率均能满足大于90%，且Gamma通过率均值均在95%以上（表4）。

表4 两组计划剂量验证通过率比较（%）

3 讨论

原发性肝癌是目前我国第4位常见恶性肿瘤及第2位肿瘤致死病因，严重威胁我国人民的生命和健康[8-9]。中国肝癌的分期方案Ia、部分Ib期肝癌病人，如无手术切除或局部消融治疗适应证或不愿接受有创治疗，可考虑采用肝癌立体定向放疗作为替代治疗手段，据报道其生存时间与手术切除或局部消融治疗类似[10-11]。胰腺癌发病率呈快速上升趋势。2017年美国癌症协会发布的数据显示，美国胰腺癌新发病例数居恶性肿瘤死亡率第4位[12]。中国国家癌症中心最新统计数据也显示，胰腺癌位列中国城市男性恶性肿瘤发病率的第8位，居北京市和上海市人群恶性肿瘤死亡率的第5位[13-14]。冀天楠等[15]通过比较国产和进口鼻咽癌精确放疗设备的临床剂量学差异,发现国产与进口精确放疗设备在鼻咽癌根治性放疗方面其通过率及剂量学均能达到临床要求，国产精确放疗设备可以满足鼻咽癌根治性放疗的需要。鉴于原发性肝癌、胰腺癌国内高发病率，研究原发性肝癌、胰腺癌国产化解决方案具有重要意义。

马蕾杰等[16]对XHA600E型国产数字化加速器进行性能检测与对比评价，并和进口加速器瓦里安Unique机械参数和束流特性进行对比分析。结果显示国产设备各项技术指标均符合国家标准，等中心精度、平坦度、对称性等参数和瓦里安Unique加速器差别不大，研究认为XHA600E是基层医疗单位更新换代的理想选择。本研究涉及精确放射治疗设备检测结果均满足国标要求。计划剂量验证前均进行输出剂量测量，满足偏差＜±1%要求方可进行后续工作。

本研究通过国产组、进口组的对比研究发现两组设备完成计划均能满足临床要求。其中对于原发性肝癌病例，国产组靶区HI优于进口组。所有计划均能满足靶区最大剂量小于处方剂量107%，均满足临床要求。三个病种国产组、进口组靶区CI均值相近。对于入组患者危及器官剂量学比较显示，国产和进口设备均能使危及器官满足临床限量要求。对于原发性肝癌病例肝脏重点剂量学参数V10、V30比较均没有统计学差异。但肝脏平均剂量比较进口组均显著低于国产组。分析原因为进口组计划系统采用Pinnacle计划系统，优化过程中可以采用优化参数等效均匀剂量（Equivalent Uniform Dose，EUD）。当EUD优化过程生物特性参数a=1时，可用于肺、肝、腮腺等“并型”的正常组织器官的保护[17]。通过限制肝脏最大EUD参数可以更有效的控制肝脏平均剂量。放射性肝病（RT-induced Liver Disease，RILD）是肝脏器官放疗过程中接受过量X射线照射后产生的放疗严重并发症之一。有研究指出正常肝组织平均剂量可有效预测放射性肝炎的发生概率[18]。从本研究原发性肝癌两种技术剂量学比较结果可以看出进口组计划肝脏平均剂量普遍低于国产组。这与进口加速器配备优化参数更全面、性能优化更优的计划系统有关系。研究过程中发现国产组Prowess计划系统为了得到更好的剂量优化效果并不建议设置最小MU限制。这造成剂量验证过程中国产组个别验证计划存在子野MU过小计划不能执行的情况，删除小子野再重新计算剂量可解决此类问题。陈吉祥等[19]研究发现进口设备大部分使用自己公司配套的计划系统（占65.4%），而国产加速器则趋于多样化（同一品牌加速器使用的计划系统各不相同），增加了维护和使用难度。国产设备应加大软件研发力度或者与进口设备融合发展，更好地发挥国产放疗设备的执行性能。

根据张烨等[20]对中国大陆地区放疗人员和设备基本情况调查研究显示截至2018年底中国大陆地区放疗单位共1463家，共有直线加速器2021台（含进口和国产）。每百万人口仅1.5台，低于WHO标准2～4台/百万人口。提示我国放疗资源的不充分亟需加快放射治疗专业发展，增加放疗设备的配置数量，提升治疗能力和技术水平。大力推广及应用国产精确放疗设备是一个很好的解决方案，国产加速器购置价格、维修成本均低于进口加速器。但部分国产放疗设备和进口设备相比较功能还不够完善。以本研究采用的XHA600E加速器为例，目前仅支持单曝光正交位置验证，其EPID软件界面简单，图像匹配方式相对单一，且目前只能实现常规普放、3DCRT、IMRT技术等。不过据悉不久上市最新XHA600E已全面支持容积调强技术，并可进行CBCT图像在线配准，这些新功能的引入将缩小国产和进口精确放疗设备的差距。另外本研究发现国产放疗设备信息化管理网络相比于进口设备采用的网络系统如医科达MOSAIQ、瓦里安ARIA等功能相对单一。本研究涉及剂量验证设备也均为进口设备。这些不足都给国内精确放疗设备厂家指出了发展方向，应加大相关研发投入，使国产放疗设备更好的满足医疗单位需求。

综上所述，通过本研究对国产与进口精确放疗设备在原发性肝癌与胰腺癌应用的对比，国产放疗设备XHA600E能够完成常规调强计划设计与执行，其计划质量与剂量验证结果与进口设备保持了良好的一致性。国产放疗设备成本相对进口放疗设备更具有优势，更适合一些购置预算有限、开展常规放疗技术为主的相关医疗单位引进。此外国产放疗设备应完善系统硬件和软件的功能开发，对标国际先进精确放射治疗设备，这将有助于改善国内放射治疗行业设备发展不充分现状。