脑转移瘤是颅内最常见的恶性肿瘤，约20%的癌症患者在病程中发生脑转移^[1]，20%～30%的脑转移瘤患者因局部控制不良而死亡^[2]。脑转移瘤的控制对改善生存和提高生存质量非常重要。目前，全脑放疗（whole brain radiotherapy，WBRT）和立体定向放射外科（sterotactic radiosurgery，SRS）是脑转移瘤的主要治疗手段^[3-4]。在之前几十年，多数脑转移瘤患者采用WBRT治疗，有助于缓解患者症状或作为姑息治疗手段。对一些直径较小的转移灶，可以选择SRS治疗，为达到单次大剂量的放疗，提高放疗精度，多需要采用有创的定位方式。随着放疗技术的发展，无创定位精度的提高，分次立体定向放射治疗（fractionated stereotactic radiotherapy，FSRT）已经在临床获得越来越多的应用，被报道为治疗脑转移瘤有效和安全的新技术，可以进行无创的高精度定位，相比SRS，单发转移灶直径可以大于40 mm，或有多个转移灶，推荐FRST治疗，既能提高单次剂量，又可以减少正常脑组织的放射性损伤^[2,5-6]。

均整器是常规加速器的结构部件，为达到靶区内的剂量实现一定程度的均匀性，这种模式就是均整（flattening filter，FF）模式。均整器的使用同时也限制了加速器的输出剂量，相比均整模式，无均整器（flattening filter free，FFF）具有较高剂量率、剂量高度集中，较短治疗时间等优势^[7-8]。随着放疗技术的发展，容积旋转调强技术（volumetric modulated arc therapy，VMAT）广泛应用于临床，VMAT技术在头颈部肿瘤放疗计划中展示出剂量学优势，可以提高靶区适形度和均匀性，降低危及器官剂量和缩短治疗时间^[9]。本研究采用VMAT技术结合FFF技术进行脑转移瘤患者分次立体定向放射治疗剂量学研究。通过比较FFF模式和FF模式在脑转移瘤患者分次立体定向放射治疗剂量学差异，为FFF模式下进行脑转移瘤FSRT提供参考。

1 材料与方法 1.1 病例资料

回顾性分析2017年1月—2022年1月在南京医科大学附属淮安第一人民医院收治的颅内恶性脑转移瘤患者17例，其中男性患者8例、女性患者9例；年龄46～76岁，中位年龄64岁；12例单一病灶脑转移患者，3例2个病灶脑转移患者，2例3个病灶脑转移患者；孤立转移灶体积2.67～71.36 cm³，中位体积11.1 cm³。

1.2 仪器和设备

所有患者采用Fraxion固定装置^[10](Elekta, Atlanta, GA, USA)进行定位，模拟定位采用大孔径螺旋CT模拟定位机（PHILIPS Brilliance Big Bore CT），治疗计划系统采用 Monaco 5.1.1 (Elekta, Atlanta, GA, USA)，直线加速器为医科达Versa HD (Elekta, Atlanta, GA, USA)。

1.3 CT扫描及靶区勾画

所有患者均采取仰卧位，Fraxion固定装置固定头部，CT模拟扫描范围从头顶到上颈部，扫描层厚为3 mm。将患者定位CT图像通过网络传输至MIM 6.8.3工作站（Cleveland, OH, USA），利用MIM系统图像融合功能将定位CT图像与患者脑部核磁共振图像（T1、T1增强、T2、FLAIR序列）进行图像融合，由高年资放疗医师根据李祥攀教授的脑转移瘤精准放疗靶区勾画图谱^[11]进行靶区及危及器官（脑干、晶体、眼球、视神经、正常脑组织）勾画。计划靶体积（PTV）根据患者情况由医师进行外扩2～4 mm。

1.4 计划设计

将靶区勾画完成的定位CT图像通过网络传输传至治疗计划系统 Monaco 5.1.1，由一位高年资物理师在Monaco计划系统分别设计有均整器及无均整器的FSRT计划。有无均整器的计划均采用360°双弧，每道弧200控制点，采用蒙卡算法，计算网格为2 mm，单计划不确定度为0.5%。同一患者的计划采用相同目标函数及限制条件，唯一变量为计算能量，分别为6 MV和FFF 6 MV，PTV处方剂量为50 Gy/10F。要求98%的PTV体积达到处方剂量，2%的PTV体积小于处方剂量的140%^[12]。危及器官剂量参考2022年ASTRO发布的脑转移放疗指南^[13]。

1.5 评价参数

所有计划均采用剂量-体积直方图（DVH）进行评估。靶区指标包括：2%的PTV体积接受的剂量（D_2%），98%的PTV体积接受的剂量（D_98%），PTV平均剂量（D_mean）。正常脑组织受到5 Gy剂量的体积百分比（V_5Gy）、受到10 Gy剂量的体积百分比（V_10Gy）、受到12 Gy剂量的体积百分比（V_12Gy），平均剂量（D_mean）。根据Monaco计划系统结果中统计每个治疗计划机器跳数（Monitor unit，MU），预估理想出束时间（s）。

靶区适形指数（Conformity index，CI）为处方剂量线与靶区的重合程度，根据公式 $CI = {(T{V_{PIV}})^2}/ (TV \times PIV)$ 计算得出，式中TV为靶区的体积，PIV为处方剂量包绕的体积，TV_PIV为处方剂量包绕的靶区体积^[14]。CI值越接近1，靶区适形度越好。

梯度指数（Gradient index，GI）反应靶区外剂量跌落的程度。根据公式GI = PIV_50%PIV/PIV计算得出，其中，PIV_50%PIV表示50%的处方剂量线所包绕的体积，PIV为处方剂量包绕的体积。GI越小，剂量下降的越快^[15]。

距离梯度（Gradient）根据公式 $Gradient = \sqrt[3]{{3 \times PIV50{\text{% }}PIV/4\pi }} - \sqrt[3]{{3 \times PIV/4\pi }}$ 计算得出，其中PIV是处方剂量包绕的体积，PIV_50%PIV为50%处方剂量包绕的体积^[16]。

1.6 统计学分析

采用SPSS 20.0统计学软件进行参数分析，所有剂量资料采用均值±标准差（ $\bar x \pm s$ ）表示。对靶区剂量学参数、正常脑组织的的剂量、MU、Monaco计划系统预估理想出束时间比较采用配对t检验统计分析，检验水准α = 0.05。

2 结　果 2.1 靶区剂量分布

FF-VMAT 和FFF-VMAT 计划均可满足临床上对靶区覆盖率和危及器官限量的需求。2组计划靶区剂量学参数比较：FFF-VMAT组计划的D_2%和D_mean更高，且有统计学意义（t = −4.099，t = −4.534；P < 0.05）。2组计划的 D_98%和CI差异无统计学意义。2组计划的梯度指数和距离梯度比较差异有统计学意义。FFF-VMAT组的梯度指数和距离梯度明显较低，优于FF-VMAT组（t = 4.164，t = 3.802；P < 0.05），见 表1。

2.2 正常脑组织剂量参数

相比于FF-VMAT计划，FFF-VMAT计划的V_5Gy，V_10Gy，V_12Gy以及D_mean较低的，但是二者无统计学意义，见表2。

2.3 机器跳数及出束时间

FF-VMAT 和FFF-VMAT 组的机器跳数分别为（1366.87 ± 577.84）和（1422.87 ± 666.67）。尽管FF-VMAT组的机器跳数较少，但是FFF-VMAT具有较高剂量率，导致出束时间显著缩短的，FF-VMAT 和FFF-VMAT 组的出束时间分别为（177.05 ± 62.68） s和（142.71 ± 34.59） s，FFF-VMAT 组的出束时间显著减少，2组计划的出束时间比较差异有统计学意义（t = 4.183，P < 0.05），见 表3。

3 讨　论

放射治疗中的能量是兆伏级，兆伏级能量的韧致辐射分布具有很强的前向性，初级光子注量的能量和强度都随发射角而变化^[17]。为减少这种影响，医用加速器束流上加入均整器，均整器的使用可保证某一固定深度剂量均匀分布，从而使靶区的剂量分布更加均匀，靶区适形性更好，但均整器的应用也会降低输出剂量率、增加治疗时间、增加机头的散射辐射和漏射辐射^[18]。本研究采用的直线加速器是医科达Versa HD，杨鑫等^[19]研究了直线加速器Versa HD的6 MV能量的FFF和FF光子束剂量学特点，发现直线加速器Versa HD去除均整器后，改变了机头内的射束特性，射线质软，离轴比剂量分布明显不同于典型的FF剂量分布，呈中间高两侧低的尖顶喇叭形，可明显提高剂量率，提高射束中心的剂量，降低机头漏射和散射，减少散射，降低半影宽度，减少放疗时间。目前已有报道，FFF模式在肺癌的立体定向体部放疗中，可改善肿瘤边界处的剂量，对靶区覆盖率、正常组织的保护、照射时间等方面均优于FF技术^[20-21]。本研究也发现了FFF模式在颅脑的分次立体定向放疗中的剂量梯度、正常脑组织保护以及照射时间等方面的优势。

在脑转移瘤的分次立体定向放疗计划设计时不考虑靶区内剂量分布的均匀性，从靶区边缘到靶区中心剂量强度逐渐增加，这也有助于保护靶区外正常组织。本研究中FFF-VMAT组GI，Gradient低于FF-VMAT，表现了显著优势，GI被用来评价靶区外剂量下降幅度的权威指标，GI越小说明靶区外剂量跌落的越快。研究结果提示相比FF模式，FFF模式靶区外剂量跌落的更快，从而实现靶区周围正常组织保护的越好。Gradient可以更直观的表示剂量跌落程度，FFF-VMAT组的Gradient明显是低于FFF-VMAT组，且有统计学意义，这也说明FFF-VMAT组靶区外剂量跌落的更快。同时我们发现FFF-VMAT组的正常脑组织的V_5Gy、V_10Gy、V_12Gy以及D_mean确实均小于FF-VMAT组。这与FFF-VMAT组GI更低的结果一致，也证实了FFF模式可以更好的保护靶区周围正常组织，这对于颅内分次立体定向放射治疗非常重要。FFF-VMAT比FF-VMAT剂量梯度跌落更快，正常脑组织受量更低，但是适形度无明显差异。另外，FFF模式可减少约 70% 的光子散射污染，因此或可减少二次肿瘤的发生概率^[22]。本研究同时对17例脑转移瘤患者通过Monaco计划系统设计FF-VMAT与FFF-VMAT 2种放疗计划。为便于比较，2种模式采用相同的优化参数，而且脑转移癌的靶区形态趋于规则，所以二者的靶区适形度相似。这与李定杰等^[23]研究结果一致，FFF-VMAT比FF-VMAT剂量梯度跌落更快，正常脑组织受量更低，但是适形度无明显差异。

均整器会吸收很多射线，因此透过均整器的射线通量就会减少，这也是去掉均整器后剂量率很高的原因。所以FF模式下最大剂量率为600 MU/min，而FFF模式的最大剂量率为1 400 MU/min。高剂量率的优点是，同一控制点的剂量率调制范围大，能满足该方向剂量要求的子场较少，此外，缩短了单个控制点的治疗时间，使得机架旋转速度相对较快，因此 FFF 模式的出束时间较短。这一点在本研究中得到证实：FFF-VMAT 组的出束时间明显低于 FF-VMAT 组[(142.71 ± 34.59) s vs (177.05 ± 62.68) s，P < 0.05]，且差异有统计学意义。治疗时间是评估放疗技术优劣的一个重要参数，因为治疗时间越短，患者在治疗过程中体位改变的概率就越少，从而提高治疗的准确性。FSRT治疗单次剂量较高，这对患者的精确定位提出了更高要求。本研究中患者的体位定位采用的是Fraxion固定装置，这种固定装置相比于标准热塑性面罩可以明显减少摆位误差，缩小靶区外放边界，可增加单次放疗剂量，且具有无创性，患者更容易配合 ^[10]。

综上所述，本研究比较了17例脑转移瘤FF-VMAT和FFF-VMAT 2种模式的的放疗计划，发现二者均可满足临床上对靶区剂量分布和危及器官的剂量要求。而FFF-VMAT模式可更好的保护靶区周围正常组织，可减少出束时间，提高治疗效率。