自适应立体定向放疗正常组织并发症概率预测模型构建及其在肺癌中的应用研究

Stereotactic Body Radiotherapy (SBRT) has been proven to be an effective technique for treating early-stage non-small cell lung cancers (NSCLC) and oligometastatic lesions in the lung. Current SBRT techniques are static, i.e., one static plan is used for all fractions without considering inter-fractional changes of anatomy and function. As a result, the actual dose delivered to tumor and organ at risk may deviate from the planned dose. To effectively reduce normal tissue complication probability (NTCP), escalate dose to tumor and improve local control rate, we will develop a NTCP model for adaptive lung SBRT application. The current NTCP model is not suitable for adaptive SBRT since it does not consider the characteristics of hypo-fraction, changes of tumor volume and elapsed time. We propose to develop a new NTCP model for adaptive SBRT by adapting the Lyman-Kucher-Burman Model. The variation of tumor volume and motion amplitude will be monitored during SBRT using 4D CBCT whose results will be compared to 4D CT and verified using dynamic phantom. Meantime, we will conduct a clinical study to assess the clinical efficacy of the adaptive lung SBRT NTCP model and to implement it for knowledge-based adaptive SBRT and further clinical researches.

立体定向放疗（SBRT）在早期肺癌和肺部寡转移癌中取得了较好疗效。当前SBRT计划仅制定一次且是静态的，没有考虑分次间解剖和功能的变化，因此肿瘤和危及器官实际受照剂量和原计划剂量可能不一致。为进一步有效降低正常组织并发症概率（NTCP），提高肿瘤剂量和局控率，本课题组拟对自适应SBRT开展理论研究和临床验证。目前NTCP模型没有考虑SBRT大分割的特点、肿瘤体积变化以及时间因素，不适合自适应SBRT。我们拟通过改进Lyman-Kucher-Burman模型，构建自适应SBRT NTCP预测模型。采用4DCBCT实时监测SBRT过程中肿瘤体积变化和运动幅度，通过与４DCT比较和动态模体验证其所测结果的精准性，指导自适应放疗。同时采用自适应SBRT NTCP预测模型筛选适合自适应肺SBRT的患者进行临床试验，检验该模型的预测效能，为发展智能化自适应SBRT和进一步临床研究提供依据。

肺癌是中国发病率和死亡率最高的恶性肿瘤，非小细胞肺癌（Non-small Cell Lung Cancer，NSCLC）占肺癌总数的80-85%。立体定向放射治疗（Stereotactic Body Radiation Therapy，SBRT）是I/II期NSCLC不能或不愿手术患者的标准治疗手段，也是晚期NSCLC患者的潜在根治治疗手段。SBRT采用单次大剂量（7-10Gy），少分次照射（5-10次）。但是，对于体积相对较大、紧邻危及器官（Organs at Risk, OARs）的肿瘤，能否使其生物效应剂量（Biologically Effective Dose, BED）达到或超过100Gy 而不引起严重的并发症仍是临床上十分棘手的问题。临床实践中主要依据肿瘤大小和位置选择SBRT分割方案，理想的分割方案并不清楚。用同样的分割方案T1 和T2 肿瘤的局部控制率和特异疾病死亡率平均相差20%。对＜3cm 肿瘤中高剂量BED100-150Gy已足够，≥3cm 的肿瘤则需更高剂量才能提高局部控制率和生存率，但由此产生的正常组织并发症仍是十分棘手的问题。本课题组的研究发现单纯提高SBRT剂量并不能显著改善疗效。SBRT治疗早期NSCLC 4年的失败率达38%。SABR治疗前的NLR、PLR和LMR可能是接受SABR早期肺癌患者的预后指标。基于4DCT定位、4D累积剂量分布评估呼吸运动对放疗计划的影响是有必要的，在不同的呼吸模式下,3DCRT和滑窗IMRT计划实际测得的剂量和预期4D累积剂量显示结果相似。