基于放射生物学模型的个体化剂量分割方案技术在早期肺癌立体定向治疗中的可行性研究

Stereotactic body radiotherapy (SBRT) is one of the most effective strategies for non-small cell lung cancer (NSCLC), but radiation pneumonitis and chest wall pain are the two common radiation-induced toxicities. To reduce the incidence of radiation pneumonitis and chest wall pain is challenging during SBRT treatment. It was reported that excellent local control and clinical acceptable toxicities were achieved if considering the tumor volume, diameter or location during fraction scheme selection. Unfortunately, previous investigations mainly focused on one factor, failing to take into account the overall tumor characteristics. Accordingly, we proposed the hypothesis that the utilization of individualized fraction scheme based on the consideration of overall tumor characteristics can reduce the incidence of toxicities while maintaining excellent local control. We intend to collect the CT images from NSCLC or pulmonary metastasis patients, and calculate the individualized fraction scheme with radiobiological models based on the overall tumor characteristics. Finally, we employ other radiobiological models generated from clinical trials to validate our hypothesis. The study will provide a new option during SBRT treatment for early stage NSCLC.

立体定向治疗技术（SBRT）是早期非小细胞肺癌（NSCLC）最重要的治疗手段之一，但是放射性肺炎、胸壁疼痛等放射治疗并发症的发生率较高。因此，如何减少放射治疗毒性是早期肺癌SBRT治疗中亟待解决的问题。近年研究结果表明，早期NSCLC的SBRT治疗若根据肿瘤体积、直径或位置等特点使用不同处方剂量分割方案，能获得较高的肿瘤局部控制率并能减少放疗不良反应发生率。但既往研究仅基于肿瘤的单一特点进行探讨，未综合考虑肿瘤的多个相关因素制定剂量方案。因此，结合预实验结果，我们提出“综合肿瘤特征采用个体化剂量分割方案能在保证肿瘤局部控制率的基础上减少放射治疗毒性”的科学假说。我们拟扫描NSCLC或肺转移瘤患者CT图像，根据肿瘤特征应用基于放射生物学模型的MATLAB软件编程技术计算患者的个体化处方剂量分割方案，并采用经临床治疗数据拟合的放射生物学模型验证我们的假说。

立体定向治疗技术是早期非小细胞肺癌最重要的治疗手段之一，但是放射性肺炎、胸壁疼痛和肋骨骨折等放射治疗并发症的发生率较高。因此，如何根据肿瘤大小和位置等特点计算其个体化剂量分割方案以保证肿瘤局部控制率的基础上减少放射治疗毒性是早期肺癌立体定向放射治疗中亟待解决的问题。本研究开发出利用放射生物学模型计算肺癌个体化剂量分割方案的方法。本研究共收集33例非小细胞肺癌或肺转移癌患者的CT图像资料，设计出放射治疗计划后利用放射生物学模型分别计算每个剂量区间的肿瘤局部控制率、放射性肺炎发生概率、胸壁疼痛发生概率、肋骨骨折发生概率和无并发症肿瘤控制概率的数值，画出无并发症肿瘤控制概率-物理剂量曲线，最大无并发症肿瘤控制概率处对应的剂量即为个体化剂量分割方案。应用该方法计算得到33例患者的个体化剂量分割方案，其肿瘤局部控制率数值均>92.0%。通过对4种典型病例的具体分析，证明应用本方法计算得到的剂量分割方案是个体化的，大体积肿瘤计算得到的肿瘤局部控制率、无并发症肿瘤控制概率和分次剂量数值均小于小体积肿瘤；肿瘤靠近危及器官或者放射性肺炎发生概率较高的患者，计算得到的无并发症肿瘤控制概率和分次剂量数值均小于肿瘤远离危及器官的患者。本项目结果可为临床的肺癌立体定向放射治疗提供剂量学参考依据。