單發(fā)腦轉(zhuǎn)移性癌IMRT與3D-CRT劑量學(xué)對(duì)比分析

劉　振　張軍寧

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單發(fā)腦轉(zhuǎn)移性癌IMRT與3D-CRT劑量學(xué)對(duì)比分析

劉振張軍寧

目的探討調(diào)強(qiáng)放療(IMRT)用于單發(fā)腦轉(zhuǎn)移性癌治療的可行性,并評(píng)價(jià)其相較于三維適形放療(3D-CRT)是否具有劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)。方法取10例單發(fā)腦轉(zhuǎn)移性癌患者行體位固定、CT掃描及靶區(qū)勾畫，分別對(duì)每例患者行三維適形放療(全腦2野對(duì)穿+3野局部加量)及5野調(diào)強(qiáng)放療(IMRT)計(jì)劃設(shè)計(jì)，分析兩種放療計(jì)劃的劑量體積直方圖，比較兩種放療計(jì)劃的靶區(qū)適形度、均勻指數(shù)，靶區(qū)劑量、靶區(qū)覆蓋情況及各個(gè)危及器官的受照射劑量。結(jié)果IMRT計(jì)劃與3D-CRT計(jì)劃相比顯著提高了PTV-G和PTV-C的適形指數(shù)(P<0.05)，而在靶區(qū)均勻指數(shù)(HI)方面，IMRT計(jì)劃與3D-CRT計(jì)劃未表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。對(duì)于危及器官，IMRT 計(jì)劃顯著降低了腦干、視交叉和腦垂體的最大受照射劑量(P<0.05)。結(jié)論對(duì)于單發(fā)腦轉(zhuǎn)移性癌，IMRT和3D-CRT兩種計(jì)劃均能滿足合適的靶區(qū)覆蓋率，均能達(dá)到放射治療的要求，IMRT計(jì)劃相對(duì)于3D-CRT計(jì)劃有更好的靶區(qū)適形性。IMRT計(jì)劃還可以降低腦干、視交叉和腦垂體的受照射劑量。

單發(fā)腦轉(zhuǎn)移性癌；調(diào)強(qiáng)放療；三維適形放療；劑量分布

(The Practical Journal of Cancer,2016,31:1345～1348)

腦轉(zhuǎn)移癌是顱內(nèi)常見的腫瘤之一[1],以前對(duì)腦轉(zhuǎn)移性癌的臨床治療研究中，相當(dāng)一段時(shí)間都集中在全腦照射、外科手術(shù)治療、三維立體放射外科技術(shù)等的臨床療效觀察研究。但對(duì)調(diào)強(qiáng)放療(intensity modulated radiation therapy,IMRT)在腦轉(zhuǎn)移性癌的臨床治療和應(yīng)用卻很少有人關(guān)注,IMRT 技術(shù)不受病灶數(shù)目及體積的限制，其通過逆向調(diào)強(qiáng)計(jì)劃來實(shí)現(xiàn)其腫瘤靶區(qū)和其鄰近的重要組織分別接受不同的劑量照射，從而達(dá)到有效的提高腫瘤的控制率和最大限度減少重要組織的放射損傷。本研究旨在通過比較單發(fā)腦轉(zhuǎn)移性癌IMRT與三維適形放療(three dimensional conformal radiation therapy,3D-CRT)靶區(qū)劑量分布的均勻性、適形性和靶區(qū)劑量，靶區(qū)覆蓋情況，以及各危及器官劑量情況，探討IMRT用于單發(fā)腦轉(zhuǎn)移性癌治療的可行性，評(píng)價(jià)單發(fā)腦轉(zhuǎn)移性癌IMRT較3D-CRT的劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)。

1　資料與方法

1.1一般資料

收集 2014年 6 月至 2014年 12 月在蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院放療科就診的腦轉(zhuǎn)移性腫瘤患者 10 例，年齡44～67歲，中位年齡為 50 歲，腫瘤原發(fā)灶均經(jīng)病理證實(shí)，腦部轉(zhuǎn)移病灶均經(jīng)MRI證實(shí)。治療前患者均有頭痛、惡心、嘔吐等神經(jīng)癥狀，無嚴(yán)重心肺功能障礙，血象及肝腎功能均正常，KPS 評(píng)分均在 75 分以上，腦部病灶均未行任何抗腫瘤治療。

1.2方法

1.2.1模擬定位、靶區(qū)勾畫及射野方法所有患者均采取仰臥位，以每3 mm層厚進(jìn)行增強(qiáng)掃描，掃描范圍包括整個(gè)顱腦。參照頭顱MRI勾畫腫瘤病灶為大體腫瘤靶區(qū)(gross tumor volume,GTV)，全腦為臨床靶區(qū)(clinical target volume,CTV)，計(jì)劃靶區(qū)(planning target volume,PTV)擴(kuò)邊，其中PTV-G及PTV-C分別為GTV及CTV的各邊界外擴(kuò)3 mm；危及器官(organ at risk,OAR)主要包括雙眼、雙側(cè)晶體、雙側(cè)視神經(jīng)、視交叉、腦垂體及腦干。分別對(duì)每一患者的CT影像設(shè)定兩個(gè)不同的計(jì)劃，包括3D-CRT及IMRT。其中3D-CRT計(jì)劃采用正向計(jì)劃方法，設(shè)計(jì)5野照射(全腦2野對(duì)穿+3野局部加量)，首先規(guī)定射野方向、大小、形狀和射野劑量權(quán)重，再由TPS系統(tǒng)算出劑量分布結(jié)果，最后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)用手工方法調(diào)整射野方向、形狀和射野劑量權(quán)重；IMRT計(jì)劃采用逆向5野靜態(tài)調(diào)強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃的設(shè)計(jì)，根據(jù)靶區(qū)給量和OAR的限量等參數(shù)，利用評(píng)分函數(shù)，以"兩步法"進(jìn)行優(yōu)化和MLC的轉(zhuǎn)換。

1.2.2OAR及劑量體積限制OAR為腦干，左右眼球，左右晶體，視交叉，腦垂體及左右視神經(jīng)。腦干最大受照劑量<54 Gy；眼球平均受照劑量<35 Gy；晶體平均受照劑量<5 Gy；視交叉最大受照劑量<54 Gy；垂體最大受照劑量<50 Gy；視神經(jīng)最大受照劑量<50 Gy[2]。

1.2.3放療靶區(qū)處方劑量、劑量規(guī)定及權(quán)重以靶區(qū)中心為劑量歸一點(diǎn)予6MV X線，在3D-CRT方案中，PTV-C單次照射劑量為2Gy，1次/d，5次/周，共20次，總照射劑量為40 Gy；PTV-G后程加量單次照射劑量為2 Gy，共10次；在IMRT方案中PTV-C單次照射劑量為2 Gy，1次/d，5次/周，共20次，總照射劑量為40 Gy；PTV-G單次照射劑量為2.5 Gy，共20次，總照射劑量為50 Gy。放療計(jì)劃的劑量規(guī)定及劑量權(quán)重遵守以下原則：①處方劑量規(guī)定為95%的PTV所接受的最低的吸收劑量；②規(guī)定PTV≤20%的體積接受≥110%處方劑量；③規(guī)定PTV<3%的體積接受<93%處方劑量；④PTV以外的任意地方不允許出現(xiàn)>110%處方劑量的吸收劑量。其中劑量權(quán)重為腦干>照射靶區(qū)>其他各個(gè)危及器官。

1.3評(píng)價(jià)指標(biāo)

通過劑量體積直方圖評(píng)價(jià)靶區(qū)覆蓋情況、PTV的適形度和均勻指數(shù)、PTV-C與PTV-G的最大劑量、最小劑量及平均劑量，靶區(qū)分別接受90%、100%及110%處方劑量的體積百分比，各危及器官的受照體積及受照的最大劑量及平均劑量[3]。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，采用配對(duì)t檢驗(yàn)，以P<0.05視為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2　結(jié)果

2.13D-CRT 和 IMRT 放療計(jì)劃適形指數(shù)及均勻指數(shù)結(jié)果比較

單發(fā)腦轉(zhuǎn)移病灶組對(duì)于 PTV-G 和 PTV-C 的靶區(qū)適形度方面，IMRT 計(jì)劃都比3D-CRT 計(jì)劃表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，適形度更好，而且表現(xiàn)出了具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的差異(P<0.05)，見表1。

表1　3D-CRT和IMRT適形指數(shù)的對(duì)比

單發(fā)腦轉(zhuǎn)移病灶組對(duì)于 PTV-G 和 PTV-C 的靶區(qū)均勻指數(shù)方面，3D-CRT計(jì)劃與IMRT計(jì)劃相比較均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P值分別為 0.246 和0.851，均>0.05)，見表2。

表2　3D-CRT和IMRT靶區(qū)均勻指數(shù)(HI)的對(duì)比

2.2兩種放療計(jì)劃中 PTV 內(nèi)劑量分布最大值與最小值比較

由表3所示，對(duì)兩組放療計(jì)劃的PTV內(nèi)劑量分布最大值及最小值的分析表明，3D-CRT 放療計(jì)劃中PTV-G的最大受照射劑量(Dmax)較 IMRT 放療計(jì)劃中的要大，且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)，3D-CRT 放療計(jì)劃中PTV-G的最小受照射劑量(Dmin)較IMRT放療計(jì)劃中的大，而且兩者具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)；對(duì)于PTV-C來說，2種放療計(jì)劃中的最大受照射劑量未表現(xiàn)出明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)，而最小受照射劑量(Dmin)兩者也未表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。

表3　PTV 內(nèi)劑量分布最大值與最小值比較±s,Gy)

2.33D-CRT 與 IMRT 計(jì)劃內(nèi) PTV 的劑量體積情況

3D-CRT計(jì)劃中PTV-G接受100%處方劑量(50 Gy)和90%處方劑量(45 Gy)以上的體積百分比均為100%；IMRT計(jì)劃中PTV-G接受處方劑量(50 Gy)和90%處方劑量(45 Gy)以上的體積百分比分別為97.45%(94.32%～99.63%)和100.00%。3D-CRT計(jì)劃中 PTV-C 接受110%處方劑量(55 Gy)以上、100%處方劑量(50 Gy)以上和90%處方劑量(45 Gy)以上的體積百分比分別為43.68%(0%～65.4%)、90.43%(88.24%～93.45%)和100.00%；IMRT計(jì)劃中 PTV-C 接受110%處方劑量(55 Gy)以上、100%處方劑量(50 Gy)以上和90%處方劑量(45 Gy)以上的體積百分比分別為11.48%(0%～13.98%)、90.43%(87.52%～93.29%)和96.84%(89.14%～97.45%)。

2.4兩種放療計(jì)劃的危及器官受照劑量結(jié)果比較

表4　各危及器官受照劑量最大值及平均值比較±s,Gy)

由上表4所示，2種放療計(jì)劃對(duì)各危及器官最大受照劑量分布的分析表明，其中腦干、視交叉、腦垂體的最大受照劑量均值IMRT計(jì)劃比3D-CRT 計(jì)劃要小，均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,其P值分別為 0.013，0.037 和 0.017；其他各危及器官比較均未表現(xiàn)出明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)，但它們的最大受照劑量均在設(shè)定的劑量限值以內(nèi)。視交叉、腦垂體和左右視神經(jīng)的平均受照劑量IMRT計(jì)劃比3D-CRT計(jì)劃要小，兩者的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，而腦干及其他危及器官的平均受照劑量未表現(xiàn)出差異(P>0.05)。

3　討論

腦轉(zhuǎn)移性癌是顱內(nèi)常見惡性腫瘤，癌癥患者腦轉(zhuǎn)移的發(fā)生率可達(dá)20%～40%。盡最大努力來提高放射治療的增益比是包括腦轉(zhuǎn)移性癌在內(nèi)的所有腫瘤放射治療的根本目的。調(diào)強(qiáng)適形放射治療(IMRT)是從適形放射治療發(fā)展而來。它采用了多野等中心技術(shù)，在每個(gè)照射野內(nèi)又都分成了許多的子野，各個(gè)子野的照射強(qiáng)度是不一樣的，靶區(qū)劑量的適形性可以更好，使高劑量曲線的分布與腫瘤靶區(qū)體積形狀一致，并明顯的減少周圍危及器官的受照射劑量和體積。國(guó)外許多權(quán)威的放療專家都將腫瘤 IMRT 技術(shù)評(píng)價(jià)為放射腫瘤學(xué)發(fā)展史上的一次變革，普遍認(rèn)為是本世紀(jì)放射治療技術(shù)的主流[4-5]。

本研究比較了未行外科手術(shù)治療的單發(fā)腦轉(zhuǎn)移性癌IMRT與3D-CRT靶區(qū)劑量分布的均勻性、適形性和靶區(qū)劑量，以及各危及器官受照劑量。通過比較發(fā)現(xiàn)，對(duì)于 PTV-G 和 PTV-C 的靶區(qū)適形度方面，IMRT 計(jì)劃都比 3D-CRT 計(jì)劃表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，適形度更好，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；而在PTV-G 和 PTV-C 的靶區(qū)均勻指數(shù)方面，3D-CRT計(jì)劃與IMRT計(jì)劃相比較未表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。同時(shí)，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，IMRT 能夠降低腦干、視交叉、腦垂體等器官的受照射劑量[6-7]；但也有研究者認(rèn)為 IMRT 和 3D-CRT 相比較在各危及器官的保護(hù)方面并無明顯差別[8]。

綜上所述，對(duì)于單發(fā)腦轉(zhuǎn)移性癌患者，IMRT計(jì)劃相較于3D-CRT計(jì)劃在靶區(qū)適形度方面表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，在重要危及器官方面能更好降低受照劑量。但本課題僅為試驗(yàn)性劑量學(xué)方面的初步分析，對(duì)于如何將劑量學(xué)上的優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為臨床治療上的獲益還需進(jìn)一步的臨床研究分析加以證實(shí)。

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(編輯：吳小紅)

Dosimetric Comparison Analysis of IMRT and 3D-CRT in Single Brain Metastasis Carcinoma

LIU Zhen,ZHANG Junning.

The First Affiliated Hospital of Soochow University,Suzhou,215006

ObjectiveTo evaluate the feasibility of intensity modulated radiation therapy(IMRT),and dosimetry advantages among IMRT and three dimensional conformal radiation therapy(3D-CRT).Methods10 patients with single brain metastases carcinoma received position fix,CT scan and target area sketch,then designed the three dimensional conformal radiation therapy (2 fields for the whole brain+3 fields as a boost treatment for the GTV) and 5 fields intensity modulated radiation therapy(IMRT).The dose volume histograms(DVH) of the 2 radiotherapy plans and 2 radiotherapy plans with conformal target,uniformity index,target area dose,target area coverage and endanger organ dose were compared.ResultsCompared with the 3D-CRT,IMRT significantly improved the conformal index(P<0.05) of both PTV-G and PTV-C.Both IMRT plan and 3D-CRT plan showed no statistical difference(P>0.05).For the organs at risk,IMRT plan can significantly reduce the maximum irradiation dose of brain stem,optic chiasma and pituitary(P<0.05).ConclusionIMRT and 3D-CRT can achieve the appropriate target area coverage,can meet the requirements of radiation therapy.For single brain metastases carcinoma,IMRT plan can guarantee a better target dose distribution than 3D-CRT plan.Moreover,IMRT plan can significantly reduce the maximum irradiation dose of brain stem,optic chiasma and pituitary.

Single brain metastatic carcinoma；IMRT；3D-CRT；Dose distribution

215000 蘇州大學(xué)第一附屬醫(yī)院

張軍寧

10.3969/j.issn.1001-5930.2016.08.040

R739.41

A

1001-5930(2016)08-1345-04

2015-09-09

2016-02-07)