環(huán)形椎體腫瘤調(diào)強(qiáng)放療計劃劑量學(xué)研究

周慶祥　劉亞召　牛蔚濤　呂樹莊　包超恩　翟福山

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環(huán)形椎體腫瘤調(diào)強(qiáng)放療計劃劑量學(xué)研究

周慶祥劉亞召牛蔚濤呂樹莊包超恩翟福山

目的探討包繞脊髓的環(huán)形椎體腫瘤調(diào)強(qiáng)放射治療計劃。方法應(yīng)用CMS-XiO治療計劃系統(tǒng)制定放療計劃，處方劑量定義為5 000 cGy，要求95%PTV接受處方劑量。等中心選擇在靶區(qū)中心附近椎體上中心附近，設(shè)計一前野加三后野，后三野角度約為140°、180°、220°，前野根據(jù)后三野和靶區(qū)形狀及正常組織間位置關(guān)系選擇合適的角度，200 cGy/25次。結(jié)果在脊髓最大劑量小于4 500 cGy，滿足環(huán)形靶區(qū)5 000 cGy以上，5 000 cGy等劑量線距脊髓大于3 mm。結(jié)論應(yīng)用三維動態(tài)調(diào)強(qiáng)適形放療技術(shù)可以實現(xiàn)椎體腫瘤環(huán)形靶區(qū)照射，有效保護(hù)脊髓，提高椎體腫瘤的照射劑量。

椎體腫瘤;調(diào)強(qiáng)放療;治療計劃

近1/3的癌癥患者會出現(xiàn)骨轉(zhuǎn)移，最易發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的原發(fā)腫瘤有乳腺癌、前列腺癌和肺癌等[1,2]。骨轉(zhuǎn)移中以脊柱轉(zhuǎn)移最為常見，是第三大好發(fā)部位，僅次于肺和肝臟。約70%的骨轉(zhuǎn)移患者發(fā)生椎體轉(zhuǎn)移，其中椎體轉(zhuǎn)移瘤 70%發(fā)生在胸段，20%發(fā)生在腰段，10%發(fā)生在頸段。椎體是脊椎轉(zhuǎn)移瘤最常受累的部位(60%～70%)，其次是椎板和椎弓根[2],在眾多治療椎體轉(zhuǎn)移腫瘤的手段中，放射治療起著重要的作用，放射治療可以單獨(dú)使用，也可以和手術(shù)或化學(xué)療法聯(lián)合使用，對于不適宜進(jìn)行手術(shù)治療的椎體轉(zhuǎn)移瘤患者，放射治療是首選療法。不但可以緩解疼痛、控制神經(jīng)癥狀，還可以預(yù)防病理性骨折等。常規(guī)放射治療劑量800 cGy/1F,2 000 cGy/5F,3 000 cGy/10F,4 000 cGy/20F[1]是椎體轉(zhuǎn)移瘤緩解疼痛的標(biāo)準(zhǔn)。疼痛緩解的中位時間是3～6個月，且局部腫瘤控制率有限。由于椎體轉(zhuǎn)移瘤非常接近脊髓，甚至包繞脊髓，對于這種復(fù)雜的靶區(qū)，受脊髓耐受劑量的限制，不可能給予腫瘤足夠的照射劑量，傳統(tǒng)的三維適形(three dimensional radiotherapy,3DCRT)照射技術(shù)和立體定向放射外科(stereotactic radiosurgery,SRS)照射技術(shù)無法再進(jìn)一步提升劑量，調(diào)強(qiáng)放療(intensity modulated radiotherapy,IMRT)是應(yīng)用CT或MR掃描圖像，確定椎體轉(zhuǎn)移瘤的病變區(qū)域，根據(jù)病變的具體位置決定臨床靶區(qū)和計劃靶區(qū)的照射范圍，同時勾畫出重要器官，如脊髓、肺、腎等重要器官的輪廓，應(yīng)用多個不同射束方向可以調(diào)節(jié)強(qiáng)度的射束，采用優(yōu)化計劃設(shè)計方式，控制正常組織受照射劑量在最小范圍之內(nèi)的原則，制定出最優(yōu)的治療方案。調(diào)強(qiáng)放射治療照射技術(shù)能夠提供高度適形的劑量分布，并在靶區(qū)和脊髓之間提供陡峭的劑量梯度，可以使高劑量區(qū)域與腫瘤區(qū)域高度適形，避開脊髓敏感區(qū)域，在避免脊髓損傷的前提下，給預(yù)腫瘤高劑量照射，提高腫瘤局部控制率，改善生活質(zhì)量，為椎體腫瘤根治性放射治療提供了技術(shù)支持[3]。此外，應(yīng)用圖像引導(dǎo)(image guided radiotherapy,IGRT)可進(jìn)一步提升放射治療的精確性和安全性，因此有望提升椎體轉(zhuǎn)移瘤放射治療劑量，延長疼痛緩解時間以及提高局部腫瘤控制率[4]。

1　資料與方法

1.1一般資料選擇2014年1月至2015年3月在我院行IMRT的椎體轉(zhuǎn)移腫瘤患者8例；均經(jīng)病理證實。接受放療或同步放化療；KPS≥70分；患者可保持仰臥體位30 min以上；雙臂可以自由上舉或水平置于體側(cè)，無強(qiáng)迫體位。其中男5例，女3例；年齡49～65歲，中位年齡57歲；其中1例放療前手術(shù)治療，椎體中有植入金屬螺釘。見表1。

1.2放射治療設(shè)備VARIAN IX 6 MV-X線圖像引導(dǎo)直線加速器治療機(jī)，120葉多葉準(zhǔn)直器，劑量率選擇400 cGy/min。西門子Somotom-sensation Plus-16螺旋CT，LAP移動激光定位系統(tǒng)(移動定位激光燈、數(shù)字控制軟件和激光燈驅(qū)動系統(tǒng))，MEDTEC體位固定架，醫(yī)用低溫?zé)崴苡洃涹w膜，RSG型推拉蓋恒溫水箱，美國CMS-XiO 4.4計劃系統(tǒng)。

1.3體位固定及掃描方式患者取仰臥位，B枕，雙臂上舉手臂交叉抱肘放置在額部或雙臂置于體側(cè)，熱塑膜固定體位，在十字激光線的引導(dǎo)下標(biāo)記患者體表參考擺位標(biāo)記線，并做體表擺位標(biāo)記。掃描范圍包括病變椎體及其上下至少1個椎體范圍，掃描層厚和層間距均為5 mm，獲取患者定位圖像，CT影像通過局域網(wǎng)絡(luò)DICOM傳輸?shù)街委熡媱澫到y(tǒng)，勾畫靶區(qū)及危及器官。

表1　患者一般臨床資料

1.4靶區(qū)勾畫標(biāo)準(zhǔn)及危及器官定義大體靶區(qū)(gross tumor volume,GTV)為CT及MR圖像上所示椎體轉(zhuǎn)移痛的病變區(qū)域。臨床靶區(qū)(clinical target volume,CTV)：在GTV基礎(chǔ)上包括整個病變椎體，并包括病變椎體及其上下一個椎體。計劃靶區(qū)(planning target volume,PTV)：包括CTV上下0.5 cm，同時根據(jù)照射范圍勾畫出危及器官(risk at organs,OARs)如脊髓、左右腎、雙側(cè)肺等，脊髓外擴(kuò)0.3 cm為計劃危及器官(planning risk volume,PRV)。

1.5放療計劃優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用CMS-XiO逆向治療的計劃系統(tǒng)制定放療計劃，采用Superposition計算方法，頭腳方向、左右方向和胸前背后方向計算柵格均為 0.2 cm。給出腫瘤處方劑量要求及OARs劑量限制，處方劑量定義為5 000 cGy，要求95%PTV接受處方劑量。等中心選擇在靶區(qū)中心附近椎體上中心附近，設(shè)計一前野加三后野，后三野角度約為140°、180°、220°，前野根據(jù)后三野和靶區(qū)形狀及正常組織間位置關(guān)系選擇合適的角度，共4野非均等角度動態(tài)調(diào)強(qiáng)計劃設(shè)計。200～300 cGy/次，5次/周。脊髓外擴(kuò)0.3 cm PRV最大受量5 000 cGy，脊髓SC最大劑量4 500 cGy，全肺V20≤20%，腎臟V30≤30%。

2　結(jié)果

2.1靶區(qū)及OARs受照劑量計劃設(shè)計限制PTV95%接受處方劑量為5 000 cGy，PTV最大劑量為PTVDmax ，PRV最大劑量為PRVDmax，脊髓最大劑量為SCDmax，脊髓接受1 cc高劑量為SC1cc。見表2。

表2　靶區(qū)及重要器官受照劑量　cGy

2.2靶區(qū)中心層面SP直徑和5 000 cGy等劑量線內(nèi)環(huán)直徑脊髓最大劑量小于4 500 cGy環(huán)繞脊髓,5 000 cGy環(huán)距離脊髓距離見表3。

表3　靶區(qū)中心層面SP直徑和5 000 cGy等劑量線內(nèi)環(huán)直徑　cm

2.3橫斷面和沿脊髓橫軸劑量分布見圖1、2。

3　討論

骨轉(zhuǎn)移癌的主要癥狀是頑固性骨痛，難以緩解，常令患者難以忍受。放射治療骨轉(zhuǎn)移癌的目的是消除或減輕骨痛，提高生存質(zhì)量，延長生存期，減低病理性骨折等并發(fā)癥發(fā)生的危險[5]。椎體是腫瘤骨轉(zhuǎn)移發(fā)生的常見部位之一，對于椎體的轉(zhuǎn)移性腫瘤，放射治療是首選治療方案，甚至是某些預(yù)后差的患者唯一的治療手段。當(dāng)患者無或僅有輕微的神經(jīng)功能受損，且不伴有骨性不穩(wěn)定和神經(jīng)壓迫癥狀，腫瘤對放療治療敏感，單獨(dú)放射治療即可取得良好的治療效果，包括緩解疼痛、縮小瘤體、抑制腫瘤的生長[6]。對椎體轉(zhuǎn)移瘤的放療與其他部位骨轉(zhuǎn)移瘤不同，由于椎體轉(zhuǎn)移病變鄰近或包繞脊髓，脊髓受照射難以避免，正常脊髓組織的耐受劑量為4 500～5 000 cGy，超過此數(shù)值可能會造成放射性脊髓病[7]，常規(guī)分次放療脊髓受量達(dá)5 000 cGy時，5年內(nèi)發(fā)生梗塞、壞死的比率為25%～50%[8]；故常規(guī)放射治療椎體轉(zhuǎn)移瘤的最大安全照射劑量為4 500 cGy，而這一劑量顯然無法徹底消滅腫瘤，加之其照射野較大，發(fā)生放射性食道炎、骨髓抑制的發(fā)生率高，存在明顯不足[6]。放療不良反應(yīng)與照射劑量有直接關(guān)系，椎體放療計劃設(shè)計時由于不同位置脊髓的解剖結(jié)構(gòu)及周圍相鄰器官不同，頸段椎管寬，含豐富的運(yùn)動神經(jīng)元，不易承受高劑量照射。易出現(xiàn)脊髓損傷；胸段脊柱后凸，胸段主要鄰近肺、食管，在放療過程應(yīng)避免出現(xiàn)放射性肺炎。腰椎鄰近腎臟、小腸，應(yīng)避免出現(xiàn)放射性腎損傷及腸炎[9]。放射治療引起的脊髓損傷與接受的最大劑量密切相關(guān)，脊髓作為串行器官，任何部位遭受大劑量的照射，都將導(dǎo)致整個脊髓的炎癥，甚至癱瘓。Lo等[10]報道，單純放射性脊髓炎發(fā)生的原因可能有：(1)直接外部輻射損傷椎管內(nèi)中樞神經(jīng)細(xì)胞;(2)內(nèi)皮細(xì)胞放射性炎性改變，引起的動脈水腫改變，靜脈阻塞，由于缺血而導(dǎo)致椎管內(nèi)中樞神經(jīng)壞死;(3)放療輻射引起的過敏反應(yīng)。椎管內(nèi)中樞神經(jīng)對輻射的敏感性從上到下逐漸降低[11]。椎體腫瘤放射治療計劃設(shè)計，高劑量區(qū)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離椎管內(nèi)中樞神經(jīng)，必須嚴(yán)格控制脊髓受照劑量，采用調(diào)強(qiáng)放射治療，優(yōu)化治療計劃可控制高劑量區(qū)域的位置，減少放療并發(fā)癥。

圖1　橫斷面劑量分布

圖2　沿脊髓橫軸劑量分布圖

國內(nèi)外在對椎體腫瘤單次放療劑量的問題上一直爭議不斷[7],在照射體積、照射劑量、分次劑量等方面均缺乏統(tǒng)一模式。傳統(tǒng)放療技術(shù)受限于危及器官放射耐受水平，對骨轉(zhuǎn)移灶照射劑量較低[12]。常規(guī)放療中脊髓受量與靶區(qū)處方劑量相當(dāng)，所以限制了腫瘤放療劑量的提高，難以得到滿意的治療效果，在保護(hù)脊髓的基礎(chǔ)上增加靶區(qū)照射劑量是提高椎體轉(zhuǎn)移瘤控制率的關(guān)鍵。對于常規(guī)放療由于劑量限制很難既達(dá)到止痛效果同時提高腫瘤控制率的目的。常規(guī)骨轉(zhuǎn)移瘤放射治療劑量單次大劑量為800 cGy/F，采用多次分割高劑量照射，劑量分別為200 cGy/次，共20次；300 cGy/次，共10次；400 cGy/次，共7次；500 cGy/次，共5次。椎體轉(zhuǎn)移瘤的放療劑量-時間分割，目前尚無統(tǒng)一方案，宋大安等[13]對放射治療椎體骨轉(zhuǎn)移瘤放療原則應(yīng)根據(jù)病情及預(yù)計生存期的長短來決定。對一般情況好, 預(yù)計生存期長的患者,應(yīng)采取積極的治療, 給予常規(guī)分割4 000～5 000 cGy,4～5周,共20～25次。單次放射適應(yīng)于非中線骨轉(zhuǎn)移；行動不便急需解決骨痛的患者，對大多數(shù)無椎體骨或重要結(jié)構(gòu)骨轉(zhuǎn)移的初治骨轉(zhuǎn)移瘤患者，可推薦單次大劑量放療，但再放療和病理性骨折的發(fā)生率高于分次放療，推薦單次放療用于活動及搬運(yùn)困難的晚期乳腺癌骨轉(zhuǎn)移患者。對于因其他治療止痛無效而因疼痛需要放療的骨轉(zhuǎn)移患者，或有骨折風(fēng)險患者，多選擇多分次放射治療。椎體骨轉(zhuǎn)移應(yīng)盡早治療, 才可能保全或恢復(fù)患者的神經(jīng)功能[13]。常規(guī)分割總的止痛效果明顯優(yōu)于大分割, 但大分割照射的止痛起效時間卻明顯快于常規(guī)分割照射。對于預(yù)期生存期超過1 年的患者, 建議采用常規(guī)分割止痛以取得最佳療效; 不合并內(nèi)臟轉(zhuǎn)移及原發(fā)灶得到控制者生存期相對較長;對于不伴有內(nèi)臟等重要部位轉(zhuǎn)移的單純性骨轉(zhuǎn)移, 努力控制骨轉(zhuǎn)移灶仍有積極意義[14],提高腫瘤劑量，以期提高腫瘤局部控制率。應(yīng)用IMRT有望改善此問題，IMRT在三維方向上實現(xiàn)了高劑量區(qū)與靶區(qū)形狀一致，通過逆向計劃設(shè)計，能夠處理復(fù)雜的臨床病灶，最大限度地保護(hù)靶區(qū)內(nèi)敏感的脊髓組織和靶區(qū)外重要器官，將高劑量區(qū)最大可能避開脊髓，減少脊髓受量，提高靶區(qū)劑量，增加局部控制率而不增加脊髓神經(jīng)并發(fā)癥[9,15]。本研究中所有患者PTV95%處方劑量均能達(dá)到為5 000 cGy以上，從劑量分布圖(圖1和2)中可以看出脊髓最大劑量在4 500 cGy以下，不僅能夠有效的保護(hù)重要器官，同時根據(jù)臨床需要給予腫瘤以治療劑量，與傳統(tǒng)的放射治療方式不同，劑量梯度變化大，治療精度高，從表3看出中心平面處脊髓邊緣劑量梯度變化1 000～1 790 cGy/cm，從處方劑量到脊髓限量處即靶區(qū)外劑量跌落迅速，劑量梯度大，在保證處方劑量和靶區(qū)適形度及95%處方劑量覆蓋靶區(qū)的同時降低脊髓照射劑量，給予脊髓最大的保護(hù)。靶區(qū)邊緣劑量跌落梯度的變化，不僅可以用于評價計劃的好壞，而且也可用于選擇不同的治療方案。劑量梯度變化可以分為靶區(qū)內(nèi)劑量變化越小越好，從處方劑量到脊髓限量處劑量梯度變化越大越好，在脊髓限量之外劑量梯度變化略有所增大，根據(jù)靶區(qū)周圍危及器官(脊髓)限量越嚴(yán)格，劑量差越大，劑量變化間距越小，劑量跌落梯度越快。調(diào)強(qiáng)放療的目的就是要在靶區(qū)達(dá)到處方劑量的同時保證周圍重要器官和正常組織的受量達(dá)到最低，王金媛等[16]報道對胸椎轉(zhuǎn)移瘤患者的射波刀(Cyberknife)計劃進(jìn)行研究，由于椎體轉(zhuǎn)移瘤緊挨脊髓，對脊髓的劑量限值要求嚴(yán)格，因此從處方劑量到脊髓限量處劑量跌落的速度最快，4 000 cGy組為(0.175±0.026)mm/100cGy，3 300 cGy組為(0.255±0.042)mm/100 cGy；從脊髓限量到處方劑量30%處的速度就有所下降，導(dǎo)致整體水平較脊髓方向有所降低，4 000 cGy組為(0.208±0.085)mm/100 cGy，3 300 cGy組為(0.311±0.089)mm/100 cGy。同傳統(tǒng)放療不同，調(diào)強(qiáng)放療劑量梯度 變化陡峭 ，因此對治療精度有極高的要求。傳統(tǒng)放療單一依靠體表標(biāo)記線作為治療擺位的參考，因此治療誤差較大，通常認(rèn)為擺位誤差可達(dá)0.5～1 cm[12]。對于擺位誤差1 cm 可能使脊髓落到高劑量區(qū)范圍內(nèi)從而導(dǎo)致嚴(yán)重后果。圖像引導(dǎo)放射 治療 (image guide radiation therapy，IGRT)是減少擺位誤差的有效手段[17]，糾正擺位誤差，保證治療精度。

對于放療前已接受手術(shù)治療，有內(nèi)置金屬物或內(nèi)置骨水泥的患者，在放療前準(zhǔn)備及靶區(qū)勾畫時需考慮內(nèi)置物的影響。放療前CT掃描定位時內(nèi)置物金屬出現(xiàn)較明顯偽影．使得內(nèi)置物金屬處椎體圖像不能清晰，影響病變椎體的靶區(qū)勾畫及脊髓勾畫，金屬內(nèi)置物對放射線具有局部反射，內(nèi)置物周圍組織器官存在局部散射劑量[9,18]，椎體內(nèi)植入物對放射治療劑量的影響主要原因是，射線穿過椎體內(nèi)植入物時會有較大程度的衰減，進(jìn)而影響治療腫瘤的放射劑量，以及椎體內(nèi)植入物的散射能引起其入射面表面劑量的增加。王建平等[19]報道在能量6 MV X線、不同放射劑量(300、600、1 200 cGy)下，對于前路鈦網(wǎng)骨水泥+前路鈦合金釘板系統(tǒng)模型，椎體前緣、椎管前壁、椎管中央、椎管后壁和棘突中部的放射劑量值逐漸增加。對椎體內(nèi)有金屬內(nèi)置物椎體轉(zhuǎn)移瘤的放療劑量應(yīng)適當(dāng)降低單次劑量，增加腫瘤照射總劑量，提高腫瘤局部控制率。

隨著IMRT技術(shù)的臨床應(yīng)用，放射治療技術(shù)所追求的目的就是要在靶區(qū)達(dá)到處方劑量的同時保證周圍組織的受量達(dá)到最低。而靶區(qū)外劑量跌落的迅速,陡峭的劑量梯度，在保證最佳的處方劑量分布、靶區(qū)適形度以及靶區(qū)覆蓋度的同時，給予脊髓最大的保護(hù)和最低的照射劑量[16]。對椎體腫瘤特別是環(huán)繞脊髓的椎體腫瘤，采用調(diào)強(qiáng)放射治療可有效地避免脊髓損傷，在減低脊髓受照射劑量同時提升椎體腫瘤照射劑量，從而提高椎體腫瘤局部控制率。

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10.3969/j.issn.1002-7386.2016.21.012

項目來源：河北省醫(yī)學(xué)科學(xué)研究重點課題計劃(編號：1120140175)

050051石家莊市，河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院

翟福山，050051石家莊市，河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院；E-mail：zhaifushan@126.com

R 445

A

1002-7386(2016)21-3244-04

2016-04-17)