容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強技術(shù)行全腦放療聯(lián)合轉(zhuǎn)移灶同期加量治療腦轉(zhuǎn)移瘤的劑量學(xué)研究

王中飛 譚麗娜 孫曉歡 肖鋒

作者單位：710032西安第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院放療科

容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強技術(shù)行全腦放療聯(lián)合轉(zhuǎn)移灶同期加量治療腦轉(zhuǎn)移瘤的劑量學(xué)研究

王中飛 譚麗娜 孫曉歡 肖鋒

作者單位：710032西安第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院放療科

目的探討容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強（volumemodulated arc therapy，VMAT）技術(shù)行全腦放療聯(lián)合轉(zhuǎn)移灶同期加量治療腦轉(zhuǎn)移瘤的可行性。方法選取10例行放療的腦轉(zhuǎn)移瘤患者，每例患者同時設(shè)計兩種放療計劃：RA計劃和Sum計劃。RA計劃全程采用VMAT技術(shù)，全腦照射30 Gy/10 F，同時轉(zhuǎn)移灶同期加量照射45 Gy/10 F；Sum計劃全腦適形對穿照射30 Gy/10F后，采用VMAT技術(shù)對轉(zhuǎn)移灶局部加量照射15 Gy/5 F。比較兩種計劃的靶區(qū)劑量分布、危及器官及轉(zhuǎn)移灶外腦組織的受照射劑量、機器跳數(shù)等。結(jié)果兩種計劃靶區(qū)劑量分布均滿足臨床要求。RA計劃靶區(qū)適形度指數(shù)優(yōu)于Sum計劃（0.99±0.00 vs 0.77±0.05，P<0.001），全腦V35、V40亦顯著小于Sum計劃（P<0.05），機器跳數(shù)較Sum計劃減少約12%。結(jié)論RA計劃的靶區(qū)劑量分布可達(dá)到或優(yōu)于Sum計劃，能更好地降低轉(zhuǎn)移灶外正常腦組織的受照射劑量，減少機器跳數(shù)。應(yīng)用VMAT技術(shù)行全腦放療聯(lián)合轉(zhuǎn)移灶同期加量是制定腦轉(zhuǎn)移瘤放療計劃的一種優(yōu)選方式。

容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強；腦轉(zhuǎn)移瘤；全腦照射；劑量學(xué)

全腦放療是腦轉(zhuǎn)移瘤患者的常規(guī)治療方式，可延長患者生存時間，改善生存質(zhì)量［1］。對于選擇性腦轉(zhuǎn)移瘤患者，有研究證實全腦放療聯(lián)合轉(zhuǎn)移灶局部加量較單純?nèi)X放療可顯著提高療效［2］。對于存在3個以下轉(zhuǎn)移瘤的患者，RTOG推薦全腦放療聯(lián)合轉(zhuǎn)移灶局部加量為標(biāo)準(zhǔn)治療方式。全腦放療聯(lián)合腦轉(zhuǎn)移灶同期加量作為一種新的治療方式逐漸受到關(guān)注，多個臨床研究［3-5］表明全腦放療聯(lián)合腦轉(zhuǎn)移灶同期加量是一種治療腦轉(zhuǎn)移瘤的有效方式，不僅提高了腫瘤局部控制率，且無嚴(yán)重毒副反應(yīng)。目前容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強技術(shù)（volumemodulated arc therapy，VMAT）在放療中廣泛應(yīng)用，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，明顯減少了治療時間及機器跳數(shù)，且有更優(yōu)的劑量分布及靶區(qū)適形度。本研究比較采用VMAT技術(shù)行全腦放療聯(lián)合腦轉(zhuǎn)移灶同期加量和全腦適形對穿照射后再用VMAT技術(shù)對腦轉(zhuǎn)移灶局部加量兩種方式治療腦轉(zhuǎn)移瘤的劑量學(xué)參數(shù)，以期為腦轉(zhuǎn)移瘤放射治療選擇最佳模式提供參考。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取2015年于本科室治療的腦轉(zhuǎn)移瘤患者10例，所有患者均經(jīng)病理及MRI檢查確診為腦轉(zhuǎn)移瘤且行放療。其中男性7例，女性3例，年齡37～70歲，中位年齡56歲；存在1個轉(zhuǎn)移灶3例，2個轉(zhuǎn)移灶4例，3個轉(zhuǎn)移灶3例；原發(fā)腫瘤為直腸腺癌2例，肺腺癌6例，肺鱗癌2例。所有患者均簽署知情同意書。

1.2 CT定位與靶區(qū)勾畫

所有患者均取仰臥位，頭頸肩熱塑膜固定，采用荷蘭飛利浦公司Big Bore大孔徑CT模擬定位機行CT掃描。掃描范圍為顱頂至環(huán)狀軟骨，層厚、螺距均為3mm。根據(jù)MRI圖像勾畫腫瘤靶區(qū)（gross tumor volume，GTV），臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV）為全腦部分。將GTV與CTV在三維方向均勻外擴3mm得到全腦計劃靶區(qū)（planning targetvolume，PTV）和腦轉(zhuǎn)移瘤計劃靶區(qū)（planning gross target volume，pGTV）。

1.3 計劃設(shè)計

采用美國瓦里安公司Eclipse 8.9治療計劃系統(tǒng)設(shè)計治療計劃，全腦預(yù)防照射PTV劑量為30Gy/10 F，轉(zhuǎn)移病灶pGTV劑量為45 Gy/10 F。每例患者設(shè)計兩種計劃：RA計劃和Sum計劃。RA計劃：全程采用VMAT技術(shù)，全腦預(yù)防照射30 Gy，同時轉(zhuǎn)移灶照射45 Gy；采用兩弧照射，機頭角度分別為5°和355°，治療床角度為0°，X方向鉛門采用非對稱設(shè)計，即第一弧機架順時針旋轉(zhuǎn)時X1＝10（或11）cm、X2＝5（或4）cm，第二弧機架逆時針旋轉(zhuǎn)時X1＝5（或4）cm、X2＝10（或5）cm。Sum計劃：全腦適形對穿照射30 Gy/10 F后，采用VMAT技術(shù)對轉(zhuǎn)移灶局部加量照射15 Gy/5 F；全腦適形對穿機架角度為90°和270°，VMAT計劃順時針、逆時針各轉(zhuǎn)1圈，兩弧的機頭角度分別為5°和355°，治療床角度為0°，VMAT計劃在適形對穿計劃的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。采用美國瓦里安公司帶120片MLC的iX加速器6 MV X線治療。

1.4 計劃評估

比較兩種計劃的靶區(qū)劑量分布圖、劑量體積直方圖（dosevolumehistogram，DVH）、適形度指數(shù)（conformity index，CI）、機器跳數(shù)（monitor unit，MU）和危及器官受照射劑量，包括雙側(cè)視神經(jīng)、晶體、腦干、視交叉、雙側(cè)眼球、全腦V35、全腦V40。靶區(qū)適形度指數(shù)CI＝（VT,ref/ VT）×（VT,ref/Vref），式中VT為靶體積，VT,ref為參考等劑量面所包繞的靶區(qū)體積，Vref為參考等劑量面所包繞的所有區(qū)域的體積，這里參考等劑量面取95%的處方劑量線。當(dāng)計算靶區(qū)的CI＝1時，靶區(qū)適形度最高。

1.5 統(tǒng)計學(xué)處理

采用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件分析數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，RA計劃和Sum計劃各參數(shù)比較行配對t檢驗。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩種計劃的劑量分布圖比較

觀察其中1例患者RA計劃和Sum計劃在相同CT層面的橫斷面、矢狀面、冠狀面的劑量分布圖，可見RA計劃劑量梯度更陡峭，轉(zhuǎn)移灶靶區(qū)周圍的劑量跌落更快，轉(zhuǎn)移灶外35 Gy以上范圍明顯小于Sum計劃。DVH圖亦可看到RA計劃PTV高劑量區(qū)小于Sum計劃。見圖1。

2.2 兩種計劃的靶區(qū)劑量評估

兩種計劃靶區(qū)均可滿足臨床要求。兩種計劃PTV和pGTV的最大劑量、最小劑量、平均劑量差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），見表1。但RA計劃靶區(qū)PTV的適形度指數(shù)優(yōu)于Sum計劃（0.99±0.00 vs 0.77±0.05，P<0.001）。

表1 Sum計劃和RA計劃靶區(qū)劑量的比較［（±s）Gy］

表1 Sum計劃和RA計劃靶區(qū)劑量的比較［（±s）Gy］

靶區(qū)Sum計劃RA計劃P pGTV Dmax 46.9±0.7 47.1±0.6 0.515 Dmin 45.4±0.3 45.2±0.4 0.053 Dmean 46.0±0.5 46.2±0.2 0.159 PTV Dmax 41.3±4.2 41.0±4.3 0.137 Dmin 29.7±0.4 29.7±0.3 0.727 Dmean 32.3±1.0 31.9±0.6 0.218

圖1 RA計劃和Sum計劃的劑量分布圖

2.3 兩種計劃的危及器官受照射劑量比較

RA計劃雙側(cè)視神經(jīng)（左視神經(jīng)和右視神經(jīng)）和雙側(cè)眼球（左眼球和右眼球）最大劑量均低于Sum計劃（P<0.05），雙側(cè)晶體最大劑量高于Sum計劃（P<0.05）。腦干、視交叉、雙側(cè)眼球的平均劑量差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。見表2。

2.4 正常腦組織受照射劑量比較

RA計劃全腦V35和V40顯著小于Sum計劃［（206.9± 140.8）cc vs（97.4±46.3）cc，P=0.006）；（61.2±43.2）cc vs（45.8±29.8）cc，P=0.024］，說明RA計劃轉(zhuǎn)移灶外正常腦組織受照射劑量顯著小于Sum計劃。

2.5 機器跳數(shù)的比較

RA計劃的機器跳數(shù)為（594.3±45.7）MU，Sum計劃機器跳數(shù)為（672.3±63.3）MU，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.010），RA計劃機器跳數(shù)較Sum計劃約減少12%。

表2 Sum計劃和RA計劃危及器官受照射劑量比較［（±s）Gy］

表2 Sum計劃和RA計劃危及器官受照射劑量比較［（±s）Gy］

器官Sum計劃RA計劃P腦干Dmax 35.0±5.1 35.5±5.7 0.429左眼球Dmax 29.3±4.6 23.6±2.9 0.011 Dmean 9.9±1.8 9.7±0.9 0.756右眼球Dmax 28.1±3.6 22.8±4.2 0.011 Dmean 8.7±1.8 9.2±1.2 0.115左晶體Dmax 4.4±0.7 5.2±0.6 0.007右晶體Dmax 4.1±0.7 5.2±0.6 0.001視交叉Dmean 32.4±2.9 31.6±0.7 0.374左視神經(jīng)Dmax 31.9±1.9 27.9±0.9<0.001右視神經(jīng)Dmax 32.1±1.8 28.4±1.0<0.001

3 討論

全腦放療是治療腦轉(zhuǎn)移瘤的重要方法之一，聯(lián)合局部外科手術(shù)、立體定向放療很大程度上改善了腦轉(zhuǎn)移瘤患者的預(yù)后［6］。隨著腦轉(zhuǎn)移瘤患者生存期延長，學(xué)者開始關(guān)注放療對患者相關(guān)認(rèn)知功能造成的損害。嚴(yán)沁等［7］認(rèn)為50%～90%的患者在顱腦放療后生存可超過6個月，但易引起認(rèn)知功能障礙。Warrington等［8］研究發(fā)現(xiàn)，全腦放療導(dǎo)致的認(rèn)知功能損害廣泛存在，臨床表現(xiàn)為輕度認(rèn)知功能障礙甚至嚴(yán)重癡呆。目前常規(guī)治療方式主要采用兩程計劃，即對全腦適形對穿照射后再用三維適形或調(diào)強技術(shù)對轉(zhuǎn)移灶進(jìn)行局部加量，這種方式的兩程計劃需單獨設(shè)計，劑量的疊加難以控制，易在轉(zhuǎn)移灶外形成高劑量區(qū)，增加正常腦組織的放射損傷。因此，如何提高腦轉(zhuǎn)移灶照射劑量的同時，盡可能地減少正常腦組織的放射損傷是目前臨床亟待解決的問題。VMAT技術(shù)本質(zhì)上是調(diào)強放療的一種，不同之處在于出束過程中機架在旋轉(zhuǎn)，MLC在運動，劑量率在變化，能夠大幅度減少機器跳數(shù)、縮短治療時間，且有更優(yōu)的劑量分布及靶區(qū)適形度。

VMAT技術(shù)是一種高效的調(diào)強技術(shù)。寧麗華等［9］報道在腦轉(zhuǎn)移瘤患者同步加量治療中，應(yīng)用VMAT技術(shù)能顯著提高腫瘤靶區(qū)的劑量分布及適形度、減少周邊重要器官受照射劑量及體積，從而降低放療毒副反應(yīng)發(fā)生率。多位學(xué)者［10-11］亦報道了VMAT技術(shù)治療腦轉(zhuǎn)移瘤安全可行，可有效提高靶區(qū)劑量分布的均勻性、降低危及器官受照射劑量、縮短治療時間。周鋼等［12］報道在腦膠質(zhì)瘤術(shù)后放療中同步加量技術(shù)比序貫加量技術(shù)更能保護(hù)腫瘤周圍的正常腦組織，同時減少治療時間。Lagerwaard等［13］在其研究中發(fā)現(xiàn)應(yīng)用Rapid Arc進(jìn)行全腦照射并同期推量治療腦轉(zhuǎn)移瘤較常規(guī)WBRT+SRT方式有更優(yōu)的全腦及轉(zhuǎn)移灶靶區(qū)劑量分布和適形指數(shù)，轉(zhuǎn)移灶以外的正常腦組織受照射劑量下降梯度較SRT陡峭。本研究也得出相似結(jié)果，發(fā)現(xiàn)RA計劃在優(yōu)化過程中將全腦和轉(zhuǎn)移灶同時進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，避免了Sum計劃中全腦預(yù)防照射和轉(zhuǎn)移灶加量計劃的劑量直接疊加，顯著降低了正常腦組織的受照射劑量，減少了腦組織的放射損傷。在靶區(qū)劑量分布方面，兩種計劃靶區(qū)劑量分布差異無統(tǒng)計學(xué)意義，均能夠滿足臨床要求。但RA計劃在全腦照射PTV適形度方面優(yōu)于Sum計劃，原因可能由于全腦預(yù)防照射計劃靶區(qū)體積較大，在設(shè)計RA計劃時，X方向鉛門根據(jù)計劃等中心位置和PTV大小采用非對稱設(shè)計，可較好實現(xiàn)PTV適形覆蓋；而Sum計劃一方面由于簡單適形對穿野照射了其他組織，另一方面為了避免晶體受過多照射，一般用多葉光柵葉片在BEV方向遮擋晶體，但同時也遮擋了部分靶區(qū)，造成靶區(qū)適形度降低。在危及器官保護(hù)方面，由于靶區(qū)和危及器官的位置關(guān)系，RA計劃相對Sum計劃能更好保護(hù)雙側(cè)視神經(jīng)、雙側(cè)眼球，但由于VMAT計劃360°旋轉(zhuǎn)，從各個角度出束照射，在危及器官低劑量范圍保護(hù)中沒有優(yōu)勢。RA計劃對左右晶體的保護(hù)沒有優(yōu)勢［14］，特別是晶體距離轉(zhuǎn)移灶較近時，但從數(shù)據(jù)結(jié)果分析，晶體受照射劑量仍能限定在較低的耐受范圍內(nèi)。RA計劃的機器跳數(shù)較Sum計劃約減少了12%。說明RA計劃不但可降低加速器的機械損耗，還可降低治療過程中總體散射水平，減少患者治療過程中受到不必要散射線照射，降低了二次致癌風(fēng)險［15］。

綜上所述，應(yīng)用VMAT技術(shù)行全腦放療聯(lián)合轉(zhuǎn)移灶同期加量治療腦轉(zhuǎn)移瘤，與常規(guī)全腦照射后再對轉(zhuǎn)移灶局部加量比較，前者有相當(dāng)或更優(yōu)的全腦及病灶靶區(qū)劑量覆蓋和適形指數(shù)，尤其在保護(hù)轉(zhuǎn)移灶外正常腦組織中有顯著優(yōu)勢，是制定腦轉(zhuǎn)移瘤放療計劃的一種優(yōu)選方式。

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［2017-03-03收稿］［2017-04-12修回］［編輯羅惠予］

W hole-brain radiotherapy involving a simultaneous integrated boost to brain metastases using volumetricmodulated arc therapy：a dosimetric study

Wang Zhongfei，Tan Lina，Sun Xiaohuan，Xiao Feng（Department of Radiation Oncology，Xijing Hospital，The Fourth Military Medical University，Xi'an 710032，P.R.China）

Xiao Feng.E-mail：xiaofeng@fmmu.edu.cn

Objective To perform a dosimetry study of the RapidArc technique for whole-brain radiotherapy involving simultaneous integrated boost（SIB）to brainmetastases（BM）using volumetric modulated arc therapy（VMAT）.M ethods Ten patients diagnosed with brain metastases were randomly selected and two treatment plans were designed for each patient.The RA plan involved wholebrain VMAT（30 Gy）and SIB to BM（45 Gy）delivered in 10 fractions.The Sum plan involved whole-brain 3DCRT（30 Gy）and SIB with VMAT to BM（15 Gy）delivered in 5 fractions.Resultswere compared using dose-volume histogram analysis.Results Both plansmet the clinical requirements.Target conformity was better for the RA plan（0.99±0.00）than for theSum plan（0.77±0.05；P<0.001）. V35and V40to brain were significantly lower in the RA plan than in the Sum plan（P<0.05）.Averagemonitor unitswere 12%smaller with the RA plan than with the Sum plan.Conclusions The RA plan was similar to the Sum plan or better in terms of target dose distribution，monitor units and irradiation of some organs at risk，especially the normal brain tissue beside the metastases.These results suggest thatwhole-brain radiotherapy with SIB to BM using VMAT is superior for treating brain metastases.

Volumetricmodulated arc therapy；Brainmetastases；Whole brain radiotherapy；Dosimetry

R739.91，R730.55

A

1674-5671（2017）03-05

10.3969/j.issn.1674-5671.2017.03.09

國家自然科學(xué)基金資助項目（81372422）

肖鋒。E-mail：xiaofeng@fmmu.edu.cn