全身定位技術(shù)在全腦全脊髓調(diào)強(qiáng)放療中的應(yīng)用研究

全身定位技術(shù)在全腦全脊髓調(diào)強(qiáng)放療中的應(yīng)用研究

【作 者】楊海芳1，劉建平1，張曉斌1，時(shí)秀菊1，姜斌1，徐壽平2，王靜1

1 河北省唐山市人民醫(yī)院放療中心, 唐山市, 063001 2 解放軍總醫(yī)院放療科, 北京市, 100853

利用全身定位體架及基部劑量計(jì)劃補(bǔ)償（BDPC）技術(shù)研究一種全腦全脊髓放療方法。對(duì)本院11例中樞神經(jīng)系統(tǒng)惡性腫瘤患者進(jìn)行研究。采用全身定位體架配合頭頸肩模和體膜進(jìn)行患者體位固定并利用基部劑量計(jì)劃補(bǔ)償（Base Dose Plan Compensation，BDPC）模塊進(jìn)行調(diào)強(qiáng)優(yōu)化。評(píng)價(jià)靶區(qū)適形度指數(shù)（CI）、均勻性指數(shù)（HI）和危及器官（OAR）受量及射野銜接處劑量。此種方法提高了靶區(qū)適形度和均勻性，簡(jiǎn)化了計(jì)劃設(shè)計(jì)過程，提高了擺位精度并保證了重復(fù)性。射野銜接處未出現(xiàn)劑量冷熱點(diǎn)，與計(jì)算值基本一致。通過本研究證明全身定位技術(shù)聯(lián)合BDPC優(yōu)化方法在全腦全脊髓放療中能滿足臨床劑量學(xué)要求，操作簡(jiǎn)便，提高計(jì)劃設(shè)計(jì)效率。

全身定位；射野銜接；BDPC；全腦全脊髓放療

全腦全脊髓放療是一種技術(shù)要求比較高的治療方法，主要用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)惡性腫瘤等病種[1-3]。靶區(qū)需覆蓋全部大腦和全長(zhǎng)度的脊髓，超過加速器最大照射范圍，且傳統(tǒng)定位方法容易在射野銜接處出現(xiàn)劑量冷熱點(diǎn)，影響治療效果[4]。全身定位架可實(shí)現(xiàn)全身精準(zhǔn)定位，減少擺位誤差，降低分次間和分次內(nèi)誤差[5]。Eclipse計(jì)劃系統(tǒng)的基部劑量計(jì)劃補(bǔ)償（Base Dose Plan Compensation，BDPC）模塊能夠在調(diào)強(qiáng)優(yōu)化時(shí)考慮到基部劑量，調(diào)整多靶區(qū)計(jì)劃時(shí)能夠?qū)Π袇^(qū)間劑量造成的影響進(jìn)行補(bǔ)償，使劑量更加均勻，射野銜接處冷熱點(diǎn)得到修正，得到較好的整體靶區(qū)劑量分布，簡(jiǎn)化整個(gè)計(jì)劃過程[6]。本文利用全身定位架的擺位精度提出了一種基于BDPC模板技術(shù)的全腦全脊髓放療方法，節(jié)省整體計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)間，簡(jiǎn)化擺位過程，提高治療精度。

1 資料與方法

1.1 病例選擇

選取2011年2月至2016年8月在本院需要全腦全脊髓放療的患者11例，男性6名，女性5名，其中9名為7歲至14歲兒童，2名為成年人，脊髓平均長(zhǎng)度62 cm，最短41 cm，最長(zhǎng)73 cm。靶區(qū)單次處方劑量為180 cGy，共計(jì)17次，總劑量為3 060 cGy。

1.2 體位固定、CT掃描與輪廓勾畫

體架為全身定位架（圖1），患者仰臥位，雙手自然并于身體兩側(cè)，平躺于體架中間位置，選擇合適的頭枕，雙肩部頂住頂肩板，在患者身體表面畫兩組標(biāo)記線，分別標(biāo)記胸部及腹部在定位架的位置。取下頂肩板后，同時(shí)使用頭頸肩膜及體膜制作熱塑膜，待熱塑膜冷卻20 min后在患者體表畫出膜的上下界[7]。在頭部?jī)蓚?cè)和額前放置鉛粒，作為全腦計(jì)劃的中心點(diǎn)。利用CT模擬定位機(jī)增強(qiáng)掃描，層厚為5 mm。將DICOM圖像傳輸至Eclipse治療計(jì)劃系統(tǒng)，醫(yī)師勾畫靶區(qū)和危及器官。

圖1 全身定位架Fig.1 Body positioning frame

1.3 治療計(jì)劃設(shè)計(jì)與執(zhí)行

由于靶區(qū)超過加速器最大射野范圍，將靶區(qū)分割成全腦、脊髓上段、脊髓下段三個(gè)部分。分別制作名為Plan-Brain，Plan-Cord-up及Plan-Cord-down的三個(gè)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃，并保存為模板以便改變射野銜接位置時(shí)使計(jì)劃設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)便。

1.3.1 Plan-Brain計(jì)劃設(shè)計(jì)

靶區(qū)范圍包括全部腦組織，下界為第一頸椎下緣。射野為平行對(duì)穿的共面滑窗照射野，中心選取為定位原始坐標(biāo)，進(jìn)行IMRT優(yōu)化。優(yōu)化過程中，注意保護(hù)眼晶體，盡量使靶區(qū)劑量均勻，最終劑量算法采用AAA算法，計(jì)算網(wǎng)格為2.5 mm。

1.3.2 Plan-Cord-up計(jì)劃設(shè)計(jì)

靶區(qū)范圍為第二頸椎上緣至第十胸椎下緣。治療時(shí)采用Plan-Brain計(jì)劃治療完成后直接移床方法，以避免二次擺位誤差，故Plan-Cord-up計(jì)劃中心位置需根據(jù)Plan-Brain中心進(jìn)行調(diào)整，即左右方向（X），前后方向（Z）均為0，頭腳方向（Y）距離Plan-Brain中心25 cm。本計(jì)劃采取三個(gè)共面滑窗野，一前兩斜后。在優(yōu)化過程中將Plan-Brain計(jì)劃設(shè)定為基部劑量，將兩個(gè)計(jì)劃關(guān)聯(lián)，使得脊髓部分靶區(qū)劑量分布更加均勻。調(diào)整好后，再次調(diào)整Plan-Brain計(jì)劃，使用同樣的方法，使得腦組織靶區(qū)劑量均勻。反復(fù)調(diào)整，使得連接處不出現(xiàn)冷熱點(diǎn)。

1.3.3 Plan-Cord-down計(jì)劃設(shè)計(jì)

靶區(qū)范圍為第十一胸椎上緣至尾椎。等中心頭腳方向（Y）距離Plan-Cord-up計(jì)劃中心25 cm，其余方向坐標(biāo)為0。三個(gè)計(jì)劃的等中心在一條直線上，并與加速器槍靶方向平行。設(shè)計(jì)方法與Plan-Cord-up計(jì)劃相同。最后將三個(gè)計(jì)劃綜合考慮，反復(fù)調(diào)整，使得整體靶區(qū)范圍內(nèi)劑量均勻，符合臨床要求。

治療時(shí)為了避免擺位和患者移動(dòng)帶來的誤差使脊髓重疊受量，需每隔5次移動(dòng)三段靶區(qū)上下界，再次進(jìn)行劑量計(jì)算，調(diào)用已存儲(chǔ)的優(yōu)化模板直接進(jìn)行劑量?jī)?yōu)化。經(jīng)過三次調(diào)整后，組成三個(gè)療程，前兩個(gè)療程為5次，最后一個(gè)為7次，共計(jì)17次。每療程治療中心不變，單次劑量相同均為180 cGy，綜合評(píng)價(jià)脊髓不超量。

在實(shí)際治療過程中先執(zhí)行Plan-Brain計(jì)劃，技術(shù)員根據(jù)標(biāo)記進(jìn)行擺位。治療前進(jìn)行CBCT圖像引導(dǎo)，調(diào)整擺位誤差。實(shí)施其余計(jì)劃時(shí)不進(jìn)行擺位，而是根據(jù)計(jì)算好的兩個(gè)計(jì)劃中心差值，直接進(jìn)床到治療中心位置。

1.4 劑量驗(yàn)證

本文使用Delta4進(jìn)行劑量驗(yàn)證。為了保證兩個(gè)計(jì)劃射野銜接處位于模體中心，將Plan-Brain中心移植到驗(yàn)證模體前1/3的中心，出束完成后進(jìn)床25 cm，調(diào)用Plan-Cord-up計(jì)劃，測(cè)量第一段銜接處劑量分布。同樣的方法測(cè)量第二段銜接處的劑量分布。

1.5 靶區(qū)劑量評(píng)估

靶區(qū)PTV的指標(biāo)主要包括：最高劑量Dmax；近似最高劑量D2% ；近似最低劑量D98%；中位劑量D50%；適形指數(shù)（CI）[8]。CI=(TVR1/TV)×(TVR1/VR1)，其中，TV是靶區(qū)體積，TVR1為處方劑量包繞的靶體積，VR1為處方劑量包繞的所有體積，CI取值為0～1，越是接近1，說明靶區(qū)適形性越好；均勻性指數(shù)（HI）[9]，HI=（D2%-D98%）/ D50%，HI值越大說明該計(jì)劃的劑量分布均勻性越差。

表1 11例患者靶區(qū)劑量體積參數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistical analysis of target does-volume parameters in 11 patients

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量評(píng)估

統(tǒng)計(jì)11例患者靶區(qū)劑量體積參數(shù)見表1。由表1中可知，此種計(jì)劃方法靶區(qū)劑量分布符合臨床要求，整體靶區(qū)范圍內(nèi)，劑量比較均勻，射野銜接處劑量未出現(xiàn)冷熱點(diǎn)。

2.2 危及器官劑量分析

因照射范圍廣泛，危及器官較多，且處方劑量較低，選取有代表性的四種正常組織：腎、全肺、心臟、視網(wǎng)膜，11例患者危及器官劑量體積參數(shù)統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 11例患者危及器官劑量體積參數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistical analysis of organs at risk does-volume parameters in 11 patients

由表2可以看出，基于BDPC模塊的IMRT計(jì)劃完全符合臨床要求，危及器官受量均在限值范圍內(nèi)。

2.3 劑量驗(yàn)證結(jié)果

本研究使用Delta4進(jìn)行劑量驗(yàn)證，11例患者計(jì)劃γ驗(yàn)證通過率均在95%以上，均大于90%，滿足臨床需求。此外著重分析了射野銜接處的劑量分布，發(fā)現(xiàn)實(shí)際測(cè)量中射野銜接附近劑量梯度沒有發(fā)生明顯的波動(dòng)，相對(duì)平滑，未出現(xiàn)劑量冷熱點(diǎn)，并且測(cè)量值與表1計(jì)算結(jié)果相吻合。

2.4 位置誤差及劑量偏差

（1）首次擺位后的擺位誤差。11例患者共計(jì)進(jìn)行220次首次擺位后的CBCT。Plan-Brain計(jì)劃中心系統(tǒng)誤差（均數(shù)）±隨機(jī)誤差(標(biāo)準(zhǔn)差)在左右（X）、頭腳（Y）、前后方向（Z）上分別為(3.1±1.4) mm、（5.4±1.8）mm、（2.9±1.5）mm。

（2）位置誤差導(dǎo)致劑量偏差。以第一段射野銜接處為例，當(dāng)Plan-Brain與Plan-Cord-up計(jì)劃中心相互靠近與遠(yuǎn)離2 mm、5 mm時(shí)劑量參數(shù)。由表3可知，當(dāng)位置有所偏差時(shí)對(duì)靶區(qū)Dmax影響較大，且位置偏差越大，Dmax變化越劇烈。11例患者位置誤差導(dǎo)致靶區(qū)劑量參數(shù)的變化見表3。

表3 11例患者位置誤差導(dǎo)致靶區(qū)劑量參數(shù)的變化Tab.3 11 patients with positional errors lead to changes in target dose parameters

3 討論

全腦全脊髓照射技術(shù)最關(guān)鍵的是射野銜接。傳統(tǒng)做法需要使用半束分野、旋轉(zhuǎn)治療床與光欄等技術(shù)，理論上應(yīng)用這些技術(shù)會(huì)使劑量均勻，但是在實(shí)際治療中因?yàn)榇嬖跀[位誤差，會(huì)導(dǎo)致銜接處出現(xiàn)較大的劑量差異[10]。螺旋斷層放療與容積調(diào)強(qiáng)放療能很好地完成全腦全脊髓放療，但所需的設(shè)備昂貴，費(fèi)用較高，只有少部分患者受益[11]。一個(gè)完整的放療計(jì)劃涉及定位、計(jì)劃設(shè)計(jì)和計(jì)劃執(zhí)行三個(gè)環(huán)節(jié)。本研究從這三個(gè)方面對(duì)全腦全脊髓照射進(jìn)行改進(jìn)。

（1）模擬定位。全身定位架聯(lián)合使用頭頸肩膜與體膜，大大降低了患者在整個(gè)治療過程中不自主的移動(dòng)，降低分次內(nèi)誤差，且患者仰臥位，使得舒適性有很大的提高。降低了技術(shù)員擺位復(fù)雜性，提高了擺位重復(fù)性與準(zhǔn)確性。

（2）計(jì)劃設(shè)計(jì)。在調(diào)強(qiáng)過程中使用BDPC模塊調(diào)節(jié)射野連接處的劑量分布能在較大程度上改善靶區(qū)劑量均勻性，提高劑量適形度，進(jìn)一步發(fā)揮IMRT優(yōu)點(diǎn)[6]。計(jì)劃方法簡(jiǎn)單，只需將同時(shí)執(zhí)行的計(jì)劃設(shè)定為base dose，優(yōu)化其他計(jì)劃時(shí)補(bǔ)償前個(gè)計(jì)劃造成的影響，即可消除劑量冷熱點(diǎn)，降低了計(jì)劃設(shè)計(jì)難度。

（3）計(jì)劃執(zhí)行。本文采用的是利用TPS改變射野銜接位置，組成多療程的方法。主要是三個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：一是較方便改變靶區(qū)分界，利用已存儲(chǔ)的模板重新計(jì)算，即可獲得新療程計(jì)劃，無需手動(dòng)調(diào)節(jié)MLC位置，即可達(dá)到較好的劑量分布。二是由于全身定位架的使用，降低了分次內(nèi)誤差，減少了患者在治療過程中的移動(dòng)，降低射野銜接處的劑量偏差[12]。三是減少CBCT的使用，降低患者額外受量，縮短治療時(shí)間。脊髓是嚴(yán)格的劑量限制器官，對(duì)所受劑量最大值較為敏感[13]。射野銜接處劑量冷熱點(diǎn)的產(chǎn)生有一重要原因是由于第二段放療計(jì)劃擺位誤差導(dǎo)致的。大部分研究者均是利用多次CBCT來降低分次內(nèi)誤差。CBCT成像在放療過程中的累積劑量及其遠(yuǎn)期風(fēng)險(xiǎn)不可忽略，應(yīng)當(dāng)被合理管控[14]。且由于計(jì)劃CT獲得的是治療前某一時(shí)刻的瞬時(shí)圖像，而CBCT圖像的獲得需要（30～60）s，圖像有少許失真，圖像匹配存在一定的誤差[15]。對(duì)于較長(zhǎng)靶區(qū)，即使很小的旋轉(zhuǎn)誤差就可以導(dǎo)致靶區(qū)劑量分布的改變，影響危及器官受量，需要做六自由度的誤差校正[16]。六自由度的治療床價(jià)格昂貴，只有少數(shù)單位才具有。治療前做一次CBCT降低分次間誤差，應(yīng)用全身定位架降低分次內(nèi)誤差，依靠治療床到位精度，通過TPS更改靶區(qū)邊界即可完成射野銜接，避免因擺位誤差造成脊髓的重復(fù)照射。

總之本文提出利用全身定位架，基于BDPC模塊的IMRT技術(shù)設(shè)計(jì)全腦全脊髓放療計(jì)劃改善射野銜接處的劑量分布，節(jié)省了計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)間，簡(jiǎn)化整體治療過程，保證了治療準(zhǔn)確度。

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Application of Whole Body Localization Technique in the Craniospinal Intensity-modulated Radiotherapy

【 Writers 】YANG Haifang1, LIU Jianping1, ZHANG Xiaobin1, SHI Xiuju1, JIANG Bin1, XU Shouping2, WANG Jing1
1 Department of Radiation Oncology, Tangshan People’s Hospital, Tangshan, 063001 2 Department of Radiation Oncology, PLA General Hospital, Beijing, 100853

whole body localization, field convergence, BDPC, the craniospinal radiotherapy

R739.4

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2017.04.019

1671-7104(2017)04-0302-04

2016-11-14

楊海芳，E-mail: yang-hai-fang@163.com

劉建平，E-mail: ljp717@sohu.com

【 Abstract 】The craniospinal radiotherapy method was studied by using the whole body positioning frame and base dose plan compensation (BDPC) technique.11 patients with central nervous system malignancies in our hospital were studied. Use whole body positioning frame with the head - neck shoulder and body membrane to immobilize posture, then use BDPC for the intensity-modulated radiotherapy. Target area conformability index(CI), homogeneity index (HI), dose of endangerment organ (OAR) and beam connecting dose distribution are evaluated. The use of base-dosecompensation intensity-modulated plan combined with whole-body positioning technology improves the target area conformability and target uniformity, simplifies the design of craniospinal radiotherapy, improves the placement accuracy and ensure good placement repeatability. We measure beam connecting dose distribution. Cold and hot spots do not appear, and calculated values are basically identical. The application of whole-body positioning technique combined with BDPC optimization method in the treatment of the craniospinal radiotherapy meets the clinical requirements of dosimetry. Moreover, it is simple and can improve the treatment planning efficiency．