射波刀外放shell的限量對(duì)治療計(jì)劃的影響研究

崔曉磊 陸 軍 李 莎 高行新 黃永輝

射波刀外放shell的限量對(duì)治療計(jì)劃的影響研究

崔曉磊①陸 軍①李 莎①高行新①黃永輝①

目的：比較不同尺寸的顱內(nèi)單發(fā)腫瘤患者的放射治療計(jì)劃，分析靶區(qū)外10 mm處shell的限量對(duì)最終計(jì)劃結(jié)果的影響，為設(shè)計(jì)治療計(jì)劃提供外放殼層(shell)初始限量范圍。方法：選取24例單發(fā)頭部腫瘤患者，根據(jù)測(cè)量得到的靶區(qū)最大直徑將其分為8組，每組3例。對(duì)不同尺寸靶區(qū)的8組患者分別進(jìn)行治療計(jì)劃設(shè)計(jì)，記錄在5種不同外放shell限量下得到的治療計(jì)劃的結(jié)果，并進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果：靶區(qū)外10 mm處shell的限量趨于嚴(yán)格時(shí)，對(duì)較大的靶區(qū)影響大，使到達(dá)靶區(qū)的射線(xiàn)數(shù)急劇減少，靶區(qū)劑量跌落明顯，適形度(CI)變差，而對(duì)小靶區(qū)則影響不大。結(jié)論：25 mm以?xún)?nèi)的小靶區(qū)，靶區(qū)外10 mm處shell的限量可以低至處方劑量的30%，靶區(qū)尺寸越大，限量應(yīng)越寬松；45 mm以上靶區(qū)則應(yīng)放寬至處方劑量的60%以上。

射波刀；外放Shell；劑量限值；劑量分布

射波刀(Cyberknife)系統(tǒng)是一種新型的全身腫瘤立體定向放射外科治療設(shè)備，射波刀的出現(xiàn)，將立體定向放射外科技術(shù)的應(yīng)用從頭頸部腫瘤延伸到脊椎以及全身其他部位腫瘤[1-3]。然而，射波刀治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)和優(yōu)化是治療流程中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，需要醫(yī)師和物理師反復(fù)推敲，精心設(shè)計(jì)，在此階段，治療計(jì)劃的參數(shù)設(shè)置不僅影響計(jì)劃設(shè)計(jì)的效率，而且也會(huì)對(duì)計(jì)劃的質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響[4-6]。

射波刀治療計(jì)劃的優(yōu)化過(guò)程是不斷調(diào)整可供選擇射束的跳數(shù)，使得劑量分布按照某種規(guī)則向劑量限制條件逼近的過(guò)程[7-8]?？疾炷[瘤外放殼層(shell)的劑量限值這一參數(shù)對(duì)計(jì)劃設(shè)計(jì)和優(yōu)化的影響，有助于物理師在計(jì)劃初算時(shí)，選擇比較合適的shell初始劑量限值，節(jié)省計(jì)劃優(yōu)化的時(shí)間，又快又好地得到滿(mǎn)意的治療計(jì)劃?；诖?，本研究比較不同尺寸的顱內(nèi)單發(fā)腫瘤患者的治療計(jì)劃，為設(shè)計(jì)治療計(jì)劃提供shell的初始限量范圍。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取2016年在蘭州總醫(yī)院行射波刀治療的24例單發(fā)頭部腫瘤患者，根據(jù)測(cè)量得到的靶區(qū)最大直徑，將患者分為8組，每組3例，分別為15 mm組、20 mm組、25 mm組、30 mm組、35 mm組、40 mm組、45 mm組和50 mm組。

1.2 材料設(shè)備

數(shù)據(jù)采集使用ACCURAY公司MultiPlan治療計(jì)劃系統(tǒng)，版本4.0.2；定位掃描采用德國(guó)西門(mén)子PETCT。

1.3 方法

(1)影像定位。PET-CT對(duì)患者進(jìn)行CT定位掃描，掃描層厚1 mm。患者均為仰臥位，頭枕+熱塑頭膜固定。

(2)勾畫(huà)靶區(qū)及危及器官。

(3)計(jì)劃設(shè)計(jì)。使用MultiPlan治療計(jì)劃系統(tǒng)對(duì)24例患者分別進(jìn)行治療計(jì)劃設(shè)計(jì)，所有計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)均遵循以下原則：①采用6D skull顱骨追蹤方式；②依據(jù)靶區(qū)最大徑的2/3大小選擇單一準(zhǔn)直器，不同尺寸靶區(qū)準(zhǔn)直器選擇見(jiàn)表1；③僅設(shè)置2個(gè)外放大小分別為1 mm和10 mm的Shell-1和Shell-2；④將shell-1的劑量限值設(shè)置為處方劑量值(Dp)，以保證初算后得到適形度(CI)較好的治療計(jì)劃；⑤將shell-2的初始劑量限值設(shè)置為Ds，選擇5種不同Ds值，依次為Dp值的70%、60%、50%、40%和30%；⑥對(duì)靶區(qū)和shell以外的所有其他組織器官均不進(jìn)行劑量限制；⑦同一患者的治療計(jì)劃除Ds值外其他參數(shù)均相同。經(jīng)過(guò)初算后，記錄不同條件下得到的治療計(jì)劃的結(jié)果。

1.4 評(píng)估參數(shù)

在每個(gè)計(jì)劃得出的靶區(qū)DVH曲線(xiàn)上，以靶區(qū)覆蓋率＞99%為標(biāo)準(zhǔn)，選擇最接近的一條劑量曲線(xiàn)作為處方劑量線(xiàn)，分別記錄每個(gè)治療計(jì)劃的處方劑量線(xiàn)；因患者治療的處方劑量和治療次數(shù)各有不同，為觀察治療計(jì)劃的射線(xiàn)數(shù)和CI值，從8組患者中各任意選取一例，記錄射線(xiàn)數(shù)和CI的數(shù)值，并進(jìn)行對(duì)比和分析。

2 結(jié)果

2.1 治療計(jì)劃的處方劑量線(xiàn)隨Ds值的變化趨勢(shì)

隨Ds值由大到小變化。8種不同尺寸的靶區(qū)治療計(jì)劃的處方劑量線(xiàn)數(shù)值的平均值見(jiàn)表2。

隨著Ds值依次降低，滿(mǎn)足要求(靶區(qū)覆蓋率＞99%)的處方劑量線(xiàn)數(shù)值大致呈減小趨勢(shì)。靶區(qū)尺寸為10 mm和15 mm的兩組，曲線(xiàn)趨于平穩(wěn)，即Ds值的降低未對(duì)靶區(qū)劑量產(chǎn)生明顯影響；當(dāng)靶區(qū)尺寸增加到25 mm后，各組曲線(xiàn)隨Ds值的降低呈下降趨勢(shì)，這種下降趨勢(shì)在靶區(qū)尺寸達(dá)到35 mm以上時(shí)已經(jīng)非常明顯，即靶區(qū)尺寸越大，受Ds值降低的影響就越大。變化曲線(xiàn)如圖1所示。

圖1 不同尺寸靶區(qū)治療計(jì)劃處方劑量線(xiàn)隨Ds值的變化

2.2 不同尺寸靶區(qū)Ds值選擇范圍

為了給計(jì)劃設(shè)計(jì)的后續(xù)劑量?jī)?yōu)化留有足夠的空間，以≥70%劑量曲線(xiàn)作為初算得到的處方劑量曲線(xiàn)的“臨界值”，結(jié)合圖1所示，將8種不同尺寸靶區(qū)≥70%處方劑量線(xiàn)時(shí)對(duì)應(yīng)的“臨界Ds值”范圍列于表3中。在計(jì)劃設(shè)計(jì)的最初階段，可以將表3中的數(shù)據(jù)作為參考，根據(jù)處方劑量，設(shè)置計(jì)劃初算階段shell-2的限量值。

表3 處方劑量線(xiàn)≥70%時(shí)的Ds值范圍

2.3 治療計(jì)劃的射線(xiàn)數(shù)隨Ds值的變化趨勢(shì)

當(dāng)靶區(qū)尺寸較小(≤25 mm)時(shí)，shell-2限量越嚴(yán)格，射線(xiàn)數(shù)將略有增加(如圖2所示)；而靶區(qū)尺寸較大(≥30 mm)時(shí)，shell-2限量越嚴(yán)格，射線(xiàn)數(shù)將會(huì)減少，且靶區(qū)尺寸越大，降低趨勢(shì)越明顯(如圖3所示)。

圖2 小尺寸靶區(qū)治療計(jì)劃射線(xiàn)數(shù)隨Ds值的變化

表1 各組治療計(jì)劃準(zhǔn)直器大小(mm)

表2 不同尺寸靶區(qū)治療計(jì)劃在不同Ds值時(shí)的處方劑量線(xiàn)(%)

圖3 30 mm以上靶區(qū)治療計(jì)劃射線(xiàn)數(shù)隨Ds值的變化

2.4 治療計(jì)劃的CI值隨Ds值的變化趨勢(shì)

對(duì)于尺寸不太大的靶區(qū)，對(duì)shell-2進(jìn)行劑量限制并未對(duì)CI產(chǎn)生明顯影響，只有當(dāng)靶區(qū)尺寸較大(≥45 mm)時(shí)，對(duì)shell-2劑量限制趨于嚴(yán)格，CI才會(huì)有比較明顯的變化，且呈升高趨勢(shì)(如圖4所示)。

圖4 不同尺寸靶區(qū)治療計(jì)劃CI隨Ds值的變化

3 討論

射波刀立體定向放射治療的優(yōu)勢(shì)來(lái)源于其劑量分布優(yōu)勢(shì)，尤其是對(duì)于良性病變，如一部分良性腦膜瘤、垂體瘤、聽(tīng)神經(jīng)瘤等。立體聚焦交叉照射的原理，能夠使靶區(qū)得到高劑量的照射，而在病灶的邊緣劑量迅速跌落，避免了病灶周邊正常組織不必要的照射，對(duì)提高患者生存質(zhì)量有著重要意義[8]。

一個(gè)可行的治療計(jì)劃通常要經(jīng)過(guò)反復(fù)優(yōu)化計(jì)算才能得到，治療計(jì)劃的參數(shù)設(shè)置會(huì)對(duì)計(jì)劃結(jié)果產(chǎn)生不同影響，而最終治療計(jì)劃質(zhì)量不僅有靶區(qū)和危及器官的限制劑量等直觀的參數(shù)，追蹤方式、準(zhǔn)直器的選擇和定位中心的選擇等，也不同程度地影響計(jì)劃設(shè)計(jì)的效率和結(jié)果[9-12]。

利用限制外放shell的劑量對(duì)靶區(qū)周?chē)膭┝康溥M(jìn)行調(diào)節(jié)，是治療計(jì)劃設(shè)計(jì)的基本方法。根據(jù)上述結(jié)果可以得到一個(gè)靶區(qū)周邊10 mm處shell限量的范圍，使得初算后能找到一條≥70%的處方劑量線(xiàn)進(jìn)行歸一，既能覆蓋99%以上靶區(qū)體積，又為后續(xù)“雕刻”靶區(qū)劑量及對(duì)危及器官進(jìn)行保護(hù)等操作留有較大余地。

對(duì)于尺寸較小的靶區(qū)，如25 mm以下靶區(qū)，對(duì)shell-2的限量要相對(duì)偏嚴(yán)格，可以選擇處方劑量值的30%～40%，使得靶區(qū)邊緣有大的劑量梯度，即靶區(qū)邊緣外10 mm處的劑量迅速跌落至處方劑量值的近乎30%，此時(shí)劑量曲線(xiàn)將緊緊包繞在靶區(qū)周邊，有利于減少人體正常組織受照的范圍。當(dāng)靶區(qū)尺寸較小時(shí)，隨shell-2限量趨于嚴(yán)格，結(jié)果顯示，為滿(mǎn)足處方劑量要求，射線(xiàn)數(shù)會(huì)略有升高，而CI并未受到明顯影響，若該小靶區(qū)十分臨近一重要組織器官，此時(shí)再對(duì)其進(jìn)一步限量會(huì)容易許多。

當(dāng)靶區(qū)尺寸增大至30～40 mm時(shí)，對(duì)shell-2的限量可以選擇處方劑量值的50%左右，此時(shí)從結(jié)果中看到，隨shell-2限量趨于嚴(yán)格，為滿(mǎn)足處方劑量的要求，射線(xiàn)數(shù)不斷減小，系統(tǒng)通過(guò)減少入射線(xiàn)束的方式達(dá)到使靶區(qū)周?chē)鷦┝垦杆俚涞哪康?，但是同時(shí)到達(dá)靶區(qū)的有效射束也會(huì)隨之減少，當(dāng)限制十分嚴(yán)格時(shí)，70%的劑量曲線(xiàn)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足靶區(qū)覆蓋率的要求，CI也會(huì)隨之增大，因此shell-2的初始劑量限值最好不低于處方劑量值的50%。而對(duì)于尺寸較大的靶區(qū)(如45 mm及以上靶區(qū))，對(duì)shell-2的限量要寬松許多，可以選擇處方劑量值的60%，甚至更高。

本研究結(jié)果顯示，降低shell-2限量將導(dǎo)致射線(xiàn)數(shù)急劇減少，CI也隨之不斷增大，很快會(huì)導(dǎo)致靶區(qū)內(nèi)部劑量迅速降低，治療計(jì)劃無(wú)法滿(mǎn)足要求。因此想要得到較高的靶區(qū)覆蓋率，大的靶區(qū)很難做到周?chē)膭┝垦杆俚?，因此?duì)shell-2的劑量限制要寬松，以便先得到一個(gè)較好的初始靶區(qū)劑量分布，再通過(guò)后續(xù)的其他手段進(jìn)一步對(duì)劑量分布進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)。

4 結(jié)語(yǔ)

治療計(jì)劃設(shè)計(jì)的具體方法步驟因人而異，劑量“雕刻”的方式方法也多種多樣，面對(duì)不同尺寸的靶區(qū)，計(jì)劃設(shè)計(jì)的思路也應(yīng)有所調(diào)整，靶區(qū)尺寸與劑量限值之間的規(guī)律，可幫助物理師提高計(jì)劃設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。靶區(qū)外10 mm處shell的劑量限制趨于嚴(yán)格時(shí)，對(duì)較大的靶區(qū)影響很大，使到達(dá)靶區(qū)的射線(xiàn)數(shù)急劇減少，靶區(qū)劑量跌落明顯，適形度變差；對(duì)小靶區(qū)則影響不大。對(duì)25 mm以?xún)?nèi)的小靶區(qū)，靶區(qū)外10 mm處shell的限量可以低至處方劑量的30%；靶區(qū)尺寸越大，限量應(yīng)越寬松，45 mm以上靶區(qū)則應(yīng)放寬至處方劑量的60%以上。

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Research on the effect of shell dose limits of Cyberknife for treatment planning

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CUI Xiao-lei, LU Jun, LI Sha,
et al//China Medical Equipment,2017,14(10):23-26.

Objective: To compare different treatment plan of patient with single intracranial tumor of different sizes, and to analyze the effect of the limit dose of shell of 10mm out of target area for the result of ultimate plan so as to provide primary limit range of outer shell for designing treatment plan. Methods: 24 patients with single intracranial tumor were divided into 8 groups according to the largest diameter of target area that obtained from detection, and each group has 3 cases. The patients of each group who has different target area size

different design of treatment plan, and the results of treatment plan under 5 kinds of different limit dose of shell were recorded, and all of these results were compared and analyzed. Results: When the limit dose of shell of 10mm out from target area tended to strictness,it could cause larger influence, and it could sharply decrease radiation dose that could achieve target area. Besides,it was obviously that radiation dose quickly decreased and the conformity index(CI) became poor, and it couldn't cause larger influence for small target area. Conclusion: For the small target area that the diameter less than 25 mm,the limit dose of shell of 10mm out from target area may achieve to the 30% of prescription dose. And the limit dose should be more and more relaxed with the increasing of size of target area. And the limit dose should be relaxed more than 60% of prescription dose for the target area above 45mm.

Cyberknife; Shell; Dose limit; Dose distribution

Department of Radiotherapy, Lanzhou General Hospital of Lanzhou Military Region Command of PLA, Lanzhou 730050, China.

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.10.007

崔曉磊,女,(1987- ),碩士，物理師。蘭州總醫(yī)院放射治療科，從事腫瘤放射物理工作。

2017-05-04

1672-8270(2017)10-0023-04

R815

A

①蘭州總醫(yī)院放射治療科 甘肅 蘭州 730050