基于Tomo HD的螺旋斷層與斷層徑照技術(shù)在女性全中樞照射中不同計劃方法劑量學比較研究*

叢小虎 解傳濱* 徐壽平 葛瑞剛 鞏漢順 戴相昆 曲寶林

全中樞照射(craniospinal irradiation，CSI)又稱為全腦全脊髓放射治療，是一種用于生殖細胞瘤、髓母細胞瘤等腫瘤治療的重要方法。由于CSI特有的超長靶區(qū)及計劃靶區(qū)鄰近較多危及器官(organ at risk，OAR)，對常規(guī)加速器放射治療技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。常規(guī)加速器調(diào)強放射治療技術(shù)的應(yīng)用雖然使得CSI OAR受量相比過去顯著降低，但由于需要多個治療中心，帶來了射野銜接區(qū)劑量的不確定性以及治療時間過長的問題[1]。

螺旋斷層放射治療系統(tǒng)(Tomotherapy system TOMO)的出現(xiàn)給CSI帶來了新的可能性。螺旋斷層治療(helical tomotherapy，HT)技術(shù)可以利用一個中心單次擺位即完成整個放射治療過程，相對于常規(guī)加速器三維適形及調(diào)強計劃，不存在超長靶區(qū)接野帶來的劑量不確定性，而且其強大的調(diào)制能力能夠有效的降低計劃OAR的受量[2-3]。曲寶林等[4]對CSI螺旋斷層放射治療進行了相關(guān)研究，相比于常規(guī)加速器，螺旋斷層放射治療計劃在達到更好的靶區(qū)適形度和均勻性的同時，能夠有效降低靶區(qū)周圍OAR劑量，更適合于CSI的應(yīng)用。

近年來，螺旋放射治療(Tomo HD)在原螺旋斷層調(diào)強技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展出了斷層徑照(tomodirect，TD)技術(shù)[5]。TD技術(shù)通過1～12個靜態(tài)照射角度，結(jié)合螺旋斷層放射治療系統(tǒng)特有的二元氣動多葉準直器(multi-leaf collimator，MLC)，配合治療床連續(xù)移動完成整個放射治療過程，能夠在保證放射治療計劃靶區(qū)適形與均勻照射的同時，實現(xiàn)對周邊OAR的較好保護，是一種具有高度調(diào)制能力的新型放射治療技術(shù)，其在CSI應(yīng)用國內(nèi)已有相關(guān)報道[6-8]。對于女性CSI治療過程中卵巢保護是一個很重要的問題[9]。解傳濱等[7]進行了基于HT與TD兩種技術(shù)的分段式計劃方法在女性CSI應(yīng)用中的可行性探討，Tomo HD分段式計劃對于女性CSI卵巢保護具有一定的臨床應(yīng)用價值。本研究旨在通過對兩種計劃設(shè)計方法進行比較分析，探討基于HT與TD兩種技術(shù)在實施女性CSI中不同計劃設(shè)計方法的劑量學差異，以期為臨床應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

回顧性選取2015年1月至2017年12月在解放軍總醫(yī)院第一臨床中心放射治療科接受CSI治療的10例女性患者，其中生殖細胞瘤5例，髓母細胞瘤5例。按照對10例病例卵巢區(qū)域保護方式不同，將計劃分為對照租和觀察組，每組各設(shè)計10例治療計劃。對照組采用常規(guī)HT計劃，使用射野屏蔽方法對卵巢區(qū)域進行保護；觀察組采用HT與TD分段計劃方式，即上段計劃采用HT技術(shù)，下段計劃采用TD技術(shù)實現(xiàn)對卵巢區(qū)域保護。

1.2 儀器設(shè)備

圖像掃描采用Siemens放射治療專用大孔徑模擬定位CT(德國Siemens公司)；采用Pinnacle計劃系統(tǒng)(Ver10.0，荷蘭Philips公司)醫(yī)生工作站進行靶區(qū)勾畫；兩組計劃均采用Tomotherapy計劃系統(tǒng)(Ver2.1.2，美國Accuray公司)進行計劃設(shè)計。

1.3 靶區(qū)定義與處方劑量

由同一名醫(yī)生通過Pinnacle醫(yī)生工作站在CT影像上完成全腦全脊髓臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)勾畫，在CTV基礎(chǔ)上外擴5 mm得到計劃靶區(qū)(planning target volume，PTV)，將皮膚輪廓Body減去PTV命名為正常組織(normal tissue，NT)，勾畫靶區(qū)周邊主要OAR，如眼球、晶體、口腔、腮腺、肺、心臟、肝臟及腎臟等。由于全中樞腫瘤好發(fā)于少年兒童，卵巢精確勾畫具有較大難度，因此將卵巢可能區(qū)域作為一個保護結(jié)構(gòu)單獨命名為VIP進行重點保護。PTV處方劑量為36 Gy/20 f。

1.4 治療方法

所有患者均采用仰臥位，雙手十指交叉置于胸骨下緣腹前位置，采用S型頭頸肩、熱塑體模+一體板固定，并將熱塑體膜上緣折返以固定手臂。CT掃描范圍自頭頂至股骨上段，掃描層厚為5 mm。

1.5 計劃設(shè)計

全中樞腫瘤計劃均采用Tomotherapy計劃系統(tǒng)進行計劃設(shè)計。將全中樞腫瘤患者圖像和勾畫結(jié)構(gòu)由Pinnacle醫(yī)生工作站傳到Tomotherapy計劃系統(tǒng)進行計劃設(shè)計。對10例病例分別設(shè)計對照組、觀察組兩組計劃。

(1)對照組采用HT技術(shù)，計劃參數(shù)為鉛門寬度5 cm、螺距0.43及調(diào)制因子2.0。為限制VIP劑量，對照組計劃添加半遮擋“block”用于限制卵巢區(qū)域劑量。

(2)觀察組采用HT與TD分段計劃方式，以第三腰椎水平為界，上段采取HT技術(shù)設(shè)計計劃，計劃參數(shù)設(shè)置同對照組參數(shù)一致；下段采取TD技術(shù)，添加90°、270°兩水平對穿射野，鉛門寬度2.5 cm、螺距0.25、調(diào)制因子2.0。分段計劃完成后需應(yīng)用系統(tǒng)自帶Summation功能模塊將兩段計劃進行融合來評估靶區(qū)劑量，確保兩段計劃銜接處無劑量冷點熱點出現(xiàn)。

(3)兩組計劃均要求處方劑量覆蓋靶區(qū)體積95%(V95%)以上，并盡可能限制VIP最大劑量。

1.6 計劃評估

治療計劃設(shè)計完成后，評估各組計劃靶區(qū)及OAR受量，機器執(zhí)行效率等。本研究靶區(qū)劑量學評估包括適形度指數(shù)(conformal index，CI)及均勻性指數(shù)(homogeneity index, HI)[10]。其CI的計算為公式1：

式中TVPV為設(shè)計計劃靶區(qū)所占處方劑量的體積，TV為計劃給予處方劑量靶區(qū)體積，PV為處方劑量所包含的總體積。靶區(qū)CI值越接近1，為計劃靶區(qū)的適形度越好。

HI的計算為公式2：

式中D5%指5%靶區(qū)體積對應(yīng)的照射劑量；D95%為95%靶區(qū)體積對應(yīng)照射劑量；靶區(qū)HI值越小，越接近1，表示計劃靶區(qū)的均勻度越好。

1.7 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 22.0軟件對兩組計劃進行數(shù)據(jù)分析，行配對樣本t檢驗，數(shù)據(jù)分析結(jié)果用平均值±標準差表示，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量學比較

兩組計劃靶區(qū)劑量學比較。CI指數(shù)：對照組計劃由于采用單一HT技術(shù)計劃CI顯著優(yōu)于觀察組計劃，差異具有統(tǒng)計學意義(t=5.501，P＜0.05)；HI指數(shù)：觀察組計劃HI好于對照組，差異具有統(tǒng)計學意義(t=3.044，P＜0.05)，見表1。

2.2 OAR劑量學比較

由于觀察組計劃靶區(qū)上半段晶體、眼球和肺采用的是螺旋斷層調(diào)強放射治療技術(shù)，與對照組計劃相比靶區(qū)上半段所涉及OAR受量均值接近，差異均無統(tǒng)計學意義。對于靶區(qū)外正常組織NT平均劑量，對照組低于觀察組，差異具有統(tǒng)計學意義(t=-3.978，P＜0.05)；而對于VIP的保護，觀察組計劃具有明顯的優(yōu)勢，且差異具有統(tǒng)計學意義(t=6.298，P＜0.05)，見表2和表3。

表1 兩組計劃方式靶區(qū)劑量學比較

表1 兩組計劃方式靶區(qū)劑量學比較

注：表中PTV為計劃靶區(qū)；D2%、D5%、D50%、D95%、D98%和V100%分別為2%、5%、50%、95%、98%和100%靶區(qū)體積對應(yīng)的照射劑量；CI為適形度指數(shù)；HI為均勻性指數(shù)。

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表2 OAR晶體、眼球和肺劑量學比較

表2 OAR晶體、眼球和肺劑量學比較

注：表中Dmax為OAR計劃對應(yīng)最大劑量；Dmean為OAR計劃對應(yīng)平均劑量；V5、V20為5 Gy、20 Gy劑量對應(yīng)計劃OAR百分體積。

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表3 OAR小腸、NT和VIP劑量學比較

表3 OAR小腸、NT和VIP劑量學比較

注：表中Dmax為OAR計劃對應(yīng)最大劑量；Dmean為OAR計劃對應(yīng)平均劑量；V5、V10、V20為5 Gy、10 Gy、20 Gy劑量對應(yīng)計劃OAR百分體積；NT為皮膚輪廓Body減去PTV；VIP為卵巢保護區(qū)域。

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2.3 機器執(zhí)行效率比較

機器執(zhí)行效率包含機器出束跳數(shù)(monitor units，MU)和計劃治療時間(treatment time，TT)兩個重要參數(shù)。對照組和觀察組計劃MU分別為(7929.2±1095.4)MU和(10712.8±2264.5)MU，差異具有統(tǒng)計學意義(t=-5.061，P＜0.05)；對照組和觀察組的計劃治療時間分別為(560.8±76.1)s和(780.5±156.9)s，且差異具有統(tǒng)計學意義(t=-5.823，P＜0.05)。

3 討論

原發(fā)中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤絕大多數(shù)患者手術(shù)后需要進行放射治療，CSI由于照射范圍較廣，極大超出常規(guī)直線加速器放射治療射野范圍大小，常規(guī)加速器放射治療一般采用三維適形放射治療(three dimensional conformal radiation therapy，3D-CRT)或調(diào)強放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)計劃來進行多中心計劃設(shè)計[11]。由于單中心很難實現(xiàn)照射范圍覆蓋整個靶區(qū)，需要添加多個中心通過射野銜接來進行計劃設(shè)計，不可避免的帶來了射野銜接處冷熱點的出現(xiàn)。Tomo HD照射范圍是40 cm×160 cm，一次照射即可完成全中樞超長靶區(qū)的照射，且能夠保證靶區(qū)劑量均勻，有效解決了常規(guī)加速器治療射野銜接處劑量不均勻的問題[12]。Tomo HD具有高度的射線調(diào)制能力，能夠更好的對OAR進行保護。Tomo HD常規(guī)計劃設(shè)計可以通過手工添加“屏蔽區(qū)”或?qū)δ骋黄鞴僭O(shè)置射野全擋(complete)或半擋(directional)方式限制相應(yīng)區(qū)域射線的輸出，計劃執(zhí)行過程中通過閉合二元氣動光柵來實現(xiàn)對OAR的保護。但由于遮擋部分射線無法有效利用，使系統(tǒng)出束效率降低。在螺旋斷層調(diào)強技術(shù)基礎(chǔ)上推出的TD技術(shù)通過固定治療角度出束，通過MLC優(yōu)化來實現(xiàn)束流強度調(diào)制，射線利用率相對較高。

TD技術(shù)作為螺旋斷層放射治療技術(shù)的補充，最早在乳腺癌放射治療過程中體現(xiàn)了其特殊優(yōu)勢[13-16]。隨著臨床應(yīng)用不斷拓展，TD技術(shù)在其他腫瘤放射治療中的應(yīng)用被報道并推廣。杜樂輝等[17]對TD技術(shù)在中下段食管癌放射治療中的應(yīng)用進行分析，并與常規(guī)IMRT技術(shù)做比較，其結(jié)果顯示，TD技術(shù)在靶區(qū)劑量分布及對全肺的保護上具有明顯的優(yōu)勢，但計劃的實施效率相較于采用IMRT技術(shù)計劃略有下降。戴相昆等[18]對TD技術(shù)在非小細胞肺癌放射治療中的應(yīng)用做了研究，其結(jié)果顯示，相比于IMRT技術(shù)，在達到近乎相當?shù)陌袇^(qū)劑量分布基礎(chǔ)上，TD技術(shù)可以更好的保護健側(cè)肺、心臟以及脊髓等OAR。徐英杰等[8]對全腦全脊髓病例分別設(shè)計3野TD、5野TD及螺旋斷層三種治療計劃，其研究結(jié)果表明，5野TD計劃在臨床劑量學上有一定優(yōu)勢，能降低OAR低劑量區(qū)范圍，同時保證靶區(qū)劑量滿足要求。而對于女性患者卵巢保護的問題，20世紀90年代國內(nèi)就有學者提出其必要性，但由于女童患者卵巢位置確定困難，以及常規(guī)治療技術(shù)的限制，大多數(shù)單位在進行CSI過程中并未考慮對卵巢的保護[9]。

本研究中將CSI女性患者卵巢區(qū)域保護作為重點，比較了螺旋斷層放射治療系統(tǒng)兩種不同計劃方式的劑量學差異，其研究結(jié)果顯示，下段采用TD左右對穿技術(shù)的觀察組計劃相比單純應(yīng)用螺旋斷層調(diào)強技術(shù)的對照組計劃能更好的限制卵巢區(qū)域最大劑量，進而有效保護女性CSI患者卵巢功能，在特定計劃設(shè)計中有其獨特優(yōu)勢。但由于觀察組計劃的下段靶區(qū)采用了左右對穿的TD方式，因此其靶區(qū)適形度明顯較低。而對照組計劃在設(shè)計過程中為實現(xiàn)對卵巢區(qū)域最大可能的保護采取了添加遮擋屏蔽的限制，一定程度上造成靠近卵巢區(qū)域部分靶區(qū)劑量不足的情況。而觀察組計劃上段靶區(qū)均采用了螺旋斷層旋轉(zhuǎn)照射的治療方式，因此所涉及OAR與對照組計劃相差不大，均能滿足臨床劑量限制要求。

TD技術(shù)在女性卵巢保護計劃中發(fā)揮了重要作用，但對于靶區(qū)兩側(cè)由于左右對穿所帶來的正常組織受照劑量明顯增加的問題應(yīng)該予以關(guān)注。同時由于觀察組計劃采用分段照射方式，在治療實施過程中，需進行兩次MVCT掃描來保證治療精度，因此建議在縱軸方向取相同校準值，以盡可能降低由于體位誤差帶來的實施劑量疊加不確定性。

TD技術(shù)是一種引入臨床的新型治療技術(shù)，其應(yīng)用對于女性CSI卵巢保護患者計劃體現(xiàn)出一定優(yōu)勢，而分段式計劃方式為女性CSI患者提供了一種新選擇。