椎體多發(fā)轉(zhuǎn)移瘤放療中單射野中心技術(shù)的應(yīng)用研究

陳 穎，劉茹佳，焦 楊，鄭 剛，張偉鵬，李韻秋，鐘志鵬

（荊門市第二人民醫(yī)院腫瘤防治中心，湖北荊門448000）

0 引言

椎體是惡性腫瘤發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的最常見(jiàn)部位之一，椎體轉(zhuǎn)移瘤會(huì)導(dǎo)致患者出現(xiàn)疼痛，嚴(yán)重影響患者的生存質(zhì)量[1]。放療可抑制或殺死腫瘤細(xì)胞，具有顯著的鎮(zhèn)痛效果，同時(shí)可降低病理性骨折和脊髓壓迫等癥狀的發(fā)生概率[2-3]。在椎體轉(zhuǎn)移瘤的放療中，可采取普通放療（radiation therapy，RT）、三維適形放療（3-dimensional conformal radiation therapy，3D-CRT）、調(diào)強(qiáng)放療（intensity modulated radiation therapy，IMRT）、容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療（volume modulated arc therapy，VMAT）等技術(shù)[4-5]。IMRT 在保證靶區(qū)劑量覆蓋的同時(shí)，可將靶區(qū)周圍危及器官的受照劑量控制在臨床可接受范圍內(nèi)，從而廣泛地應(yīng)用于椎體轉(zhuǎn)移瘤的放療中[6]。

醫(yī)用直線加速器的初級(jí)準(zhǔn)直器由X方向（患者左右方向）鉛門和Y方向（患者頭腳方向）鉛門構(gòu)成，其中X、Y方向鉛門均由兩側(cè)構(gòu)成，分別為X1、X2和Y1、Y2。Elekta Precise 型醫(yī)用直線加速器限制了鉛門的運(yùn)動(dòng)范圍，其中Y方向一側(cè)鉛門不能跨過(guò)射野中心并向另一側(cè)運(yùn)動(dòng)。采用Elekta Precise 型設(shè)備設(shè)計(jì)頭腳方向分布的多靶區(qū)IMRT 計(jì)劃時(shí)，若設(shè)置多射野中心，在治療時(shí)放療技師需多次進(jìn)入機(jī)房擺位，使治療時(shí)間延長(zhǎng)。這不僅增加了放療技師的工作負(fù)擔(dān)，還加重了患者因長(zhǎng)時(shí)間保持同一體位帶來(lái)的不適感。因此，本研究提出單射野中心技術(shù)，通過(guò)比較雙射野中心IMRT 計(jì)劃與單射野中心IMRT 計(jì)劃的區(qū)別，探討該技術(shù)在椎體多發(fā)轉(zhuǎn)移瘤放療中的可行性，為臨床應(yīng)用提供參考。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取2017年10月至2019年5月于本院行椎體多發(fā)轉(zhuǎn)移瘤IMRT 的患者10 例，所選患者腰、背部有劇烈痛感，經(jīng)影像學(xué)檢查診斷均為惡性腫瘤椎體多發(fā)轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移部位中均有2 個(gè)非連續(xù)靶區(qū)，無(wú)放療禁忌證。10 例椎體多發(fā)轉(zhuǎn)移瘤患者特征詳見(jiàn)表1。

表1 10 例椎體多發(fā)轉(zhuǎn)移瘤患者特征

1.2 定位方式和靶區(qū)及危及器官勾畫

10例患者以重復(fù)性強(qiáng)為原則取仰臥位，用熱塑體膜固定體位，熱塑體膜通過(guò)限位孔固定于碳纖維治療床，雙手置于體側(cè)。采用GE Lightspeed 64 排螺旋CT 采集患者影像資料，層厚0.5 cm，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至CMS XiO 4.80 計(jì)劃系統(tǒng)。參考ICRU 62 號(hào)文件，由同一臨床經(jīng)驗(yàn)豐富的腫瘤醫(yī)師在Focal 上勾畫臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV），上段靶區(qū)命名為CTV1，下段靶區(qū)命名為CTV2，CTV1、CTV2分別外擴(kuò)0.5 cm 為計(jì)劃靶區(qū)（planning target volume，PTV），分別為PTV1、PTV2，PTV1、PTV2均不包括肺組織，且內(nèi)縮至皮膚下0.3 cm。同時(shí)勾畫危及器官雙側(cè)肺、脊髓、心臟、雙側(cè)腎臟等。

1.3 IMRT 計(jì)劃設(shè)計(jì)方法

基于醫(yī)科達(dá)Precise 醫(yī)用直線加速器與CMS XiO 4.80 計(jì)劃系統(tǒng)，對(duì)每例患者設(shè)計(jì)2種共面IMRT 計(jì)劃：雙射野中心IMRT 計(jì)劃（plan-1）和單射野中心IMRT計(jì)劃（plan-2），2種計(jì)劃劑量率均為600 MU/min，計(jì)算網(wǎng)格大小均為0.3 cm，PTV 處方劑量均為4 000 cGy/20f。

IMRT 計(jì)劃設(shè)計(jì)方法如下：plan-1 設(shè)置10 個(gè)射野，PTV1、PTV2射野角度均為180、160、140、220、200°，準(zhǔn)直器角度均為0°，雙射野中心分別近似位于PTV1、PTV2的幾何中心；plan-2 設(shè)置10 個(gè)射野，射野角度與plan-1 相同，準(zhǔn)直器角度均為90°，單射野中心近似位于PTV1與PTV2整體的幾何中心。2種IMRT計(jì)劃準(zhǔn)直器類型選擇多葉光柵（multi-leaf collimator，MLC），MLC 外放邊界為0.6 cm。各射野角度依據(jù)患者輪廓差異而微調(diào)，其中1 例患者2種計(jì)劃140°射野的射野方向觀視（beam eyes view，BEV）如圖1、2 所示。2種IMRT 計(jì)劃均設(shè)置2 個(gè)限量環(huán)[7]，光子通量運(yùn)算后未達(dá)處方劑量的區(qū)域采用局部提量方法改善劑量分布[8]，子野分割算法均使用Sliding Window 運(yùn)算方式，相關(guān)參數(shù)為默認(rèn)參數(shù)。

圖1 某患者雙射野中心計(jì)劃140°射野的BEV

1.4 IMRT 計(jì)劃評(píng)估

使用劑量體積直方圖（dose volume histogram，DVH）評(píng)估計(jì)劃。為了便于評(píng)價(jià)，要求≥95%的PTV1、PTV2體積被處方劑量覆蓋，靶區(qū)的熱點(diǎn)劑量與冷點(diǎn)劑量不超過(guò)處方劑量的±7%。參考ICRU 83 號(hào)報(bào)告，評(píng)估PTV1、PTV2的劑量學(xué)參數(shù)：D2%（D2%為2%PTV體積的受照劑量，以此類推）；平均劑量Dmean；D98%；靶區(qū)覆蓋率V100%（處方劑量包繞的靶體積與靶體積之比）；靶區(qū)適形度指數(shù)（conformity index，CI），CI=（VTref/VT）×（VTref/Vref），其中，VTref為參考等劑量線所包繞的靶體積，VT為靶體積，Vref為參考等劑量線所包繞的體積，CI 值介于0～1，CI 值越接近于1，說(shuō)明靶區(qū)適形度越好；靶區(qū)均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI），HI=（D2%－D98%）/D50%，HI 值越小，說(shuō)明靶區(qū)均勻性越好。

危及器官劑量學(xué)參數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：雙側(cè)肺V5＜40%（V5為500 cGy 劑量線所包繞的體積，以此類推）、V20＜15%、Dmean＜800 cGy；脊髓最大劑量Dmax＜4 250 cGy；心臟Dmean＜1 000 cGy；雙側(cè)腎臟V10＜10%、Dmean＜800 cGy。

治療參數(shù)比較：統(tǒng)計(jì)并比較2種IMRT 計(jì)劃的機(jī)器跳數(shù)、子野個(gè)數(shù)、出束時(shí)間（包括機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間及MLC 運(yùn)動(dòng)時(shí)間）及擺位時(shí)間。

圖2 某患者（與圖1 為同一患者）單射野中心計(jì)劃140°射野的BEV

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

各計(jì)量數(shù)據(jù)均以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，采用SPSS 18.0 軟件對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。組間數(shù)據(jù)比較前行正態(tài)性檢驗(yàn)和方差齊性檢驗(yàn)，若服從正態(tài)分布且方差齊，則采用配對(duì)t檢驗(yàn)；反之則采用曼-惠特尼U檢驗(yàn)。P＜0.05 為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量分布

2種計(jì)劃靶區(qū)劑量分布均能滿足臨床要求，且2種計(jì)劃靶區(qū)D2%、Dmean、D98%、V100%、CI 及HI 均相當(dāng)，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），相關(guān)劑量學(xué)參數(shù)見(jiàn)表2、3，其中1 例患者的DVH 比較如圖3 所示。

表2 2種計(jì)劃PTV1 劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

計(jì)劃名稱 D2%/cGy Dmean/cGy D98%/cGy V100%/% CI HI plan-1 4 207.5±22.6 0.080±0.014 plan-2 4 215.3±21.7 4 120.6±23.9 3 950.1±33.2 95.55±0.47 0.842±0.038 0.079±0.012 P 0.268 0.336 0.401 0.271 0.088 0.467 4 092.5±19.8 3 969.0±23.5 96.11±0.52 0.861±0.013

表3 2種計(jì)劃PTV2 劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

計(jì)劃名稱 D2%/cGy Dmean/cGy D98%/cGy V100%/% CI HI plan-1 4 211.6±20.2 0.079±0.019 plan-2 4 210.0±18.8 4 119.7±20.5 3 955.5±23.0 95.88±0.69 0.850±0.047 0.079±0.020 P 0.319 0.442 0.461 0.259 0.092 0.502 4 096.8±20.5 3 958.0±18.7 96.27±0.88 0.851±0.033

圖3 某患者（與圖1、2 為同一患者）2種計(jì)劃DVH 比較

2.2 危及器官劑量學(xué)參數(shù)比較

2種計(jì)劃危及器官劑量學(xué)參數(shù)見(jiàn)表4。由表4 可知，2種計(jì)劃危及器官劑量學(xué)參數(shù)均滿足要求，且2種計(jì)劃雙側(cè)肺V20、脊髓Dmax、心臟Dmean、雙側(cè)腎臟V10均相當(dāng)，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。plan-2 雙側(cè)肺V5、Dmean，雙側(cè)腎臟Dmean均比plan-1 低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

表4 2種計(jì)劃危及器官劑量學(xué)參數(shù)比較

2.3 治療參數(shù)比較

2種計(jì)劃?rùn)C(jī)器跳數(shù)、子野個(gè)數(shù)、出束時(shí)間（包括機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間及MLC 運(yùn)動(dòng)時(shí)間）及擺位時(shí)間見(jiàn)表5。由表5 可知，2種計(jì)劃?rùn)C(jī)器跳數(shù)、子野個(gè)數(shù)及出束時(shí)間（包括機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間）均相當(dāng)，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。plan-2 擺位時(shí)間明顯少于plan-1，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

表5 2種計(jì)劃治療參數(shù)比較

3 討論

椎體是分期較晚惡性腫瘤常見(jiàn)的轉(zhuǎn)移部位，以多發(fā)轉(zhuǎn)移最為常見(jiàn)。椎體多發(fā)轉(zhuǎn)移瘤患者一般表現(xiàn)為頑固性疼痛，并伴隨身體虛弱、脊髓壓迫等嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量的臨床癥狀[9]。IMRT 由于其劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)而被廣泛地應(yīng)用于椎體轉(zhuǎn)移瘤的治療。疼痛癥狀使患者在接受放療時(shí)難以長(zhǎng)時(shí)間保持同一體位[10]，因此在保證靶區(qū)劑量覆蓋的同時(shí)盡可能降低危及器官受照劑量，并盡量縮短治療時(shí)間是椎體多發(fā)轉(zhuǎn)移瘤放療中重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

出于縮短治療時(shí)間與優(yōu)化IMRT 計(jì)劃設(shè)計(jì)方法的目的，本研究提出單射野中心技術(shù)。研究結(jié)果顯示：多射野中心和單射野中心IMRT 計(jì)劃靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)中的D2%、Dmean、D98%、V100%、CI 及HI 均相當(dāng)，危及器官中的雙側(cè)肺V20、脊髓Dmax、心臟Dmean及雙側(cè)腎臟V10亦相當(dāng)，治療參數(shù)中的機(jī)器跳數(shù)、子野個(gè)數(shù)及出束時(shí)間（包括機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間及MLC 運(yùn)動(dòng)時(shí)間）亦無(wú)明顯差異；差異體現(xiàn)在危及器官中的雙側(cè)肺V5、Dmean，雙側(cè)腎臟Dmean及治療參數(shù)中的擺位時(shí)間，其中，plan-2 雙側(cè)肺V5、Dmean，雙側(cè)腎臟Dmean分別比plan-1 下降41.8%、18.7%和32.8%，plan-2 擺位時(shí)間比plan-1 縮短53.1%。王瀾等[11]、Willner 等[12]報(bào)道肺的受照體積與受照劑量密切影響放射性肺損傷的程度，放射性腎損傷的概率亦與腎臟的受照體積與受照劑量呈正比關(guān)系[13-14]。本研究中plan-2在保證靶區(qū)劑量覆蓋的同時(shí)盡可能降低了雙側(cè)肺V5、Dmean，雙側(cè)腎臟Dmean，符合放療保護(hù)危及器官的原則；縮短擺位時(shí)間有利于提高治療效率，在一定程度上減輕患者因長(zhǎng)時(shí)間保持固定體位帶來(lái)的不適感。

IMRT 計(jì)劃將射野分割為若干個(gè)子野，再通過(guò)滑窗技術(shù)實(shí)現(xiàn)放療。本研究中plan-2 準(zhǔn)直器轉(zhuǎn)動(dòng)90°，在子野通過(guò)滑窗技術(shù)執(zhí)行時(shí)，MLC 運(yùn)動(dòng)方向（X方向）由患者左右方向變?yōu)楦贡撤较?；Y方向鉛門固定在特定位置，有效降低了plan-1 中MLC 沿患者左右方向運(yùn)動(dòng)時(shí)MLC 之間漏射線對(duì)雙側(cè)肺、雙側(cè)腎臟的影響[15]，這可能是plan-2 部分危及器官劑量學(xué)參數(shù)大幅度降低的原因。此外，plan-2 為單射野中心IMRT 計(jì)劃，單次治療使放療技師只需擺位一次，治療過(guò)程中無(wú)需再次進(jìn)入機(jī)房，從而達(dá)到縮短治療時(shí)間與優(yōu)化IMRT 計(jì)劃設(shè)計(jì)方法的目的。

醫(yī)科達(dá)醫(yī)用直線加速器眾多舊機(jī)型（如Elekta Precise）鉛門運(yùn)動(dòng)范圍為：-12.5 cm≤X≤20 cm（即一側(cè)鉛門能跨過(guò)射野中心并向另一側(cè)運(yùn)動(dòng)12.5 cm），0 cm≤Y≤20 cm（即一側(cè)鉛門不能跨過(guò)射野中心并向另一側(cè)運(yùn)動(dòng)）。當(dāng)患者頭腳方向分布多個(gè)靶區(qū)時(shí)，采用上述設(shè)備設(shè)計(jì)放療計(jì)劃，若設(shè)置多射野中心，治療過(guò)程中需多次進(jìn)入機(jī)房更換治療床位置，不利于縮短治療時(shí)間；若設(shè)置單射野中心，由于Y方向的鉛門不能跨過(guò)射野中心，在不轉(zhuǎn)動(dòng)準(zhǔn)直器的情形下，會(huì)在靶區(qū)以外的區(qū)域留有一條1 cm 寬的縫隙（MLC 不能完全閉合），產(chǎn)生不必要的漏射線。由于X方向一側(cè)鉛門能跨過(guò)射野中心并向另一側(cè)運(yùn)動(dòng)僅12.5 cm，若射野中心與靶區(qū)最遠(yuǎn)端距離超過(guò)12.5 cm，便會(huì)限制子野分割。本研究提出的單射野中心技術(shù)是基于將準(zhǔn)直器轉(zhuǎn)動(dòng)90°和X方向鉛門能跨過(guò)射野中心并向另一側(cè)運(yùn)動(dòng)12.5cm 實(shí)現(xiàn)的，受限于X方向鉛門的運(yùn)動(dòng)范圍，運(yùn)用單射野中心技術(shù)時(shí)，射野中心與靶區(qū)最遠(yuǎn)端距離不能超過(guò)12.5 cm。此外，單射野中心技術(shù)的運(yùn)用要求放療物理師在設(shè)計(jì)IMRT 計(jì)劃時(shí)具備預(yù)判MLC 運(yùn)動(dòng)范圍的經(jīng)驗(yàn)，在射野中心與靶區(qū)最遠(yuǎn)端距離接近12.5 cm 的條件下謹(jǐn)慎運(yùn)用該技術(shù)，否則，MLC 頻繁運(yùn)動(dòng)到極限位置可能導(dǎo)致醫(yī)用直線加速器故障率增大。因此，在運(yùn)用單射野中心技術(shù)時(shí)，應(yīng)權(quán)衡包括靶區(qū)和危及器官劑量學(xué)參數(shù)、治療參數(shù)及設(shè)備性能在內(nèi)的各項(xiàng)因素，以期在今后的研究中找到平衡點(diǎn)。

本研究運(yùn)用單射野中心技術(shù)，有效降低了椎體多發(fā)轉(zhuǎn)移瘤放療中雙側(cè)肺和雙側(cè)腎臟的部分劑量學(xué)參數(shù)，并大幅度縮短了擺位時(shí)間，建議在椎體多發(fā)轉(zhuǎn)移瘤放療中適當(dāng)?shù)剡\(yùn)用本技術(shù)。對(duì)于其他部位的多靶區(qū)放療，在滿足本技術(shù)適用條件的情況下，亦可考慮運(yùn)用本技術(shù)。