腦轉(zhuǎn)移瘤同期加量混合調(diào)強(qiáng)放療與調(diào)強(qiáng)放療的劑量學(xué)比較

曾嶸，陳鵬，王杰，姜琦，王尚虎，閔旭紅

安徽省胸科醫(yī)院腫瘤放療科，安徽合肥230022

前言

約30%的癌癥患者可能發(fā)生腦轉(zhuǎn)移，過去幾十年對(duì)腦轉(zhuǎn)移瘤有效的放療手段有全腦放療（Whole-Brain Radiotherapy,WBRT）［1-2］、放療手術(shù)（Stereotactic Radiosurgery,SRS）或者兩者相結(jié)合［3-5］。研究表明對(duì)于腦轉(zhuǎn)移瘤，WBRT+SRS 相比單獨(dú)行WBRT 的患者可以獲得更長的中位生存期及局部控制率［6］。但是，在完成SRS后進(jìn)行WBRT之間會(huì)出現(xiàn)等待時(shí)間，在此間隙會(huì)出現(xiàn)亞致死腫瘤細(xì)胞的增值和修復(fù)，此外SRS 不具備多次分割中腫瘤細(xì)胞再氧合的優(yōu)勢(shì)［7］。

隨著放療技術(shù)的進(jìn)步，三維適形放療（Three-Dimensional Conformal Radiotherapy,3D-CRT）、調(diào)強(qiáng)放療（Intensity-Modulated Radiotherapy,IMRT）、旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療（Volumetric Modulate Arc Therapy,VMAT）等在全腦放療聯(lián)合局部同期加量（WBRT+SIB）方面已得到廣泛應(yīng)用［8-10］。WBRT+SIB 可以獲得良好的局部控制率，較好地保護(hù)危及器官；相較WBRT+SRS，WBRT+SIB 可以縮短全程放療時(shí)間，消除劑量疊加的不確定性［11］。盡管VMAT 在WBRT+SIB 的應(yīng)用中相對(duì)于3D-CRT以及IMRT有更好的靶區(qū)均勻性和適形度［12］，但是部分醫(yī)療機(jī)構(gòu)并不具備開展VMAT 的條件，3D-CRT 和IMRT 依然是目前最經(jīng)濟(jì)有效的選擇。IMRT 相較3D-CRT 有更好的靶區(qū)適形度，并能減少危及器官的受量［13］，但是3D-CRT 的劑量投遞效率更高［14］，因此兩者結(jié)合有望獲得更好的治療計(jì)劃。目前3D-CRT與IMRT聯(lián)合的混合調(diào)強(qiáng)技術(shù)（Hybrid-IMRT）已在乳腺放療中取得了良好的效果［15］。本研究旨在探討Hybrid-IMRT 在腦轉(zhuǎn)移瘤WBRT+SIB 方面的應(yīng)用，并對(duì)比分析其與IMRT 的劑量學(xué)差異。分別設(shè)計(jì)全腦使用3D-CRT、腦轉(zhuǎn)移瘤使用IMRT 的Hybrid-IMRT 計(jì)劃和單獨(dú)使用IMRT 的同期加量計(jì)劃，對(duì)兩種計(jì)劃的靶區(qū)適形度和均勻性、危及器官受量、機(jī)器跳數(shù)等方面進(jìn)行對(duì)比分析，試圖給出在技術(shù)條件受限的前提下更優(yōu)的計(jì)劃方案。

1 材料與方法

1.1 病例選擇

隨機(jī)選取2018年1月至2019年1月期間在安徽省胸科醫(yī)院進(jìn)行腦轉(zhuǎn)移瘤放療的20例患者。其中，男15例，女5例；年齡46～82 歲，平均年齡62.6 歲；體力狀態(tài)評(píng)分（KPS）均大于80。原發(fā)灶均來源于肺，其中肺腺癌17例，鱗癌3例。所有患者均通過頭顱磁共振掃描確診，其中單發(fā)11例，多發(fā)9例（2 個(gè)轉(zhuǎn)移灶6例，3 個(gè)轉(zhuǎn)移灶3例）；腦轉(zhuǎn)移瘤平均體積為26.9 cm3（5.2～105.0 cm3）；幕上13例，幕下3例，幕上加幕下4例。

1.2 體位固定及CT掃描

病人均采用仰臥位，雙手手掌朝上平放于身體兩側(cè)，用熱塑頭膜加碳纖維板固定患者。采用西門子大孔徑128 層螺旋CT 進(jìn)行掃描，層厚2 mm。掃描后的CT 圖像傳至Varian Eclipse 計(jì)劃系統(tǒng)，與MRI 圖像進(jìn)行融合。放療醫(yī)生逐層勾畫靶區(qū)和危及器官。顱內(nèi)可見轉(zhuǎn)移病灶定義為腫瘤靶區(qū)（GTV），沿顱骨內(nèi)緣至枕骨大孔的腦組織定義為臨床靶區(qū)（CTV）。CTV 外擴(kuò)3 mm 定義為計(jì)劃靶區(qū)（PTV），GTV 外擴(kuò)5 mm定義為計(jì)劃腫瘤靶區(qū)（PGTV）。

1.3 放療計(jì)劃制定

處方劑量給予PTV3 600 cGy/20 F，PGTV5 000 cGy/20 F。Hybrid-IMRT計(jì)劃使用3D-CRT技術(shù)兩野對(duì)穿給予PTV 3 600 cGy/20 F，使用IMRT技術(shù)給予PGTV 同期加量1 400 cGy/20 F，兩個(gè)計(jì)劃進(jìn)行疊加。IMRT計(jì)劃按照PTV、PGTV處方劑量給量。兩種計(jì)劃均達(dá)到臨床要求，危及器官均不超過正常限值。射線能量選擇6 MV X線，劑量率400 MU/min，計(jì)劃執(zhí)行機(jī)器為Varian23EX直線加速器。Hybrid-IMRT計(jì)劃中3D-CRT計(jì)劃設(shè)置90°、270°對(duì)穿野，同時(shí)IMRT計(jì)劃調(diào)整射野角度以達(dá)到計(jì)劃最優(yōu)。IMRT計(jì)劃的射野設(shè)置為5野均分，角度分別為180°、108°、36°、324°、272°。

1.4 計(jì)劃評(píng)價(jià)

兩組計(jì)劃均按處方劑量進(jìn)行歸一，然后分別對(duì)比靶區(qū)及危及器官的劑量學(xué)參數(shù)。

（1）靶區(qū)的劑量學(xué)參數(shù)包括靶區(qū)最大劑量（D2）、最小劑量（D98）、平均劑量（Dmean）、50%靶區(qū)體積劑量（D50）、靶區(qū)適形度指數(shù)（Conformity Index,CI）、均勻性指數(shù)（Homogeneity Index,HI）。CI 和HI 分別根據(jù)式（1）和式（2）計(jì)算。CI范圍為0～1，數(shù)值越接近1，代表靶區(qū)適形度越好；HI 范圍為0～1，數(shù)值越接近0，代表靶區(qū)均勻性越好。

其中，Vt,ref為處方劑量包繞的靶區(qū)體積；Vt為靶區(qū)體積；Vref為處方劑量包繞的體積；D2為2%靶區(qū)體積劑量；D98為98%靶區(qū)體積劑量；D50為50%靶區(qū)體積劑量。

（2）比較危及器官（腦干、視神經(jīng)、晶體、視交叉、眼球）的最大劑量（Dmax）和平均劑量（Dmean）。

（3）根據(jù)機(jī)器跳數(shù)來評(píng)估治療時(shí)間。機(jī)器跳數(shù)越少，治療時(shí)間越短。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 25.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。組間采用配對(duì)t檢驗(yàn)，P＜0.05 表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量評(píng)估

靶區(qū)相關(guān)的劑量學(xué)參數(shù)如表1所示，從表中可以看出兩組計(jì)劃均滿足臨床要求。圖1和圖2分別顯示了同一例患者的劑量分布圖和DVH 圖。IMRT 計(jì)劃的PTV、PGTV 適形度優(yōu)于Hybrid-IMRT 計(jì)劃（P＜0.05）。Hybrid-IMRT 計(jì)劃的PTV 的D2、Dmean、D50和PGTV 的D2、Dmean、D50均低于IMRT計(jì)劃，而且PGTV的均勻性也優(yōu)于IMRT計(jì)劃（P＜0.05）。其他參數(shù)比較均無顯著差異（P＞0.05）。

表1 靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較(± s)Tab.1 Comparison of dosimetric parameters of target areas(Mean±SD)

表1 靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較(± s)Tab.1 Comparison of dosimetric parameters of target areas(Mean±SD)

靶區(qū)PTV PGTV參數(shù)D2/Gy D98/Gy D50/Gy Dmean/Gy HI CI D2/Gy D98/Gy D50/Gy Dmean/Gy HI CI Hybrid-IMRT計(jì)劃49.100±2.200 36.600±0.800 39.300±1.500 40.000±1.300 0.317±0.050 0.720±0.043 51.900±0.900 50.200±0.100 51.100±0.500 51.100±0.500 0.033±0.015 0.581±0.108 IMRT計(jì)劃49.900±1.600 36.600±0.500 42.200±1.400 42.500±1.100 0.314±0.030 0.895±0.039 54.300±0.900 50.500±0.500 52.100±0.600 52.400±0.900 0.074±0.016 0.755±0.094 t值-2.767 0.470-7.672-8.251 0.439-17.192-13.738-2.018-8.051-6.666-14.168-7.291 P值0.012 0.963＜0.001＜0.001 0.666＜0.001＜0.001 0.058＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001

圖1 同一例患者Hybrid-IMRT計(jì)劃與IMRT計(jì)劃劑量分布對(duì)比圖Fig.1 Comparison of dose distribution between Hybrid-IMRT plan and IMRT plan for the same patient

圖2 同一例患者Hybrid-IMRT計(jì)劃和IMRT計(jì)劃的DVH圖對(duì)比Fig.2 Comparison of dose-volume histogram between Hybrid-IMRT plan and IMRT plan for the same patient

2.2 危及器官劑量評(píng)估

Hybrid-IMRT 計(jì)劃的腦干、視交叉、左右晶體的Dmax與Dmean，左右眼球的Dmean，左右視神經(jīng)的Dmax均低于IMRT 計(jì)劃。IMRT 計(jì)劃的左右視神經(jīng)Dmean、左右眼球Dmax低于Hybrid-IMRT計(jì)劃。詳見表2。

2.3 機(jī)器跳數(shù)評(píng)估

Hybrid-IMRT計(jì)劃的機(jī)器跳數(shù)為（1 099±108）MU，IMRT 計(jì)劃的機(jī)器跳數(shù)為（318±26）MU。Hybrid-IMRT 計(jì)劃的機(jī)器跳數(shù)相比于IMRT 計(jì)劃減少約70%（P＜0.001），因此Hybrid-IMRT 計(jì)劃的治療時(shí)間更短，更有利于病人在治療過程中保持相同體位，效率越高。

表2 危及器官劑量學(xué)參數(shù)比較(Gy, xˉ± s)Tab.2 Comparison of dosimetric parameters of organs-at-risk(Gy,Mean±SD)

3 討論

WBRT在腦轉(zhuǎn)移瘤的治療中有重要地位。如今，隨著技術(shù)的進(jìn)步，WBRT+SIB 已成為3個(gè)以下腦轉(zhuǎn)移瘤患者的常規(guī)治療模式。針對(duì)IMRT和3D-CRT在腦部腫瘤的應(yīng)用比較已有大量研究報(bào)道［16-19］。Hermanto 等［17］研究了IMRT 與3D-CRT 在腦膠質(zhì)瘤劑量學(xué)方面的比較，得出IMRT 有更好的靶區(qū)適形度以及能夠更好地保護(hù)正常腦組織。鄒喜等［18］研究腦轉(zhuǎn)移瘤同步加量使用3D-CRT 與IMRT 的劑量學(xué)比較，結(jié)果表明IMRT 有更好的適形度，危及器官受量并未有明顯差異。倪玲琴等［19］研究認(rèn)為，針對(duì)腦轉(zhuǎn)移瘤同步加量在2～3 個(gè)轉(zhuǎn)移瘤且無共層或3～4 個(gè)轉(zhuǎn)移瘤且有共層時(shí)，劑量學(xué)比較上3D-CRT 較優(yōu)。楊金磊等［14］對(duì)腦轉(zhuǎn)移瘤同步加量使用混合適形調(diào)強(qiáng)與調(diào)強(qiáng)進(jìn)行對(duì)比，認(rèn)為混合適形調(diào)強(qiáng)在劑量投遞方面有其特有的優(yōu)勢(shì)。

本研究的結(jié)果顯示IMRT計(jì)劃的適形度優(yōu)于Hybrid-IMRT計(jì)劃，因?yàn)镠ybrid-IMRT計(jì)劃是由3D-CRT計(jì)劃與IMRT計(jì)劃疊加而成，3D-CRT計(jì)劃提供了主要的靶區(qū)劑量，導(dǎo)致其適形度低于IMRT計(jì)劃。但是，Hybrid-IMRT計(jì)劃靶區(qū)均勻性優(yōu)于IMRT計(jì)劃，同時(shí)，Hybrid-IMRT計(jì)劃靶區(qū)Dmax、Dmean優(yōu)于IMRT計(jì)劃，尤其是PTV的D50和Dmean大大低于IMRT計(jì)劃，這說明Hybrid-IMRT計(jì)劃可減少PGTV以外的正常腦組織的受量。Hybrid-IMRT計(jì)劃大部分危及器官的Dmax、Dmean均低于IMRT計(jì)劃，尤其是左、右晶體的Dmax分別平均降低了36.2%、42.9%。但是IMRT計(jì)劃左右視神經(jīng)的Dmean以及左右眼球的Dmax更低，這是由于Hybrid-IMRT計(jì)劃中PTV的劑量是由左右兩野對(duì)穿使用3D-CRT技術(shù)完成，眼球與視神經(jīng)位于腦組織的凹陷處，劑量無法貼合靶區(qū)，導(dǎo)致眼球與視神經(jīng)的劑量變高。此外，Hybrid-IMRT計(jì)劃的機(jī)器跳數(shù)相比IMRT計(jì)劃減少了約70%，其治療時(shí)間大大少于IMRT計(jì)劃。

綜上所述，盡管IMRT 較3D-CRT 技術(shù)手段更加先進(jìn)，但是對(duì)于腦轉(zhuǎn)移瘤放療同步加量的計(jì)劃來說，IMRT 計(jì)劃除了靶區(qū)有更好的適形度以外，在危及器官受量、治療時(shí)間以及靶區(qū)的均勻性上都略遜于Hybrid-IMRT 計(jì)劃，尤其是Hybrid-IMRT 計(jì)劃對(duì)于保護(hù)正常腦組織具有更大的優(yōu)勢(shì)。但是，本研究只分析了3個(gè)以下腦轉(zhuǎn)移瘤的情況，當(dāng)轉(zhuǎn)移瘤數(shù)目進(jìn)一步增加時(shí)，Hybrid-IMRT 計(jì)劃是否還具備上述優(yōu)勢(shì)需進(jìn)一步研究。此外，腦轉(zhuǎn)移瘤位置也會(huì)影響劑量學(xué)參數(shù)，本次所選病例的腦轉(zhuǎn)移瘤位置隨機(jī)，后續(xù)工作將會(huì)分別對(duì)特定位置腦轉(zhuǎn)移瘤進(jìn)行更深入的討論。