VMAT旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)多中心照射技術(shù)在全腦全中樞放療中的應(yīng)用

張懷文 鐘曉鳴 胡海芹 洪 潮

全腦全脊髓放射治療或全腦全中樞放射治療主要適用于惡性程度高、易發(fā)生腦脊液播散的中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的治療[1]。其適應(yīng)癥主要包括髓母細(xì)胞瘤、生殖細(xì)胞瘤、分化差的惡性室管膜母細(xì)胞瘤、中樞神經(jīng)系統(tǒng)惡性淋巴瘤、中樞神經(jīng)系統(tǒng)白血病等[2]。此類病變好發(fā)于兒童及青少年，大多對(duì)放射線敏感，全腦全脊髓放療常作為其標(biāo)準(zhǔn)治療方案[3]。常規(guī)和靜態(tài)調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)主要弊端為患者靶區(qū)劑量均勻性差、照射野長(zhǎng)度不夠且射野銜接處易出現(xiàn)劑量冷、熱點(diǎn)[4]。本研究將VMAT旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)多中心照射技術(shù)應(yīng)用于我院全腦全中樞放療中，從患者的靶區(qū)劑量分布適形度和均勻性及心臟、肺、晶體等重要危及器官受量等方面探討其治療計(jì)劃優(yōu)缺點(diǎn)，希望為臨床選擇最佳治療計(jì)劃進(jìn)行推廣提供科學(xué)參考依據(jù)。現(xiàn)將主要的結(jié)果報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 病例選擇

隨機(jī)選取2018年1月至2020年12月我院放療中心收治全腦全中樞放療患者10例，其中男性9例，女性1例，年齡6～21歲，中位年齡13歲。所有患者無(wú)精神障礙和精神疾病，有較好的自控能力，心肺功能基本正常，均無(wú)放療禁忌癥。

1.2 體位固定和CT掃描

患者取仰臥位平躺于科萊瑞迪卡條式放療多功能一體架后確?；颊吆粑〞常紫仍谕呃锇渤Ｒ?guī)Acuity模擬定位機(jī)下進(jìn)行透視和調(diào)整，使兩側(cè)外耳孔重合，整個(gè)脊髓、頭顱矢狀面保持在同一體中線上。患者頭頸部使用熱塑面罩固定，體部予以熱塑性U型體罩固定，雙手自然垂放身體兩側(cè)，下肢伸直自然平放，體中線與床長(zhǎng)軸一致。由于照射范圍過(guò)長(zhǎng)，所以采用多個(gè)中心的定位方法，在頭部“十”字及脊髓野各中心貼鉛珠標(biāo)記。同時(shí)，按照仰臥位三個(gè)等中心定位方法，確定三組標(biāo)記點(diǎn)，并貼鉛珠標(biāo)記?；颊咂届o呼吸下經(jīng)西門子SOMATOM Definition AS20排大孔徑螺旋4DCT進(jìn)行CT定位圖像掃描，掃描范圍從頭頂上方1 cm開(kāi)始至腰椎S4下緣截止。頭部掃描層厚為3 mm,其余位置掃描層厚為5 mm，掃描層間距設(shè)為3 mm，掃描結(jié)束后將CT模擬機(jī)患者定位圖像資料通過(guò)醫(yī)院專用放療局域網(wǎng)傳至瓦里安Ecalipse13.5放療計(jì)劃系統(tǒng)。

1.3 靶體積與危及器官勾畫(huà)

為了保持靶區(qū)勾畫(huà)的一致性，由同一資深專業(yè)放療醫(yī)師在放療計(jì)劃系統(tǒng)的醫(yī)生工作站根據(jù)ICRU第50、62號(hào)報(bào)告勾畫(huà)放射治療靶區(qū)。靶區(qū)范圍包括全顱腔和全椎管，然后立體外放5 mm邊界作為腫瘤計(jì)劃靶區(qū)體積(PTV)，靶區(qū)長(zhǎng)度一般約為60～80 cm。危及器官主要包括晶體、性腺、心臟、結(jié)腸、雙肺、雙腎、膀胱、肝臟、甲狀腺等。

1.4 計(jì)劃的設(shè)計(jì)和實(shí)施

物理師在三維放療計(jì)劃系統(tǒng)工作站根據(jù)放療醫(yī)師確認(rèn)的總計(jì)劃靶區(qū)進(jìn)行不同照射計(jì)劃設(shè)計(jì)。針對(duì)每位患者分別設(shè)計(jì)3套計(jì)劃，分別是3DCRT技術(shù)(Ⅰ)、3DCRT+IMRT技術(shù)(Ⅱ)與VMAT旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)多中心照射技術(shù)(Ⅲ)。采用瓦里安TrueBeam直線加速器6MV光子。每位患者3種治療計(jì)劃處方劑量為3600 cGy/18次，200 cGy/天，5次/周。3種治療計(jì)劃都將患者整個(gè)療程分為三段，每段都不改變射野中心位置，只改變射野照射范圍上下界，使得在每一個(gè)療程中，上下射野銜接位置發(fā)生變化，更好減少患者擺位誤差帶來(lái)的劑量影響。

3D-CRT計(jì)劃：全腦及上頸第六椎體以上部分采用等中心近水平對(duì)穿射野并旋轉(zhuǎn)小機(jī)頭方式消除高量設(shè)計(jì)計(jì)劃，而第六頸椎以下所有脊髓射野采用等中心1前2后野方式進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)。照射全腦的射野與照射脊髓上段射野利用照射半野鎖野技術(shù)進(jìn)行交接位置銜接，為更好的消除射野銜接處劑量冷熱點(diǎn)的出現(xiàn)，在脊髓上段射野和脊髓中段射野、脊髓中段射野和脊髓下端射野的射野銜接處利用正向設(shè)置小子野方式來(lái)防止銜接處劑量過(guò)高或過(guò)低。

3D-CRT+IMRT調(diào)強(qiáng)計(jì)劃：患者全腦靶區(qū)的照射野仍采用和3D-CRT計(jì)劃相近的平行對(duì)穿照射野設(shè)計(jì)，上脊髓段射野與全腦靶區(qū)照射野共用一個(gè)等中心，脊髓上段靶區(qū)射野長(zhǎng)度設(shè)置為不超過(guò)15 cm，其余所有脊髓靶區(qū)根據(jù)靶區(qū)長(zhǎng)度分2段，每段靶區(qū)射野長(zhǎng)度設(shè)為35 cm以內(nèi)，兩段脊髓段射野都采用4個(gè)野調(diào)強(qiáng)，機(jī)架角度分別設(shè)為0°、210°、150°和180°。各調(diào)強(qiáng)射野間交疊區(qū)范圍設(shè)為5 cm，且所有射野都不需旋轉(zhuǎn)治療床和準(zhǔn)直器角度。

VMAT旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)多中心照射計(jì)劃：整個(gè)多中心VMAT旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃共運(yùn)用6個(gè)全弧進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，頭部全腦靶區(qū)和兩段脊髓，三個(gè)部位各采用等中心設(shè)計(jì)兩道全弧，均采用Jaw跟隨模式，其中逆時(shí)針?lè)较驒C(jī)架角度為179°～181°，準(zhǔn)直器角度設(shè)置為0°～10°；順時(shí)針?lè)较驒C(jī)架角度為181°～179°，準(zhǔn)直器角度設(shè)置為0°～350°。射野交疊區(qū)范圍大小仍設(shè)置為5 cm左右。

1.5 劑量參數(shù)的獲取

利用3D劑量體積直方圖的相關(guān)劑量學(xué)數(shù)據(jù)，評(píng)估三種計(jì)劃在靶區(qū)總PTV及各危及器官的劑量參數(shù)值。

1.6 觀察指標(biāo)及計(jì)劃評(píng)估

根據(jù)體積劑量直方圖DVH比較3種照射計(jì)劃均勻性指數(shù)、適形度指數(shù)、靶區(qū)和相關(guān)正常組織體積劑量差異。頭部腫瘤靶區(qū)+全脊髓總計(jì)劃靶區(qū)的評(píng)價(jià)參數(shù)：①靶區(qū)平均劑量Dmean、最大劑量Dmax、最小劑量Dmin；②均勻性指數(shù)(HI)為最大劑量與處方劑量的比值，HI反應(yīng)靶區(qū)內(nèi)劑量的均勻性。計(jì)算公式為[5]：HI=D95%/D95%，其中、，分別表示5%、95%體積的腫瘤靶區(qū)所接受照射的最低劑量，其值越大表明PTV內(nèi)部劑量分布越不均勻。③適形度指數(shù)(CI)用來(lái)評(píng)價(jià)靶區(qū)與參考等劑量曲面的適形程度，計(jì)算公式為[6]：CI=(Vt,ref/Vt) ×(Vt,ref/Vref)，Vt,ref為95%的處方劑量所覆蓋計(jì)劃靶體積，Vt為總計(jì)劃靶體積，Vref為95%的劑量所覆蓋的所有體積，CI值為0～1，值越接近1，適形度越好。危及器官評(píng)價(jià)參數(shù)：串行危及器官主要分析最大劑量Dmax，并行危及器官比較其平均劑量及受到特定劑量水平照射的體積VD。[VX表示接受XGy照射的體積占整個(gè)體積的比例(%)]。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)內(nèi)劑量分布、HI、CI的比較

三種治療計(jì)劃的靶區(qū)平均劑量Dmean、最大劑量Dmax、最小劑量Dmin、靶區(qū)的均勻性指數(shù)(HI)和適形度指數(shù)(CI)見(jiàn)表l。從表1中可見(jiàn)，在滿足95%等劑量曲線對(duì)PTV的劑量覆蓋的前提下，常規(guī)CRT計(jì)劃靶區(qū)的最大劑量、最小劑量及平均劑量都顯著高于CRT+IMRT與VMAT計(jì)劃。VMAT計(jì)劃的靶區(qū)的均勻性指數(shù)HI(1.04±0.02)和適形度指數(shù)CI(0.89±0.03)最優(yōu)，而常規(guī)CRT計(jì)劃和CRT+IMRT兩者基本相當(dāng)，差別無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表1 3種計(jì)劃總靶區(qū)的劑量參數(shù)、均勻性指數(shù)和適形度指數(shù)情況

2.2 危及器官受照劑量和體積比較

晶體、視神經(jīng)、小腸等串行危及器官受照劑量對(duì)比：3種治療計(jì)劃的晶體、視神經(jīng)、小腸等串行危及器官的最大劑量受量見(jiàn)表2。VMAT計(jì)劃組晶體受量略高于3DCRT和CRT+IMRT組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。計(jì)劃Ⅰ的小腸所受照射的最大劑量要顯著高于計(jì)劃Ⅱ和Ⅲ。其余照射處三者間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表2 3種治療計(jì)劃串行危及器官受照劑量及劑量體積對(duì)比

甲狀腺、眼睛、肝臟、腮腺等并行危及器官受照平均劑量對(duì)比：3種治療計(jì)劃的甲狀腺、眼睛、肝臟、腮腺等并行危及器官的平均劑量受量見(jiàn)表3。計(jì)劃Ⅲ中甲狀腺平均劑量?jī)H為(1939.47±778.34)，顯著低于計(jì)劃Ⅰ和計(jì)劃Ⅱ，腮腺的平均劑量計(jì)劃Ⅰ(2385.53±684.51)最大，肝臟的平均劑量計(jì)劃Ⅱ(644.01±94.72)最低，眼睛平均受量三者之間差別沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表3 3種治療計(jì)劃甲狀腺、眼睛、肝臟、腮腺受照劑量及劑量體積對(duì)比

腎臟受照劑量體積對(duì)比：3種治療計(jì)劃腎臟接受照射劑量和受照體積參數(shù)如表4所示。計(jì)劃Ⅲ的腎臟所受照射的平均劑量略高于計(jì)劃Ⅰ和Ⅱ，計(jì)劃Ⅰ的腎臟在低劑量處V10接受的受照體積顯著高于計(jì)劃Ⅱ和Ⅲ，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。而在V20照射體積處三者間差異則沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表4 3種治療計(jì)劃腎臟受照劑量及劑量體積對(duì)比

肺受照劑量體積對(duì)比： 患者的3種治療計(jì)劃肺的劑量和受照體積參數(shù)見(jiàn)表5。計(jì)劃Ⅱ的肺受照平均劑量Dmean(521.96±141.92)較計(jì)劃Ⅰ和計(jì)劃Ⅲ略高；但肺接受的低劑量照射體積V10計(jì)Ⅱ(15.03±8.32)和Ⅲ(21.15±8.53)則明顯小于計(jì)劃I，而肺的最大劑量、最小劑量及高劑量照射體積V20、V30處三者之間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

表5 3種治療計(jì)劃肺受照劑量及劑量體積對(duì)比

心臟受照劑量體積對(duì)比：患者的3種治療計(jì)劃肺

的劑量和受照體積參數(shù)見(jiàn)表6。計(jì)劃Ⅲ的心臟受照最大劑量(2305.01±395.45)和平均劑量(1000.37±364.59)顯著低于計(jì)劃Ⅰ和計(jì)劃Ⅱ。計(jì)劃Ⅲ的心臟高劑量區(qū)域V20(1.39±2.51)接受的受照體積也大幅低于計(jì)劃Ⅰ和Ⅱ，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z值分別為：-2.402，-2.046，-2.491；P均<0.05)。而在心臟接受的最小劑量和低劑量照射區(qū)域V10處三者差異不明顯，沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

表6 3種治療計(jì)劃心臟受照劑量及劑量體積對(duì)比

3 討論

全腦全中樞的放療技術(shù)已從二維放療發(fā)展到三維適形放療技術(shù)、靜態(tài)調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)，直到現(xiàn)在更為先進(jìn)的容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)技術(shù)和螺旋斷層放療技術(shù)。但放射治療的照射劑量不夠或者照射野范圍不足是造成其復(fù)發(fā)的主要原因[7]。怎樣設(shè)計(jì)照射野劑量計(jì)算點(diǎn)位置、各個(gè)照射野銜接方式及如何大幅減輕全腦全中樞放療遠(yuǎn)期不良反應(yīng)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)一直是研究的熱點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題。

莊小勇等對(duì)65例中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤患者應(yīng)用三維適形計(jì)劃進(jìn)行全腦全中樞計(jì)劃設(shè)計(jì)，研究發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)二維照射模式相比三維計(jì)劃可在一定程度上降低患者的劑量冷熱點(diǎn)[8]。楊海芳等采用全身定位體架配合頭頸肩模和體膜固定的IMRT技術(shù)設(shè)計(jì)全腦全脊髓放療計(jì)劃顯示可明顯改善射野銜接處的劑量分布[9]。徐韜等將全腦野與胸脊髓野以半束野與全束野進(jìn)行銜接，避免了冷熱點(diǎn)問(wèn)題[10]。楊波等對(duì)12例全腦全脊髓照射患者采用腰骶射野轉(zhuǎn)床90°+全腦野半野照射技術(shù)進(jìn)行患者計(jì)劃設(shè)計(jì)[11]。張偉等應(yīng)用3DCRT與3野、5野sIMRT計(jì)劃進(jìn)行比較研究，結(jié)果顯示調(diào)強(qiáng)計(jì)劃腫瘤靶區(qū)劑量分布均勻性、危及器官保護(hù)等方面均好于3DCRT計(jì)劃[12]。褚俊峰等比較固定野調(diào)強(qiáng)放療與三維適形放療在全中樞神經(jīng)系統(tǒng)放療中的劑量學(xué)差異發(fā)現(xiàn)IMRT 計(jì)劃明顯提高了靶區(qū)的劑量學(xué)指標(biāo)，正常組織和危及器官的高劑量受照體積大大減少[13]。楊玉剛等研究發(fā)現(xiàn)3DCRT+IMRT射野銜接技術(shù)的計(jì)劃設(shè)計(jì)可以很好地應(yīng)用于兒童CSI，并在正常組織的保護(hù)上有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)[14]。謝秋英等研究顯示采用調(diào)強(qiáng)射野疊加優(yōu)化技術(shù)可明顯改善靶區(qū)劑量適形度和均勻性，并能有效減小擺位誤差對(duì)銜接區(qū)域劑量的影響[15]。向東華等對(duì)兒童顱內(nèi)高分級(jí)室管膜瘤的術(shù)后患者進(jìn)行全中樞神經(jīng)系統(tǒng)放療研究發(fā)現(xiàn)可顯著提高患兒生存率[16]。YOM等通過(guò)手工設(shè)置多個(gè)“野中野”正向調(diào)強(qiáng)方式羽化銜接線法，有效地降低銜接區(qū)域脊髓的分次高量[17]。Lee等比較容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)技術(shù)與傳統(tǒng)放射治療在全腦全中樞放射治療中的劑量一致性和計(jì)劃靶體積均勻性、危及器官劑量發(fā)現(xiàn)VMAT計(jì)劃具有顯著優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也會(huì)相應(yīng)增加患者低劑量照射區(qū)域范圍[18]。Fogliata等報(bào)道了多個(gè)治療中心運(yùn)用VMAT旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)技術(shù)治療全腦全中樞患者的情況，總結(jié)分析后發(fā)現(xiàn)VMAT計(jì)劃適形度更好，患者總治療時(shí)間更短，且對(duì)危及器官保護(hù)更理想[19]。

本研究將VMAT旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)多中心照射技術(shù)與傳統(tǒng)3D-CRT、3D-CRT+靜態(tài)調(diào)強(qiáng)照射技術(shù)相比較，確定VMAT計(jì)劃的臨床劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)。研究結(jié)果表明：在滿足95%等劑量曲線對(duì)患者整個(gè)PTV靶區(qū)劑量覆蓋的前提下，三種治療計(jì)劃均能夠很好的滿足臨床治療計(jì)劃的需要。但常規(guī)CRT計(jì)劃靶區(qū)的最大劑量、最小劑量及平均劑量都顯著高于CRT+IMRT與VMAT計(jì)劃，常規(guī)三維適形計(jì)劃由于射野銜接困難，雖解決部分劑量冷熱點(diǎn)問(wèn)題，但整體靶區(qū)劑量均勻性及適形度仍較差，尤其是眼球中間篩竇區(qū)劑量欠量嚴(yán)重。VMAT計(jì)劃的靶區(qū)均勻性指數(shù)和適形度指數(shù)顯著優(yōu)于常規(guī)CRT計(jì)劃和CRT+IMRT計(jì)劃。對(duì)危及器官受照劑量保護(hù)上來(lái)說(shuō)：VMAT計(jì)劃組晶體受量略高于3DCRT和CRT+IMRT組，但總體劑量完全滿足臨床需要，而這可能是由于旋轉(zhuǎn)照射射野角度相對(duì)較多造成一定散射、漏射導(dǎo)致。3DCRT計(jì)劃小腸所受照射最大劑量顯著高于計(jì)劃Ⅱ和Ⅲ。VMAT計(jì)劃甲狀腺平均劑量(1939.47±778.34)顯著低于計(jì)劃Ⅰ和計(jì)劃Ⅱ，因?yàn)槭亲笥覍?duì)穿照射，故CRT計(jì)劃對(duì)患者腮腺保護(hù)不夠理想。VMAT計(jì)劃腎臟所受照射平均劑量(619.36±181.40)略高于計(jì)劃Ⅰ(595.39±112.20)和Ⅱ(355.57±87.80)。計(jì)劃Ⅱ肺受照平均劑量Dmean(521.96±141.92)較計(jì)劃Ⅰ和計(jì)劃Ⅲ略高；但肺接受低劑量照射體積V10計(jì)劃Ⅱ(15.03±8.32)和Ⅲ(21.15±8.53)則明顯小于計(jì)劃Ⅰ。計(jì)劃Ⅲ心臟受照最大劑量(2305.01±395.45)、平均劑量(1000.37±364.59)及高劑量區(qū)域V20(1.39±2.51)都顯著低于計(jì)劃Ⅰ和計(jì)劃Ⅱ。

綜上，容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)多中心全腦全脊髓放療技術(shù)

可完美解決靶區(qū)劑量冷熱點(diǎn)問(wèn)題，大幅提高整個(gè)靶區(qū)內(nèi)劑量分布均勻性和適形度，并可有效解決常規(guī)3D-CRT或者靜態(tài)IMRT計(jì)劃危及器官超量、劑量驗(yàn)證通過(guò)率低、機(jī)器執(zhí)行時(shí)間漫長(zhǎng)等導(dǎo)致劑量不精確問(wèn)題。但VMAT技術(shù)也相對(duì)更加復(fù)雜相關(guān)研究仍比較欠缺，同時(shí)如何更好降低周圍正常組織低劑量受照劑量和體積，避免由于低劑量照射引起的二次致癌，還需要臨床放療進(jìn)一步研究[20]。