全中樞多中心放療中鉛門(mén)固定與跟隨技術(shù)的應(yīng)用研究

蘇坤普，黃 霞，周德力，劉巖海，馬俊剛，耿明英

1.陸軍軍醫(yī)大學(xué)特色醫(yī)學(xué)中心腫瘤科（重慶 400042）；2.重慶大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院 腫瘤科（重慶 400042）

由于全中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤靶區(qū)較長(zhǎng)，直線加速器最大40 cm×40 cm 的射野限制無(wú)法包全整個(gè)靶區(qū)，所以常把全中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分為2～3段靶區(qū)進(jìn)行放射治療，但在射野銜接無(wú)法避免劑量冷熱點(diǎn)、靶區(qū)劑量分布不均勻的問(wèn)題[1-2]。劉志杰等[3]報(bào)道了在全腦全脊髓的放射治療中，全腦全脊髓多中心調(diào)強(qiáng)適形放射治療（intensity modulated radiation therapy，IMRT）相對(duì)與常規(guī)二維計(jì)劃可以獲得更優(yōu)的靶區(qū)劑量分布和更低的危及器官受量；鞠孟陽(yáng)等[4]研究發(fā)現(xiàn)全腦全脊髓調(diào)強(qiáng)放療時(shí)，射野重疊區(qū)大小設(shè)置在4～6 cm最佳；廖雄飛等[5]報(bào)道多中心容積弧形調(diào)強(qiáng)放射治療（volumetric-modu?lated arcRadiotherapy，VMAT）很好的解決了全中樞神經(jīng)腫瘤靶區(qū)銜接處劑量冷熱點(diǎn)的現(xiàn)象。另外有研究[6-7]表明IMRT采用鉛門(mén)跟隨和鉛門(mén)固定兩種技術(shù)，靶區(qū)和危及器官受量均能滿足臨床治療要求，而鉛門(mén)跟隨技術(shù)能更好地降低正常組織和危及器官的劑量照射。李成等[6]的研究顯示在鼻咽癌的計(jì)劃設(shè)計(jì)中，鉛門(mén)跟隨技術(shù)相較于鉛門(mén)固定技術(shù)可以降低多個(gè)危及器官的限值劑量和低劑量區(qū)。王艷菊等[8]就髓母細(xì)胞瘤調(diào)強(qiáng)計(jì)劃中AAA 算法與PBC 算法的對(duì)比研究，結(jié)果表明PBC 算法比AAA算法能夠更好地滿足臨床要求。但是對(duì)于多中心的IMRT、VMAT計(jì)劃及鉛門(mén)固定和跟隨技術(shù)在臨床上的應(yīng)用鮮有人研究。本文就全腦全脊髓放療的多中心IMRT、VMAT 計(jì)劃，分別采用鉛門(mén)固定或者鉛門(mén)跟隨技術(shù)，評(píng)估靶區(qū)和危及器官受照劑量、機(jī)器執(zhí)行效率進(jìn)行探索與比較，以期為臨床選擇不同的治療技術(shù)提供指導(dǎo)與參考。

1 資料與方法

1.1 一般臨床資料

隨機(jī)選擇2020年接受全中樞放療的患者14例，其中男性9 例，女性5 例，年齡4～25 歲，中位年齡9 歲。均首次治療，且無(wú)放療禁忌癥。本研究患者均知情同意，并通過(guò)醫(yī)院倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)。

1.2 治療計(jì)劃

1.2.1 定位圖像采集 所有患者均采取仰臥位，用頭頸肩一體板和熱塑膜做頭頸及體部的固定，在Philips Bigbore 16排多層螺旋大孔徑CT機(jī)上，進(jìn)行3 mm層厚增強(qiáng)掃描，定位掃描范圍自頭頂至坐骨結(jié)節(jié)，CT 圖像經(jīng)過(guò)DICOM傳輸至Elekta Monaco 5.11治療計(jì)劃系統(tǒng)。

1.2.2 治療計(jì)劃制定 由經(jīng)驗(yàn)豐富的放療主治醫(yī)生確定全中樞神經(jīng)腫瘤計(jì)劃靶區(qū)：全腦PTV1、頸胸段脊髓PTV2、腹部段脊髓PTV3。各段靶區(qū)的處方劑量均為36 Gy/20次，危及器官參考ICRU 83號(hào)報(bào)告定義分別勾畫(huà)了晶體、心臟、肺、腎臟等，其限制劑量參考常規(guī)照射正常組織耐受劑量[9]。采用Elekta Monaco 5.11治療計(jì)劃系統(tǒng)和Axesse 加速器8 MV X 射線模式分別制定多中心鉛門(mén)固定IMRT 技術(shù)（IMRT with multi-ISO centers and static jaw technique，IMRT-MISO-SJT）、多中心鉛門(mén)跟隨IMRT 技術(shù)（IMRT with multi-ISO centers and jaw tracking technique，IMRT-MISO-JTT）、多中心鉛門(mén)固定VMAT 技術(shù)（VMAT with multi-ISO centers and Static jaw technique，VMAT-MISO-SJT）、多中心鉛門(mén)跟隨VMAT技術(shù)（VMAT with multi-ISO centers and jaw track?ing technique，VMAT-MISO-JTT）這4 種治療計(jì)劃。4 組計(jì)劃設(shè)置相同的優(yōu)化目標(biāo)和約束條件，要求處方劑量至少包繞95%的靶區(qū)體積，處方劑量的110%所包繞的體積不得超過(guò)靶區(qū)體積的1%。PTV1、PTV2、PTV3的計(jì)劃等中心分別命名為ISO1、ISO2、ISO3，為減少治療過(guò)程中的移床操作可能造成的擺位誤差，三個(gè)中心的坐標(biāo)只在頭腳方向有差異，左右和腹背方向保持一致；4 組計(jì)劃靶區(qū)銜接處射野重疊4～5 cm。IMRT 計(jì)劃ISO1 射野角度分別設(shè)置為268°、82°、180°，ISO2、ISO3射野角度[10]分別設(shè)置為215°、0°、145°；VMAT計(jì)劃三個(gè)中心分別單獨(dú)設(shè)置一個(gè)beam兩個(gè)全弧。計(jì)劃分別設(shè)置field，選擇auto與fix field確定是否選擇鉛門(mén)跟隨模式。

1.2.3 計(jì)劃比較評(píng)估 比較4組計(jì)劃的劑量-體積直方圖（Dose-Volume Histogram，DVH）和等劑量分布，采用適形度指數(shù)（Conformity Index，CI）和均勻性指數(shù)（Ho?mogeneity Index，HI）評(píng)估靶區(qū)的劑量分布。評(píng)估公式：CI=（VT，ref/VT）×（VT，ref/Vref），其中，VT，ref為參考等劑量所包繞的靶區(qū)體積[11]，Vref為參考等劑量所包繞的體積，VT為靶區(qū)體積，這里參考等劑量取處方劑量。參考Elekta Monaco 5.11治療計(jì)劃系統(tǒng)定義HI=D5%/D95%，D5%為5%靶區(qū)體積對(duì)應(yīng)高劑量，D95%表示95%的靶區(qū)體積受到的照射劑量。CI的值為0～1，越接近1，表明靶區(qū)處方劑量線適形度越好；HI值大于1，其值越接近1，靶區(qū)均勻性越好，HI為1 是最佳理想情況。評(píng)估晶體最大劑量Dmax、左右肺V5%和平均劑量Dmean、心臟Dmean、左右腎臟Dmean、Body 的Dmean、500 cGy 低劑量區(qū)域體積、機(jī)器跳數(shù)的差異。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，采用配對(duì)t檢驗(yàn)進(jìn)行分析，P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量分布

對(duì)于所選取的14 例病例，4 組計(jì)劃的靶區(qū)劑量分布均能滿足臨床使用要求，且靶區(qū)Dmean、D2%及D98%四組計(jì)劃差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）；VMAT-MISO-SJT靶區(qū)處方劑量覆蓋率及靶區(qū)劑量適形度最好，與IMRT-MISO-SJT、IMRT-MISO-JTT差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），與VMAT-MISO-JTT差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）；VMAT-MISO-JTT靶區(qū)劑量均勻性最好，與IMRT-MISO-SJT 差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），但與IMRT-MISO-JTT及VMAT-MISO-SJT差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。鉛門(mén)固定與跟隨技術(shù)對(duì)IMRT 及VMAT計(jì)劃的靶區(qū)劑量分布無(wú)明顯影響，見(jiàn)表1。

表1 14例全腦全脊髓患者4種計(jì)劃靶區(qū)劑量各評(píng)估參數(shù)比較Table 1 Comparison of dosimetric parameters of target areas in 4 plans for 14 CSI patients

2.2 危及器官劑量分布

四組計(jì)劃的危及器官和正常組織劑量分布均達(dá)到臨床基本要求。在危及器官的保護(hù)上，IMRT-MISO-SJT左、右腎臟平均劑量，與VMAT-MISO-SJT、VMATMISO-JTT 差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P <0.05），但是與IMRT-MISO-JTT 差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。IMRT左肺Dmean、V5%與VMAT 計(jì)劃相當(dāng)，且差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；IMRT 右肺Dmean、V5%與高于VMAT 計(jì)劃，且Dmean差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；其中左右晶體最大劑量、心臟平均劑量、body 的平均劑量差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。鉛門(mén)固定與跟隨技術(shù)對(duì)IMRT 及VMAT 計(jì)劃的危及器官受照劑量無(wú)明顯影響，見(jiàn)表2。

表2 4種計(jì)劃各危及器官受照劑量（cGy）、低劑量的組織體積（cm3）及機(jī)器跳數(shù)（MU）比較Table 2 Comparison of dose of organs-at-risk（cGy），low-dose volume（cm3）and monitor units in 4 plans

其中四組計(jì)劃在500 cGy 低劑量覆蓋體積，VMAT計(jì)劃均高于IMRT 計(jì)劃，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）；由機(jī)器跳數(shù)比較可知，VMAT 計(jì)劃均高于IMRT計(jì)劃，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。鉛門(mén)固定與跟隨技術(shù)對(duì)IMRT及VMAT計(jì)劃的500 cGy低劑量覆蓋體積及機(jī)器跳數(shù)無(wú)明顯影響，結(jié)果見(jiàn)表2及圖1、圖2。

圖1 14例全腦全脊髓患者4種計(jì)劃的500cGy低劑量覆蓋的體積比較Figure 1 Volume comparison of low-dose coverage of 500cGy in 4 plans for 14 CSI patients

圖2 14例全腦全脊髓患者4種治療計(jì)劃的機(jī)器跳數(shù)比較Figure 2 Comparison of monitor units in 4 plans for 14 CSI patients

3 討論

全中樞神經(jīng)腫瘤的靶區(qū)包括全腦和全部脊髓，其治療照射范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)加速器最大照射射野。早期的射野相切技術(shù)、非共面射野銜接技術(shù)、半野照射技術(shù)、正向子野添加技術(shù)、通過(guò)輔助結(jié)構(gòu)限定照射區(qū)域等技術(shù)，有效的緩解或避免了銜接處劑量冷熱點(diǎn)[11-17]。但是放療實(shí)施復(fù)雜、臨床廣泛開(kāi)展具有一定的難度，比如轉(zhuǎn)床等也可能引入新的治療誤差。本研究主要探討了多中心的IMRT、VMAT計(jì)劃結(jié)合鉛門(mén)固定與跟隨技術(shù)在全中樞神經(jīng)腫瘤放療中的應(yīng)用，研究結(jié)果表明四組計(jì)劃均能滿足臨床要求，整個(gè)靶區(qū)無(wú)劑量冷熱點(diǎn)存在。而且治療計(jì)劃設(shè)計(jì)與治療實(shí)施都比較便捷，與常規(guī)的射野拼接技術(shù)比較具有明顯優(yōu)勢(shì)。

本研究中四組計(jì)劃靶區(qū)Dmean、D2%及D98%無(wú)顯著性差異，VMAT相對(duì)于IMRT可以獲得更好的靶區(qū)適形度和均勻性。這是因?yàn)閂MAT技術(shù)在出束角度更多，靶區(qū)劑量更容易滿足，因而適形度較好；而IMRT 的射野方向固定，為了最大限度的同時(shí)滿足靶區(qū)和危及器官的劑量分布，在子野的生成上有一定的限制，很容易在靶區(qū)內(nèi)外產(chǎn)生高量、熱點(diǎn)區(qū)域，從而影響靶區(qū)均勻性。在賀先桃等[18]的研究中也表明在乳腺癌術(shù)后根治放療中，VMAT 相比于IMRT 有更好的CI和HI。總體上來(lái)說(shuō)，在危及器官的保護(hù)上IMRT 計(jì)劃優(yōu)于VMAT 計(jì)劃，該結(jié)論與朱俐穎等[19]研究結(jié)果不相同。分析其原因，IMRT固定角度調(diào)強(qiáng)射野可以有效的、更多的避開(kāi)各危及器官，比如晶體、腎臟、心臟等，故而這些危及器官受照劑量低于360°全弧的VMAT 計(jì)劃。有研究報(bào)道To?mo、VMAT 計(jì)劃患者身體受照的整體劑量及低劑量體積較多，這可能增加二次致癌的風(fēng)險(xiǎn)[20-23]。同時(shí)SERA?VALLI等[24]指出在全腦全脊髓放療中，總的處方劑量小于等于36 Gy，大多數(shù)危及器官耐受劑量比較寬泛，很難推薦一種放療技術(shù)而不使用另外一種放療技術(shù)。

另外，本研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于同種IMRT或者VMAT技術(shù)而言，采用鉛門(mén)跟隨或者鉛門(mén)固定的方式造成靶區(qū)和危及器官的差異基本無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。其原因在于全中樞神經(jīng)腫瘤靶區(qū)，第一段全腦PTV1，靶區(qū)較大但靶區(qū)形狀簡(jiǎn)單，鉛門(mén)開(kāi)放的位置相對(duì)較大且比較固定；第二段、第三段靶區(qū)PTV2、PTV3，其靶區(qū)形狀呈長(zhǎng)條形，相對(duì)比較規(guī)則。因而鉛門(mén)固定與鉛門(mén)跟隨情況下鉛門(mén)的位置變化差異不大，所以MLC的漏射和透射對(duì)靶區(qū)和危及器官受照劑量影響較小，進(jìn)而SJT與JTT在全中樞多中心計(jì)劃中劑量學(xué)差異不明顯。劉樂(lè)樂(lè)等[25]的分析也顯示，在靶區(qū)相對(duì)簡(jiǎn)單規(guī)則的計(jì)劃中，SJT 和JTT 技術(shù)對(duì)靶區(qū)的CI和HI值的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。馮仲蘇等[26]報(bào)道，鉛門(mén)跟隨技術(shù)可以更好的降低直腸癌治療的危及器官和正常組織受照的劑量，其原因在于直腸癌靶區(qū)形狀不規(guī)則且體積大，鉛門(mén)開(kāi)放的位置相對(duì)較大，MLC的漏射與透射會(huì)對(duì)靶區(qū)和危及器官的劑量產(chǎn)生較大的影響。

4 結(jié)論

在全中樞神經(jīng)腫瘤放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)中，如果重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)靶區(qū)處方劑量的覆蓋率、劑量均勻性，處方劑量適形度，優(yōu)先選擇VMAT-MISO-SJT 或VMAT-MISOJTT的計(jì)劃設(shè)計(jì)方法；如果重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)限制晶體、腎臟，心臟受照劑量及500 cGy 低劑量體積區(qū)域、機(jī)器跳數(shù)等，則優(yōu)先選擇IMRT-MISO-SJT 或IMRT-MISO-JTT 的計(jì)劃設(shè)計(jì)方法。全腦全脊髓放療計(jì)劃中，鉛門(mén)固定與跟隨技術(shù)對(duì)IMRT 及VMAT 計(jì)劃的劑量分布及機(jī)器跳數(shù)無(wú)明顯影響，在其他病種放療計(jì)劃中的影響有待進(jìn)一步探索。

（利益沖突：無(wú)）