基于TOMO計劃系統(tǒng)的全骨髓放療計劃最佳優(yōu)化參數(shù)和劑量學(xué)遞增研究

孔凡洋，馬陽光，劉樂樂，王海洋，徐丹丹，賈 飛，王芳娜，范明亮，韓 濱，郭躍信

鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射治療部 鄭州 450052

全身照射通常與化學(xué)療法結(jié)合使用，作為骨髓移植患者的預(yù)處理方案[1-2]。研究[3]表明，較高劑量的全身照射可以降低急、慢性髓樣白血病患者移植后的復(fù)發(fā)率，提高白血病細(xì)胞的清除效果；但全身照射劑量的增加由于增大了正常器官的輻射毒性而受限?；诼菪龜鄬臃派渲委煹娜撬枵丈涫且环N更有針對性的放射治療形式，可以將劑量優(yōu)先輸送到骨髓高腫瘤負(fù)荷區(qū)，在增加骨髓投射劑量的同時降低全身毒性[4-5]。TOMO計劃系統(tǒng)(美國安科瑞公司)在單一設(shè)備集成了6 MeV的X射線束和3.5 MeV的CT圖像引導(dǎo)功能；能夠?qū)﹂L度135 cm和寬度60 cm的靶區(qū)進(jìn)行調(diào)制。本研究以10例急性淋巴細(xì)胞白血病患者為研究對象，選擇TOMO計劃系統(tǒng)的最佳優(yōu)化參數(shù)組合，并對全骨髓放療計劃進(jìn)行劑量學(xué)遞增研究。

1 對象與方法

1.1 研究對象選取2016年至2019年鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院放療中心收治的已接受過全身照射治療的10例急性淋巴細(xì)胞白血病患者的資料。年齡5～12歲，中位年齡為7歲。

1.2 CT定位CT掃描前，患者取仰臥位，頭頸肩熱塑模、體膜以及真空墊配合使用。在手、腳、肋骨區(qū)域放置厚度1 cm的組織補(bǔ)償膜，保證建成區(qū)域的形成。膝蓋略微彎曲，以最大限度地減少腰椎的彎曲。身高不超過135 cm的患者，采用頭先進(jìn)的方式進(jìn)行CT掃描，掃描范圍從頭頂部到腳趾頭。超過135 cm者，在大腿中間放置金屬標(biāo)記，分兩段進(jìn)行CT掃描，一段從頭頂部到大腿下部，層厚5 mm；另一段去掉頭頸肩熱塑模，從腳趾頭到大腿上部，層厚5 mm；兩段重疊大概20 cm。四肢上畫出多條橫斷線，并在真空墊上標(biāo)出相應(yīng)的位置，以保證治療時擺位更精確。

1.3 靶區(qū)勾畫CT掃描后，數(shù)據(jù)傳輸?shù)絍arian TPS計劃系統(tǒng)進(jìn)行靶區(qū)和危及器官勾畫。全骨髓照射靶區(qū)定義為全骨髓，包括頭骨、下頜骨、肱骨、肩胛骨、鎖骨、胸骨、脊椎骨、肋骨、髖骨、股骨、四肢骨等；危及器官包括晶體、眼球、腮腺、心臟、肺、腎、胃、肝、小腸等[6]。全骨髓照射靶區(qū)勾畫如圖1。臨床靶區(qū)(clinical target volumn，CTV)全部均勻外擴(kuò)5 mm作為計劃靶區(qū)(planning target volumn，PTV)。全身照射靶區(qū)定義為減去晶體與肺的身體部位。

A:腎臟層面；B:心臟層面；C:冠狀面

1.4 全骨髓放療計劃的參數(shù)優(yōu)化隨機(jī)選取一例患兒進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。優(yōu)化參數(shù)包括射野寬度(field width，F(xiàn)W)、螺距和調(diào)制因子(modulation factor,MF)。TOMO標(biāo)定的FW是1.0、2.5、5.0 cm，考慮到FW與治療時間近似成反比關(guān)系，計劃設(shè)計射野寬度采用5.0 cm。MF決定計劃的調(diào)制水平，一般取2.0、2.5、3.0，較高的MF可以改善靶區(qū)均勻性、增加治療時間，但對治療時間影響有限，因此MF選擇3.0。系統(tǒng)設(shè)定的螺距最大值為0.5；螺距越小，危及器官的避讓能力越強(qiáng)；一般情況下，螺距的變化不改變治療時間，但螺距太小，機(jī)架周期越短，轉(zhuǎn)速越快，會超出機(jī)械限制，治療時間反而會增加，系統(tǒng)手冊推薦的最佳機(jī)架周期為16～20 s。全骨髓照射的處方劑量PTV為12 Gy/6F，進(jìn)行95%體積歸一。計劃迭代300次，每一個計劃優(yōu)化調(diào)制時間大約需要15 h。統(tǒng)計全骨髓放療計劃危及器官的照射劑量、靶區(qū)的均勻性指數(shù)(HI)、出束時間以及機(jī)架周期。選擇最佳的優(yōu)化參數(shù)組合，以在計劃治療效率與危及器官照射劑量之間取得平衡。

1.5 劑量學(xué)遞增策略采用最佳優(yōu)化參數(shù)，對10例患者分別設(shè)計基于TOMO計劃系統(tǒng)的全身照射與全骨髓照射計劃，設(shè)計不同劑量級別(12、14、16、18和20 Gy)，使全骨髓照射最大劑量時的危及器官照射劑量維持在全身照射方案12 Gy以下或者相近的劑量水平。該研究倫理審查編號為2022-KY-0580。采用SPSS 22.0繪制10例患者不同劑量水平危及器官平均劑量的條形圖。

2 結(jié)果

2.1 優(yōu)化FW取5.0與MF取3.0，不同螺距關(guān)鍵危及器官的照射劑量相差不大；出束時間在螺距為0.143時最大，在螺距0.287與0.430時幾乎相同；螺距為0.287，HI最小，機(jī)架周期為18.5 s，在最佳機(jī)架周期范圍以內(nèi)，而螺距為0.143和0.430時，機(jī)架周期均超出最佳機(jī)架周期范圍(表1)。因此，推薦計劃參數(shù)FW為5.0 cm，MF為3.0，螺距為0.287，可以在出束時間、靶區(qū)HI與危及器官照射劑量之間取得平衡。

表1 不同螺距下危及器官照射劑量的變化

2.2 劑量學(xué)遞增策略當(dāng)全骨髓照射劑量遞增到16 Gy時，肺平均照射劑量為8.40 Gy，左、右腎平均照射劑量為7.18、7.21 Gy；當(dāng)劑量遞增到18 Gy時，肺平均照射劑量為9.45 Gy，左、右腎平均照射劑量為8.09、8.11 Gy；當(dāng)劑量遞增到20 Gy時，肺平均照射劑量為10.49 Gy，左、右腎平均照射劑量為8.98、9.01 Gy。3個劑量下，其余危及器官平均照射劑量均低于全身照射的12 Gy水平。見圖2。圖3顯示了全骨髓照射的16 Gy劑量橫截面與冠狀面劑量分布，藍(lán)色劑量區(qū)域為8 Gy。

圖2 不同照射劑量下全骨髓照射危及器官的平均照射劑量

A:腎臟層面；B:心臟層面；C:冠狀面

3 討論

我們首先研究了FW取5.0、MF取3.0，不同螺距對全骨髓放療計劃的影響，選擇出最佳優(yōu)化參數(shù)；實際放療計劃設(shè)計過程中，參數(shù)可以略微調(diào)整，保證放療計劃質(zhì)量的同時，又縮短了出束時間。

傳統(tǒng)全身照射因低劑量率、擴(kuò)展源皮距照射和補(bǔ)償器等因素，操作流程費(fèi)時費(fèi)力；劑量均勻性差并且肺部劑量不能精確控制，過于保護(hù)肺又會造成肋骨區(qū)域欠量。Wong等[7]報告了2005年至2016年接受全骨髓照射方案治療的142例急性白血病患者的遠(yuǎn)期毒性，認(rèn)為TOMO計劃系統(tǒng)較高的劑量率不會導(dǎo)致器官功能障礙，高劑量率的影響可通過減少危及器官劑量和分次照射模式改變而減小。

肝放射誘導(dǎo)的靜脈閉塞疾病是一種涉及全肝照射的并發(fā)癥，全骨髓照射方案通過大幅減少大體積肝臟的劑量，放射誘導(dǎo)的靜脈閉塞疾病幾乎被消除[8]。Gruen等[9]認(rèn)為基于TOMO計劃系統(tǒng)的FTBI 12 Gy/6F/3D方案，肺平均劑量不超過10 Gy時，在長達(dá)15個月的隨訪中，沒有觀察到肺部毒性。Oya等[10]研究采用12 Gy/6F/3D分次照射模式時，肺的照射劑量在8 Gy與12 Gy時，間質(zhì)性肺炎的發(fā)生率差異無統(tǒng)計學(xué)意義。Sarradin等[11]研究認(rèn)為基于TOMO計劃系統(tǒng)的全身照射，肺照射劑量的中位值為8.7(8.5～9.3)Gy時，沒有放射性肺炎的發(fā)生。

劑量體積直方圖在預(yù)測危及器官輻射毒性方面有著很大的作用[12]。本研究結(jié)果顯示，采取了劑量遞增策略，全骨髓照射劑量為16 Gy時，肺照射劑量的平均值為8.40 Gy；劑量體積直方圖分析預(yù)測可將全骨髓照射骨髓的劑量提高到16 Gy，為全骨髓放療劑量遞增研究提供理論依據(jù)，這與國外進(jìn)行的劑量遞增研究[13-15]相一致。

綜上所述，基于TOMO計劃系統(tǒng)的全骨髓放療計劃最佳優(yōu)化參數(shù)推薦為FW 5.0 cm、螺距0.287和MF 3.0。采取了劑量學(xué)比較遞增策略，全骨髓照射可將放療劑量提高到16 Gy，主要危及器官維持在全身照射方案12 Gy以下或者相近水平。該研究為全骨髓放療劑量遞增研究提供了理論依據(jù)，但還需要進(jìn)一步的臨床試驗確定可達(dá)到的最大全骨髓照射劑量，同時觀察這種新方法對造血干細(xì)胞移植患者的潛在優(yōu)勢和局限性。