3～6個腦轉(zhuǎn)移灶海馬保護立體定向放射外科計劃的劑量學(xué)分析

劉曉男,戚文慧,程秀艷,劉曉,李兵,毛榮虎

(鄭州大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院/河南省腫瘤醫(yī)院 放療科,河南 鄭州 450008)

立體定向放射外科(stereotactic radiosurgery,SRS)是治療腦轉(zhuǎn)移瘤的一項重要手段。由于SRS具有尖銳的劑量梯度和高度適形劑量分布,普遍認(rèn)為其對神經(jīng)認(rèn)知的影響很小。然而,越來越多的顱內(nèi)靶區(qū)同時治療增加了腦部其他正常部位的整體劑量[1]。腦轉(zhuǎn)移的治療效果與毒性之間的平衡很重要,影響著患者的神經(jīng)認(rèn)知功能。美國放射治療腫瘤學(xué)組(radiation therapy oncology group,RTOG)研究顯示:減少海馬照射劑量能夠改善患者記憶力和生活質(zhì)量,且不會增加海馬周圍腦轉(zhuǎn)移的概率[2]。當(dāng)前海馬保護的許多研究集中在全腦放療(whole-brain radiation therapy,WBRT)。本研究評估了23例直線加速器SRS治療3～6個腦轉(zhuǎn)移灶患者,通過重新優(yōu)化SRS治療計劃,旨在分析減少海馬劑量的可行性及靶區(qū)劑量學(xué)的變化,探討SRS治療保護海馬的可行性。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取2020年10月至2023年2月醫(yī)院收治的SRS患者的數(shù)據(jù),選擇所有患者接收單分次、單等中心,通過非共面容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(volumetric modulated arc therapy,VMAT) SRS治療3～6個腦轉(zhuǎn)移瘤;排除多分次、1～2個或更多轉(zhuǎn)移的病灶,共23例進行劑量分析研究。

1.2 定位CT和核磁共振圖像融合

面罩固定患者頭頸肩,并接受定位CT(philips brilliance CT Big Bore,荷蘭)掃描,管電壓為120 kV,管電流為350 mAs,CT連續(xù)掃描,層厚為1.25 mm。治療前2周內(nèi)進行與CT掃描一致體位的MRI(層厚1.25 mm),包括標(biāo)準(zhǔn)序列、T1和T2加權(quán)序列。將MRI影像資料導(dǎo)入至Eclipse治療計劃系統(tǒng)(版本15.0,varian美國),將CT模擬定位圖像與MR圖像融合,應(yīng)用Eclipse治療計劃系統(tǒng)勾畫靶區(qū)及危及器官。

1.3 靶區(qū)及海馬的勾畫

(1)由放射腫瘤醫(yī)生在T1加權(quán)MRI上對病變靶區(qū)進行勾畫,將腫瘤區(qū)均勻外擴2 mm產(chǎn)生計劃靶區(qū)(planning target volume,PTV),給予16 Gy處方量。(2)根據(jù)RTOG 0933對海馬勾畫做出的詳細(xì)規(guī)定和說明,在增強MRI的T1加權(quán)像中勾畫海馬區(qū),同時勾畫危及器官:全腦、晶體、視神經(jīng)、視交叉、腦干。

1.4 計劃設(shè)計

采用Eclipse治療計劃系統(tǒng)設(shè)計,為獲取更好靶區(qū)外劑量跌落,放寬靶區(qū)最大劑量限制。處方劑量至少覆蓋99%的PTV,腦干最大劑量<12 Gy,視神經(jīng)和視交叉最大劑量<8 Gy,限制低劑量的大腦。海馬劑量限制:RTOG 0933劑量限制(處方30 Gy/10 f時海馬劑量限制條件D100%≤9 Gy,最大劑量≤16 Gy),接受的劑量轉(zhuǎn)換為單分次生物有效劑量,使用α/β=2,為D100%≤4.21 Gy,最大劑量≤6.65 Gy。TrueBeam加速器,X線能量6 MV非均整,非共面計劃,各向異性解析算法,計算網(wǎng)格為1 mm。設(shè)計兩組計劃。計劃A:常規(guī)非共面VMAT計劃,按照上述靶區(qū)劑量和常規(guī)危及器官(organ-at-risk,OAR)限量要求設(shè)計治療計劃,不特定考慮海馬受量,5個非共面弧設(shè)計,根據(jù)靶區(qū)的解剖結(jié)構(gòu)調(diào)整準(zhǔn)直器角度,床角分別為0°、36°、72°、324°、288°,對應(yīng)弧角度分別為179°～181°、181°～0°、0°～179°、179°～0°、0°～181°,見圖1。計劃B:重新優(yōu)化的非共面VMAT計劃,目的為保護海馬,等中心位置、床角、機架旋轉(zhuǎn)角度、處方劑量、權(quán)重等參數(shù)與計劃A保持一致,額外增加海馬劑量限制條件,但在重新優(yōu)化時PTV覆蓋率和正常組織劑量限制優(yōu)先于海馬保護。

圖1 非共面VMAT計劃射野軌跡

1.5 治療計劃靶區(qū)及OAR劑量體積參數(shù)評估

(1)通過DVH比較4組計劃的靶區(qū)及OAR劑量分布,PTV的主要評價指標(biāo)為:處方劑量99%靶區(qū)覆蓋率(target coverage,TC)、適形度指數(shù)(conformity index,CI)、跌落指數(shù)(gradient index,GI)。其中CI為(VTref/VPTV)×(VTref/Vref),式中VTref為處方劑量覆蓋的靶區(qū)體積,VPTV為靶區(qū)體積,Vref為處方劑量包繞的體積;GI為V50%ref/VPTV。危及器官受到特定劑量照射的體積:腦組織V4、V8、V12、V16、Dmean。海馬:D100%、最大劑量。(2)比較兩組計劃的治療機器跳數(shù)(machine unit,MU)。

1.6 統(tǒng)計學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 一般資料

23例患者中男10例,女13例,年齡44～83歲,中位年齡53.5歲。轉(zhuǎn)移病灶數(shù)3～4個18例,5～6個5例,原發(fā)灶肺癌11例,乳腺8例,結(jié)腸癌3例,腎癌1例。

2.2 重新優(yōu)化一般情況

23例患者中海馬劑量低于限值11例,海馬超過限值需要重新優(yōu)化12例。經(jīng)過重新優(yōu)化處理后,海馬達(dá)到劑量限值8例。圖2展示經(jīng)過重新優(yōu)化后海馬所受劑量下降,實現(xiàn)了海馬保護。

左側(cè)為優(yōu)化前劑量分布,右側(cè)為重新優(yōu)化后劑量分布。

2.3 重新優(yōu)化前后海馬劑量學(xué)分析

重新優(yōu)化后海馬最大劑量低于優(yōu)化前的海馬最大劑量(P<0.05),海馬組織最大劑量在重新優(yōu)化后基本達(dá)到預(yù)期值。見表1。

表1 重新優(yōu)化前后海馬劑量變化

2.4 重新優(yōu)化前后靶區(qū)及危及器官劑量學(xué)分析

重新優(yōu)化前后靶區(qū)CI、GI、靶區(qū)覆蓋度、MU數(shù)、危及器官腦組織相關(guān)劑量學(xué)指標(biāo)分析結(jié)果見表2,未見明顯變化,重新優(yōu)化后保持了相似的靶區(qū)覆蓋率和腦組織的受量。

3 討論

近年來,放射腫瘤學(xué)家越來越關(guān)注以保護海馬為目的的照射,研究表明,海馬的輻射損傷會導(dǎo)致記憶和學(xué)習(xí)能力的下降,保護海馬區(qū)的全腦放療可以更好地保護患者的記憶功能和生活質(zhì)量[3]。然而,目前關(guān)于海馬輻射和神經(jīng)認(rèn)知之間關(guān)系的臨床研究主要集中在全腦照射所產(chǎn)生的輻射效應(yīng)上。在當(dāng)前腦轉(zhuǎn)移患者的SRS計劃方案設(shè)計中,由于SRS劑量快速跌落的特點,海馬照射劑量及其對記憶的影響可能未得到足夠的關(guān)注。此外,Yamamoto等[1]證實,僅用SRS治療5～10個腦轉(zhuǎn)移灶患者的存活率并不遜于2～4個腦轉(zhuǎn)移灶患者的存活率,這使得單等中心多靶區(qū)SRS成為治療腦轉(zhuǎn)移瘤的重要手段。然而,隨著同時治療顱內(nèi)靶區(qū)數(shù)量的不斷增加,多靶區(qū)患者正常腦組織的劑量也會大大增加,其對神經(jīng)認(rèn)知的影響不應(yīng)被低估?；诖吮尘?本研究旨在設(shè)計保護海馬的腦轉(zhuǎn)移瘤SRS計劃,并評估其可行性。

本研究在劑量方面的分析表明,治療3～6個腦轉(zhuǎn)移瘤的常規(guī)非共面SRS-VMAT計劃有12例(52%)患者未能達(dá)到可接受的海馬劑量限值。然而,當(dāng)將海馬作為危及器官并加入約束條件重新優(yōu)化后,12例中有8例患者的計劃達(dá)到了理想的海馬劑量限制。此外,與常規(guī)計劃相比,海馬保護計劃并未降低適形指數(shù)或增加治療MU數(shù),也未增加低劑量正常腦組織體積。這提示,對于接受SRS治療的所有多發(fā)腦轉(zhuǎn)移患者,都應(yīng)考慮到海馬保護。與類似文獻(xiàn)的報告結(jié)果[4-5]相似,本研究表明,在治療腦轉(zhuǎn)移瘤的同時減少海馬劑量,重新優(yōu)化治療計劃是可行且有效的。大多數(shù)經(jīng)過重新優(yōu)化的治療計劃都實現(xiàn)了海馬保留的SRS治療方案,并且達(dá)到了足夠的靶區(qū)CI和PTV覆蓋率。在本研究中,重新優(yōu)化的12例中有4例未達(dá)到理想的海馬劑量限制,考慮這可能是由于腦轉(zhuǎn)移灶體積較大、與海馬距離較近以及常規(guī)加速器的劑量跌落限制所致,因此下一步將繼續(xù)研究SRS計劃靶區(qū)體積、與海馬距離大小、采用劑量跌落更陡峭的射波刀計劃等因素,來探討與海馬保護狀態(tài)之間的關(guān)系,以更好地優(yōu)化治療計劃。

在制訂放療計劃時,有時會刻意避開海馬區(qū),但海馬區(qū)及其5～10 mm外擴邊界形成的計劃危及器官中是否存在可能包含腫瘤病灶的風(fēng)險,Gondi等[2]對371例患者的1 133個腦轉(zhuǎn)移灶進行了分析,未發(fā)現(xiàn)病灶發(fā)生在海馬區(qū),僅有8.6%的患者的病灶位于海馬外擴5 mm的計劃危及器官內(nèi)。其他研究[6-8]也得出了相似的結(jié)論。這些研究都表明,在制訂放療計劃時避開海馬并不會增加轉(zhuǎn)移灶的發(fā)生風(fēng)險。

本研究也存在一些不足之處。首先,在照射計劃方面,本研究采用了單中心、多靶區(qū)、無框架定位、非共面、VMAT、直線加速器SRS保護海馬的方案。選擇單個中心是基于研究[9-10]評估比較單個和多個等中心計劃方案,這些研究證實了相似的PTV劑量覆蓋率,并且單一等中心技術(shù)顯著縮短了整個治療時間,對于難以長時間仰臥的患者更加有利。然而,單一等中心技術(shù)可能會增加復(fù)位誤差的不確定性,對治療計劃的執(zhí)行產(chǎn)生影響[11]。本研究中單次SRS的海馬約束選擇基于RTOG 0933中使用的劑量約束的等效生物劑量轉(zhuǎn)換,目前尚不存在針對大劑量照射時海馬保護的劑量限制標(biāo)準(zhǔn)。雖然將線性二次模型應(yīng)用于單次大劑量的做法存在爭議,且目前對海馬的α/β值的設(shè)定存在分歧,本研究將其設(shè)定為2[4],但本研究的主要目的是評估保護海馬SRS計劃設(shè)計的可行性,而不是驗證這些海馬劑量限制是否合適。

4 小結(jié)

本研究采用臨床研究中常用的靶區(qū)CI、GI、靶區(qū)覆蓋度以及海馬的D100%、最大劑量等指標(biāo)對放療計劃進行評估,提示現(xiàn)代放療新技術(shù)已經(jīng)能在控制多個顱內(nèi)病變和海馬保護之間獲得較為滿意的平衡。因此,在不犧牲PTV覆蓋的情況下,同時保護海馬區(qū)免受過度照射,在顱腦SRS放療中是完全可行的,為臨床實踐提供新的見解,也可以更好地保護患者的記憶功能,并可能帶來更高的生存獲益。