劉鶴飛 朱 峰 王 軒 劉 晨 夏廷毅 王穎杰*

全腦及局部轉移灶同步推量螺旋斷層調(diào)強放射治療與靜態(tài)調(diào)強放射治療的劑量學比較

劉鶴飛①朱 峰①王 軒①劉 晨①夏廷毅①王穎杰①*

目的：比較不同放射治療技術實施全腦放射治療及局部轉移灶同步推量放射治療(WBRT+SIB)中的劑量學差異，為臨床腦轉移瘤患者提供最合適的放射治療方案。方法：選取8例接受WBRT+SIB的患者CT圖像，分別完成7野靜態(tài)調(diào)強放射治療(IMRT)及螺旋斷層調(diào)強放射治療(TOMO)系統(tǒng)的WBRT+SIB計劃，比較兩計劃間處方劑量覆蓋度(V30)、靶區(qū)適形指數(shù)(CI)、劑量均勻性指數(shù)(HI)、重要器官的最高劑量(Dmax)及平均劑量(Dmean)間的差異。結果：TOMO在劑量覆蓋度、靶區(qū)的適形度以及劑量均勻性方面均優(yōu)于IMRT，差異有統(tǒng)計學意義(t=-8.74，t=2.88，t=-3.25；P＜0.05)，且能更好的保護正常組織，減少眼球及晶體的照射劑量；兩種放射治療技術CI的差值與轉移瘤的個數(shù)呈明顯的線性相關。結論：在全腦及局部轉移瘤的放射治療中，TOMO在靶區(qū)的處方劑量覆蓋度、適形指數(shù)及均勻性指數(shù)上均優(yōu)于IMRT，正常組織受量低于IMRT。隨著轉移瘤數(shù)目的增加，TOMO在靶區(qū)適形度上的優(yōu)勢更加明顯，因此TOMO可成為腦轉移瘤患者更好的選擇。

腦轉移瘤；全腦放射治療；螺旋斷層放射治療；調(diào)強放射治療；劑量學

劉鶴飛,男,(1991- ),碩士研究生?？哲娍傖t(yī)院腫瘤放療科，從事臨床腫瘤放射治療的研究。

腦轉移瘤系指原發(fā)于身體其他部位的腫瘤細胞轉移入顱內(nèi)，累及腦實質、腦脊膜、腦神經(jīng)和顱內(nèi)血管的轉移性腫瘤，其中腦實質轉移最為常見。腦轉移瘤大多慢性起病，但病程往往進展迅速，如不行特殊治療，中位生存時間僅為4周，且預后極差[1]。

放射治療腦轉移瘤可有效改善腦轉移瘤患者生活質量，延長患者生存期。目前，對于腦轉移瘤的具體放射治療方案存在較大差異，針對1～3個腦轉移瘤且未接受手術切除的患者，推薦行全腦放射治療(whole-brain radiotherapy，WBRT)的基礎上聯(lián)合局部同期整合推量(simultaneous integrated boost，SIB)的放射治療方式。由于顱內(nèi)需要保護的正常組織較多，通常需行調(diào)強放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)技術[2]；而螺旋斷層調(diào)強放射治療(tomotherapy，TOMO)是一種全新的治療技術，既能實現(xiàn)優(yōu)異的調(diào)強放射治療，又能精確保護正常組織。為此，本研究對比兩種放射治療技術的差異，為臨床腦轉移瘤患者選擇最佳的放射治療方式。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2011年7月至2015年10月間接受WBRT+SIB的8例腦轉移瘤患者，其中男性4例，女性4例；年齡38～65歲，中位年齡為50歲；患者腦轉移瘤病灶為2～9個，轉移病灶總數(shù)為40個，其中解剖位置位于頂葉5個，額葉10個，顳葉8個，枕葉9個，小腦8個。

式中D5為靶區(qū)5%體積所受最低劑量；D95為95%體積所受最低劑量；Vt為靶區(qū)體積；Vt，ref為靶區(qū)內(nèi)參考等劑量線面所包繞體積；Vref參考等劑量線面所包繞的所有體積。

CI值范圍是0～1，值越大，表示適形度越好；HI值越低，表示靶區(qū)劑量的均勻性越好。HIGTV和CIGTV表示轉移瘤靶區(qū)的劑量均勻性和靶區(qū)適形度指數(shù)，HICTV表示全腦靶區(qū)的劑量均勻性指數(shù)；評價全腦放射治療中處方劑量30 Gy覆蓋全腦體積的比例(the volume of30 Gy，V30)，越接近100%，覆蓋越完全。評價危及器官眼球、晶狀體及視神經(jīng)的最大劑量(maximum dose，Dmax)和平均劑量(mean dose，Dmean)。

1.8 統(tǒng)計學方法

采用SPSS13.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，計量資料結果用均數(shù)±標準差表示(-x±s)，變量間的差異比較采用配對t檢驗；變量間的相關性采用Pearson相關性檢驗。全部檢驗為雙側檢驗，檢驗水準為α=0.05，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 IMRT與TOMO計劃劑量學比較

(1)IMRT與TOMO的CI和HI相比，TOMO在靶區(qū)適形度和靶區(qū)劑量均勻性方面均優(yōu)于IMRT，IMRT與TOMO計劃劑量學比較，差異有統(tǒng)計學意義(t=-8.74，t=2.88，t=-3.25；P＜0.05)，見表1。

表1 靶區(qū)參數(shù)對比(±s)

表1 靶區(qū)參數(shù)對比(±s)

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(2)IMRT與TOMO兩種計劃圖對比顯示，TOMO在靶區(qū)適形度、覆蓋度均有明顯優(yōu)勢，如圖1所示。

圖1 靶區(qū)等劑量曲線分布圖

2.2 危及器官受照射劑量比較

TOMO計劃與IMRT相比，眼球、晶狀體的Dmax和Dmean相比差異顯著，有統(tǒng)計學意義(t=-7.06，t=-8.52，t=-13.28，t=-17.56；P＜0.05)。TOMO計劃中視神經(jīng)的Dmax和Dmean雖然比IMRT的高，但明顯低于美國腫瘤放射治療協(xié)作組織(radiation therapy oncology group，RTOG)公布的頭頸部及QUANTECb正常組織限量，見表2。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準：①年齡20～90歲；②卡氏性能評分量表(Karnofsky performance status，KPS)評分≥70分；③顱外原發(fā)病灶明確，且經(jīng)病理證實；④患者對放射治療的依從性好并于放射治療前簽署知情同意書。

(2)排除標準：①惡病質狀態(tài)；②既往曾有精神系統(tǒng)疾病史患者；③懷孕期及哺乳期的婦女；④不能保持穩(wěn)定體位。

1.3 儀器設備

采用SOMATOM Emotion 16層螺旋CT(德國西門子)定位；使用TOMO(美國Accuracy公司)和IMRT(ELEKTA Sysnergy，瑞典醫(yī)科達公司)進行放射治療。

1.4 體位固定

患者仰臥于CT定位用固定體板上，頭墊B枕，雙手自然平放置于身體兩側，頭部用頭頸肩網(wǎng)固定。使用Siemens大孔徑16排CT模擬定位機，4 mm層厚增強CT掃描來獲得定位圖像，掃描范圍從顱頂至顱底，定位結束后將掃描圖像傳送至Elekta Monaco工作站進行靶區(qū)勾畫。

1.5 靶區(qū)勾畫

定義腫瘤靶區(qū)(gross tumor volume， GTV)為增強磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)或CT影像學檢查提示的轉移病灶；定義臨床靶區(qū)(clinical target volume， CTV)為全腦。正常組織包括眼球、晶狀體、視神經(jīng)及腦干。結構勾畫完成后傳輸至Tomotherapy計劃工作站，分別設計TOMO計劃和固定7野靜態(tài)IMRT計劃。

1.6 放射治療計劃設計

定義95%的GTV和CTV體積分別達到處方劑量50 Gy和30 Gy，分10次，5次/周。重要器官劑量限制要求腦干＜45 Gy；眼球平均劑量＜35 Gy，晶體最大點劑量＜5 Gy；視神經(jīng)最大點劑量＜50 Gy。其中IMRT的7野調(diào)強計劃照射野角度均勻分布，避免使用0°野，盡量避開晶體等器官，TOMO計劃中將晶體做半遮擋技術處理。

1.7 參數(shù)評估

對比GTV及CTV的適形指數(shù)(coverage index，CI)和均勻性指數(shù)(homogeneity index，HI)，其計算為公式1：

表2 正常組織參數(shù)對比(±s)

表2 正常組織參數(shù)對比(±s)

指標IMRTTOMOt值P值眼Dmax(Gy)20.57±2.3615.06±3.39 -7.06＜0.05眼-Dmean(Gy)8.44±1.185.59±1.17 -8.52＜0.05晶體-Dmax(Gy)5.41±0.443.17±0.71-13.28＜0.05晶體-Dmean(Gy)4.31±0.272.32±0.36 -17.56＜0.05視神經(jīng)-Dmax(Gy)14.99±3.8826.42±6.414.57＜0.05視神經(jīng)-Dmean(Gy)11.20±3.1717.81±4.88 5.48＜0.05

2.3 兩種放射治療技術CI差值與轉移瘤個數(shù)相關性

TOMO與IMRT靶區(qū)CI的差值與轉移瘤個數(shù)間存在明顯的線性關系，相關性系數(shù)為0.905，表明兩變量間強相關，見表3，如圖2所示。

表3 CI差值和轉移瘤個數(shù)的相關性分析

圖2 CI差值-轉移瘤個數(shù)的相關性分析散點圖

3 討論

治療腦轉移瘤主要有手術、放射治療和化療三大手段，其中放射治療起著很大的作用，經(jīng)放射治療后，患者的生活狀態(tài)及生存期均能得到改善。目前，全腦放射治療、立體定向放射外科及兩者聯(lián)合是主要方法，在全腦放射治療的基礎上予以局部推量的同時，對于位于或接近靶區(qū)的重要器官(如眼球、晶狀體及腦干等)需要特別保護。因此，理想的放射治療技術應按照腫瘤形狀給靶區(qū)很高的劑量而靶區(qū)周圍的正常組織不受到照射[3]。

目前，國內(nèi)主流的放射治療技術是IMRT，在此技術下，對于腫瘤靶區(qū)有更準確、更均勻及更高的劑量分布，同時對腫瘤周圍的正常組織和鄰近器官有較好的保護作用。鄒喜等[4]的研究認為，在IMRT較常規(guī)三維適形放射治療(three-dimensional conformal radiotherapy，3D-CRT)有更好的靶區(qū)適形度，但靶區(qū)異質性和危及器官的保護上并未體現(xiàn)出明顯的劑量學優(yōu)勢。目前國內(nèi)外多數(shù)對于IMRT治療腦轉移瘤的研究[5-7]都提示IMRT有劑量學優(yōu)勢，且經(jīng)放射治療后，可明顯改善患者的生活質量，延長生存期。

TOMO是采用類似螺旋CT掃描的方式來實現(xiàn)機架的持續(xù)旋轉和床的運動，而且可以使用兆伏級(megavoltage computed tomography，MVCT)圖像引導的TOMO方式。TOMO可以360°聚焦斷層照射惡性腫瘤，在已知腫瘤形狀的條件下，可以得到最佳的射線照射路徑，使靶區(qū)內(nèi)劑量達到高度的均勻性，更好的保護正常組織和器官[8-9]。Tomita等[10]的研究認為，TOMO在治療腦轉移瘤中，靶區(qū)能達到很高的適形度和均勻性，腫瘤體積大、形狀不規(guī)則的效果更佳，而且能做到全腦放射治療同步轉移灶推量的治療。

目前，國內(nèi)外對于兩種技術治療腦轉移瘤的劑量學對比研究不多，而在其他頭頸部腫瘤的劑量學對比中，TOMO較IMRT劑量學有明顯優(yōu)勢，靶區(qū)具有較高的適形性、劑量均勻性及更陡峭的劑量梯度，而且能夠更好的保護危及器官[11-13]。本研究旨在對比兩種放射治療技術的劑量學差異，為臨床患者選擇最合適的放射治療技術，其結果提示，TOMO在全腦靶區(qū)、腫瘤靶區(qū)均有更好的適形度和均勻性；正常組織眼球和晶狀體的最高劑量和平均劑量較IMRT都有明顯的劑量學優(yōu)勢。而造成TOMO計劃中視神經(jīng)劑量較IMRT偏高的原因可能與TOMO的51個照射野旋轉照射有關，為了保證靶區(qū)劑量的覆蓋，可能會使得視神經(jīng)的平均受照劑量偏高，但視神經(jīng)的受照劑量在正常范圍內(nèi)，并不會造成嚴重的的急慢性放射損傷，因此關于視神經(jīng)的劑量有待進一步研究。

國內(nèi)關于TOMO治療多發(fā)腦轉移瘤的文獻較少，侯俊[14]的研究認為，顱內(nèi)1、2、3個及多個轉移瘤患者的TOMO，發(fā)現(xiàn)對于正常組織的保護中，隨著轉移瘤數(shù)目的增多，TOMO較IMRT、3D-CRT的適形度優(yōu)勢更加明顯，但并未分析靶區(qū)適形度。而本研究發(fā)現(xiàn)，隨著轉移瘤數(shù)目的增多，TOMO在靶區(qū)適形度上的優(yōu)勢更加明顯，而且CI的差值與轉移瘤個數(shù)呈線性關系。

TOMO較IMRT具有更好的靶區(qū)適形度及均勻性，正常組織的保護方面也能體現(xiàn)出劑量學優(yōu)勢，理論上是一種療效更佳、不良反應更小的放射治療方法。

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A dosimetry comparison between TOMO and IMRT for whole-brain radiotherapy combined with simultaneous integrated boost of local brain metastases/

LIU He-fei, ZHU Feng, WANG Xuan,et al//
China Medical Equipment,2017,14(3):55-58.

Objective: To compare the dosimetric difference between intensity modulatedradiation therapy (IMRT) and tomotherapy (TOMO) for whole-brain radiotherapy (WBRT) combined with simultaneous integrated boost (SIB) of local brain metastases, and provide a best choice for patient with brain metastasis. Methods: The CT images of 8 patients with brain metastases were applied WBRT+SIB plan in IMRT and TOMO, respectively. A series of indicators, such as conformity index(CI), homogeneity index(HI), coverage of prescribed dose (V30), the maximum dose (Dmax) and mean dose(Dmean) of important organs were compared. Results: TOMO appeared more effect than IMRT in V30, HI and CI (t=-8.74, t=2.88, t=-3.25; P＜0.05); and it also could protect normal organic, reduce radiation dose for eye and lens in more degree than IMRT; besides, with the increase of the number of brain metastasis, the CI difference between TOMO and IMRT also was increase, therefore, there was a obvious positive linear correlation between them. Conclusion: In WBRT+SIB,TOMO has obviously advantages than IMRT such as 30Gy(V30), HI, CI and the protection for organs. With the increase of the number of metastasis, TOMO appears more preponderance than IMRT; therefore, TOMO might be a good clinical choice for WBRT+SIB treatment.

Brain metastases; Whole-brain radiotherapy; Tomotherapy; Intensity modulated radiation therapy; Dosimetry [First-author’s address] Department of Radiotherapy, Air Force General Hospital, PLA, Beijing 100142,China.

1672-8270(2017)03-0055-04

R739.4

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.03.015

2016-11-09

①空軍總醫(yī)院腫瘤放療科 北京 100142

*通訊作者：wangyj9999@163.com