王赫隆 云惟康 王業(yè)偉 馮麗娜 白彥靈

三種照射技術(shù)在髓母細(xì)胞瘤放射治療中的劑量學(xué)分析

王赫隆 云惟康 王業(yè)偉 馮麗娜 白彥靈

目的探討調(diào)強放射治療(Intensity modulated radiation therapy，IMRT)、容積調(diào)強弧形放療(Volumetric modulated arc therapy，VMAT)和螺旋斷層放射治療(Helical tomotherapy，TOMO)在髓母細(xì)胞瘤放射治療中的劑量學(xué)差異。方法選取10例髓母細(xì)胞瘤兒童患者，設(shè)計出IMRT(等分5野)、VMAT(雙弧)、TOMO三組放療計劃。分析三種計劃靶區(qū)的適形指數(shù)(CI)、均勻指數(shù)(HI)、1.07倍處方劑量線所包含的靶區(qū)體積(V107)、靶區(qū)內(nèi)最大劑量點劑量值(Dmax)、危及器官(OAR)受量情況、機器跳數(shù)和治療時間。結(jié)果對于全腦全脊髓放療，TOMO組計劃靶區(qū)PTV的CI、HI、V107、Dmax和OAR受量都優(yōu)于VMAT組和IMRT(5野)組計劃(P<0.05)；TOMO組計劃機器跳數(shù)最多(P<0.05)，且其治療時間最長(P<0.05)；TOMO組可以一次完成全腦全脊髓照射，避免了VMAT和IMRT(5野)治療時人為移床誤差。結(jié)論在髓母細(xì)胞瘤放射治療中，TOMO組在劑量分布上優(yōu)于VMAT組和IMRT(5野)組，但其治療時機器跳數(shù)和治療時間明顯增加，它對臨床上的影響有待于進(jìn)一步觀察與研究。

調(diào)強放射治療；容積調(diào)強弧形放療；螺旋斷層放射治療

全腦全脊髓放射治療是髓母細(xì)胞瘤治療的重要手段之一[1]。髓母細(xì)胞瘤手術(shù)后可以通過腦脊液傳播，所以術(shù)后的放射治療顯得尤為重要[2]。調(diào)強放射治療(Intensity modulated radiation therapy，IMRT)、容積調(diào)強弧形放療(Volumetric modulated arc therapy，VMAT)和螺旋斷層放射治療(Helical tomotherapy，TOMO)在臨床上已經(jīng)廣泛應(yīng)用，且TOMO系統(tǒng)在治療復(fù)雜靶區(qū)上具有明顯的優(yōu)勢[3]，但通常大家都認(rèn)為弧形照射的低劑量區(qū)較大[4]。國內(nèi)在全腦全脊髓放射治療領(lǐng)域，這三種技術(shù)的劑量學(xué)差異鮮有報道，所以本研究旨在評估全腦全脊髓的放射治療三種計劃設(shè)計方案的劑量學(xué)差異，希望給未來全腦全脊髓放療的臨床治療提供一些劑量學(xué)上的參考。

1 資料與方法

1.1 研究對象

選取哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院2015年11月—2016年11月共10例行全腦全脊髓放射治療的髓母細(xì)胞瘤患者，10例患者均為兒童。其中男8例，女2例，中位年齡5歲(3歲～8歲)。患者均為術(shù)后一個月手術(shù)刀口完全愈合后進(jìn)行全腦全脊髓放射治療。本研究選取患者均為兒童，放射治療靶區(qū)PTV長度均小于70 cm。

1.2 定位機器、計劃系統(tǒng)與治療機器

定位機器為飛利浦大孔徑定位CT定位系統(tǒng)，調(diào)強放射治療計劃系統(tǒng)為Pinnacle 9.10治療計劃系統(tǒng)。螺旋斷層放射治療計劃系統(tǒng)為TomoTherapy Planning Station TomoHDTM Version 2.0.7。治療機器：(1)醫(yī)科達(dá)公司生產(chǎn)的Versa-HDTM型醫(yī)用電子直線加速器，醫(yī)用電子直線加速器配置AgilityTM型機頭，其多葉準(zhǔn)直器配備80對葉片，每片寬度0.5 cm；(2)安科瑞公司生產(chǎn)的螺旋斷層放射治療系統(tǒng)Helical Tomotherapy治療機。治療時均使用6 MV的高能量X射線。

1.3 定位方式與靶區(qū)勾畫

患者采取仰臥位，雙手平放于身體兩側(cè)，使用熱塑料頭頸肩膜進(jìn)行體位固定，頭部使用船型B號枕。使用飛利浦大孔徑定位CT進(jìn)行模擬定位，模擬定位時采取頭先進(jìn)，掃描層厚為3 mm，掃描范圍自頭頂空白處到尾骨，結(jié)束掃描后重建患者CT掃描圖像，掃描圖像通過DICOM形式傳輸至Pinnacle9.10醫(yī)生工作站，醫(yī)生勾畫靶區(qū)和周圍危及器官結(jié)束后傳輸至相應(yīng)計劃系統(tǒng)上，分別制定出臨床可行的放射治療計劃。

1.4 治療計劃的設(shè)計

計劃靶區(qū)(PTV)處方劑量是34 Gy分20次進(jìn)行照射。目前，常規(guī)醫(yī)用直線加速器最大照射野為40 cm×40 cm，所以IMRT(5野)組和VMAT組計劃只能采用多中心的方式來進(jìn)行。本研究選取的患者均為兒童，靶區(qū)PTV長度均小于70 cm，故IMRT(5野)組和VMAT組計劃采取兩中心設(shè)計。IMRT(5野)組計劃使用的兩個治療中心分別為ISO1和ISO2。每個治療中心均采取經(jīng)典的5野等分布野方式，照射野角度分別為0、72、144、216、288度。VMAT組計劃的兩個治療中心分別為ISO3和ISO4，每個中心均使用一野兩個弧來實現(xiàn)，起始角度180.1度旋轉(zhuǎn)至180度再返回180.1度。IMRT(5野)組和VMAT組計劃的照射野均在射野交界處重合5 cm，以避免射野銜接處劑量冷點和熱點的出現(xiàn)。TOMO組計劃由于螺旋斷層放射治療系統(tǒng)照射范圍為160 cm，所以可以一次完成全腦全脊髓的照射，故采取一個治療中心進(jìn)行放射治療計劃設(shè)計。

1.5 劑量學(xué)分析方法

1.6 統(tǒng)計學(xué)方法

所有數(shù)據(jù)均采用SPSS 19.0分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，計量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，三組數(shù)據(jù)分析方法使用單因素方差分析，P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)PTV參數(shù)比較

在CI方面，TOMO組計劃CI值最接近于1，故其靶區(qū)劑量分布適形度最高(P<0.05)；在HI方面，TOMO組計劃HI值最小，其靶區(qū)PTV劑量分布均勻性最佳(P<0.05)；在V107方面，TOMO組計劃要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于VMAT組和IMRT組(5野)(P<0.05)；靶區(qū)內(nèi)Dmax點即熱點方面，TOMO組計劃優(yōu)勢不大，因VMAT組和IMRT(5野)組Dmax點數(shù)值均在處方劑量的1.2倍之內(nèi)(P<0.05)(表1)。

TOMO組計劃根據(jù)劑量體積直方圖可以直觀的看出靶區(qū)PTV劑量梯度陡峭，VMAT組、IMRT(5野)組靶區(qū)PTV劑量拖尾嚴(yán)重，其劑量分布均勻性不佳(圖1)。從劑量分布圖中可以直觀的看出TOMO組計劃低劑量區(qū)明顯小于VMAT組計劃、IMRT(5野)組計劃(圖2)。

表1 三組計劃PTV參數(shù)值

圖1 劑量體積直方圖Figure 1 The dose volume histogram

圖2 劑量分布圖Figure 2 The dose distribution

2.2 正常組織受量參數(shù)比較

在OAR最大劑量點Dmax處，TOMO組計劃的晶體、球體、心臟、小腸、腎、肝臟均低于VMAT組計劃和IMRT(5野)組計劃(P<0.05)；TOMO組計劃球體、心臟、小腸、腎臟、肝臟、雙肺受到5 Gy劑量照射的體積百分比小于VMAT組計劃和IMRT(5野)組計劃(P<0.05)；TOMO組計劃心臟、小腸、腎臟、肝臟、雙肺和腎臟受到10 Gy劑量照射的體積百分比均小于VMAT組和IMRT(5野)組(P<0.05)；特別在雙肺受量上，TOMO組計劃控制的很好(表2)。

表2 正常器官受量參數(shù)

2.3 治療時間比較

TOMO組計劃機器跳數(shù)遠(yuǎn)高于VMAT組和IMRT(5野)組(P<0.05)；其治療時間分別是VMAT組和IMRT(5野)組計劃的1.76倍和1.13倍，這是TOMO組計劃相對于VMAT組和IMRT(5野)組計劃的一大劣勢(表3)。

表3 機器跳數(shù)和治療時間

3 討論

近年來，髓母細(xì)胞瘤的發(fā)病率呈上升的趨勢，特別在兒童患者方面有明顯的增加。據(jù)統(tǒng)計該病已經(jīng)躍居顱內(nèi)腫瘤發(fā)病率的第二位，約占兒童顱腦腫瘤的30%[7-8]。髓母細(xì)胞瘤可能通過腦脊液傳播，所以術(shù)后全腦全脊髓放療是非常必要的[9-10]。兒童患者放療引起的不良反應(yīng)要遠(yuǎn)高于成年人，因此把不良反應(yīng)降到最低尤為重要。本研究中患者年齡較小(3歲～8歲)，但治療配合度較高，僅有兩例不積極配合治療，最終在放療前對這兩例患者實行了灌腸麻醉以避免在治療期間的活動風(fēng)險。IMRT(5野)組和VMAT組計劃利用逆向調(diào)強技術(shù)，且照射野均在射野交界處重合5 cm以避免射野銜接處劑量的不均勻和冷熱點的出現(xiàn)，但治療過程中由于常規(guī)醫(yī)用直線加速器最大照射野40 cm×40 cm的限制進(jìn)行兩中心照射的人為移床不可避免。

TOMO放療技術(shù)近來在國內(nèi)正大規(guī)模推廣，其靶區(qū)的CI和HI的優(yōu)勢也得到了廣泛認(rèn)可，且可以減少OAR受劑量。本研究采用螺旋斷層放射治療技術(shù)來實施全腦全脊髓患者的治療時，TOMO組計劃靶區(qū)PTV的CI、HI、V107、Dmax優(yōu)于VMAT組和IMRT(5野)組放療計劃；TOMO組放療計劃OAR受照射劑量低于VMAT組和IMRT(5野)組計劃，與Myers等人研究結(jié)果表明的TOMO放療技術(shù)優(yōu)于傳統(tǒng)的放射治療方式相同[11]。但目前低劑量區(qū)體積的生物學(xué)效應(yīng)還未明確[12]，有待于進(jìn)一步的研究。

TOMO放療系統(tǒng)的最大照射范圍為160 cm×40 cm[13]，故本文選取病例靶區(qū)PTV的放射治療可以一次完成，減少了VMAT組和IMRT(5野)組中由于兩個中心治療過程中移床所帶來的人為誤差；在臨床實際治療中，TOMO組計劃治療時間長，其中靶區(qū)長度70 cm患者，治療時間15 min左右，再加上治療前的圖像引導(dǎo)，完成一次全腦全脊髓的放射治療需要20 min以上時間[14]，這對兒童患者的治療是相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。VMAT組和IMRT(5野)組計劃治療時需要兩次擺位，雖然不同的放射治療技師擺位時間略有不同，但整體的時間仍然小于TOMO組計劃。

綜上所述，對于髓母細(xì)胞瘤的全腦全脊髓放射治療，本研究表明TOMO計劃在劑量分布上優(yōu)于VMAT組和IMRT(5野)組計劃，但其治療時機器跳數(shù)和治療時間明顯增加。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，在不久的將來TOMO技術(shù)在保持劑量學(xué)優(yōu)勢的同時治療時間也會逐漸降低。

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Dosimetricanalysisofthreekindsofirradiationtechniqueinradiotherapyofmedulloblastoma

WANGHelong，YUNWeikang，WANGYewei，F(xiàn)ENGLina，BAIYanling

Department of Radiation Physics，Harbin Medical University Cancer Hospital，Harbin 150081，China

ObjectiveWe aimed to explore the difference of dosimetry among intensity modulated radiation therapy(IMRT)，volumetric modulated arc therapy(VMAT)and helical tomotherapy(TOMO)in the radiotherapy of medulloblastoma.MethodsTen children′s patients with the medulloblastoma were selected and designed in this study.A clinically feasible radiotherapy plan was designed for IMRT(5 fields)，VMAT and TOMO.Conformality index(CI)，homogeneity index(HI)，V107，maximum dose(Dmax)，organ at risk(OAR)dose-volume level，monitor units and treatment time were used to analyze in these groups.ResultsCI，HI，V107，Dmaxand OAR of target areas were significantly superior to VMAT and IMRT in the TOMO group of target PTV for whole brain full radiotherapy.The organ at risk dose-volume level in the TOMO group was lower than that in VMAT and IMRT(5 fields)groups(P<0.05).The TOMO group also had the most monitor units and the longest treatment time(P<0.05).Hence，the patients in the TOMO group could irradiate completely the whole brain and full spinal cord without moving treatment couch to avoid the error from the man-made movement in VMAT and IMRT(5 fields)treatments.ConclusionIn the radiotherapy of medulloblastoma，the dose distribution of patients in the TOMO group are superior to the VMAT and IMRT groups(5 fields).However，the number of monitor units and treatment time is significantly increased during treatment，and its clinical effect needed to be further studies.

Intensity modulated radiation therapy；Volumetric modulated arc therapy；Helical tomotherapy

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放射物理科(哈爾濱 150081)

王赫隆，男，(1987-)，碩士，助理工程師，從事劑量學(xué)方面的研究。

白彥靈，E-mail：baiyl2126@126.com

R451

A

10.11904/j.issn.1002-3070.2017.05.009

(收稿：2017-03-30)