叢小虎 解傳濱* 徐壽平 葛瑞剛 鞏漢順 戴相昆 曲寶林

全中樞照射(craniospinal irradiation，CSI)又稱為全腦全脊髓放射治療，是一種用于生殖細胞瘤、髓母細胞瘤等腫瘤治療的重要方法。由于CSI特有的超長靶區(qū)及計劃靶區(qū)鄰近較多危及器官(organ at risk，OAR)，對常規(guī)加速器放射治療技術提出了挑戰(zhàn)。常規(guī)加速器調強放射治療技術的應用雖然使得CSI OAR受量相比過去顯著降低，但由于需要多個治療中心，帶來了射野銜接區(qū)劑量的不確定性以及治療時間過長的問題[1]。

螺旋斷層放射治療系統(tǒng)(Tomotherapy system TOMO)的出現(xiàn)給CSI帶來了新的可能性。螺旋斷層治療(helical tomotherapy，HT)技術可以利用一個中心單次擺位即完成整個放射治療過程，相對于常規(guī)加速器三維適形及調強計劃，不存在超長靶區(qū)接野帶來的劑量不確定性，而且其強大的調制能力能夠有效的降低計劃OAR的受量[2-3]。曲寶林等[4]對CSI螺旋斷層放射治療進行了相關研究，相比于常規(guī)加速器，螺旋斷層放射治療計劃在達到更好的靶區(qū)適形度和均勻性的同時，能夠有效降低靶區(qū)周圍OAR劑量，更適合于CSI的應用。

近年來，螺旋放射治療(Tomo HD)在原螺旋斷層調強技術基礎上發(fā)展出了斷層徑照(tomodirect，TD)技術[5]。TD技術通過1～12個靜態(tài)照射角度，結合螺旋斷層放射治療系統(tǒng)特有的二元氣動多葉準直器(multi-leaf collimator，MLC)，配合治療床連續(xù)移動完成整個放射治療過程，能夠在保證放射治療計劃靶區(qū)適形與均勻照射的同時，實現(xiàn)對周邊OAR的較好保護，是一種具有高度調制能力的新型放射治療技術，其在CSI應用國內已有相關報道[6-8]。對于女性CSI治療過程中卵巢保護是一個很重要的問題[9]。解傳濱等[7]進行了基于HT與TD兩種技術的分段式計劃方法在女性CSI應用中的可行性探討，Tomo HD分段式計劃對于女性CSI卵巢保護具有一定的臨床應用價值。本研究旨在通過對兩種計劃設計方法進行比較分析，探討基于HT與TD兩種技術在實施女性CSI中不同計劃設計方法的劑量學差異，以期為臨床應用提供技術參考。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

回顧性選取2015年1月至2017年12月在解放軍總醫(yī)院第一臨床中心放射治療科接受CSI治療的10例女性患者，其中生殖細胞瘤5例，髓母細胞瘤5例。按照對10例病例卵巢區(qū)域保護方式不同，將計劃分為對照租和觀察組，每組各設計10例治療計劃。對照組采用常規(guī)HT計劃，使用射野屏蔽方法對卵巢區(qū)域進行保護；觀察組采用HT與TD分段計劃方式，即上段計劃采用HT技術，下段計劃采用TD技術實現(xiàn)對卵巢區(qū)域保護。

1.2 儀器設備

圖像掃描采用Siemens放射治療專用大孔徑模擬定位CT(德國Siemens公司)；采用Pinnacle計劃系統(tǒng)(Ver10.0，荷蘭Philips公司)醫(yī)生工作站進行靶區(qū)勾畫；兩組計劃均采用Tomotherapy計劃系統(tǒng)(Ver2.1.2，美國Accuray公司)進行計劃設計。

1.3 靶區(qū)定義與處方劑量

由同一名醫(yī)生通過Pinnacle醫(yī)生工作站在CT影像上完成全腦全脊髓臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)勾畫，在CTV基礎上外擴5 mm得到計劃靶區(qū)(planning target volume，PTV)，將皮膚輪廓Body減去PTV命名為正常組織(normal tissue，NT)，勾畫靶區(qū)周邊主要OAR，如眼球、晶體、口腔、腮腺、肺、心臟、肝臟及腎臟等。由于全中樞腫瘤好發(fā)于少年兒童，卵巢精確勾畫具有較大難度，因此將卵巢可能區(qū)域作為一個保護結構單獨命名為VIP進行重點保護。PTV處方劑量為36 Gy/20 f。

1.4 治療方法

所有患者均采用仰臥位，雙手十指交叉置于胸骨下緣腹前位置，采用S型頭頸肩、熱塑體模+一體板固定，并將熱塑體膜上緣折返以固定手臂。CT掃描范圍自頭頂至股骨上段，掃描層厚為5 mm。

1.5 計劃設計

全中樞腫瘤計劃均采用Tomotherapy計劃系統(tǒng)進行計劃設計。將全中樞腫瘤患者圖像和勾畫結構由Pinnacle醫(yī)生工作站傳到Tomotherapy計劃系統(tǒng)進行計劃設計。對10例病例分別設計對照組、觀察組兩組計劃。

(1)對照組采用HT技術，計劃參數(shù)為鉛門寬度5 cm、螺距0.43及調制因子2.0。為限制VIP劑量，對照組計劃添加半遮擋“block”用于限制卵巢區(qū)域劑量。

(2)觀察組采用HT與TD分段計劃方式，以第三腰椎水平為界，上段采取HT技術設計計劃，計劃參數(shù)設置同對照組參數(shù)一致；下段采取TD技術，添加90°、270°兩水平對穿射野，鉛門寬度2.5 cm、螺距0.25、調制因子2.0。分段計劃完成后需應用系統(tǒng)自帶Summation功能模塊將兩段計劃進行融合來評估靶區(qū)劑量，確保兩段計劃銜接處無劑量冷點熱點出現(xiàn)。

(3)兩組計劃均要求處方劑量覆蓋靶區(qū)體積95%(V95%)以上，并盡可能限制VIP最大劑量。

1.6 計劃評估

治療計劃設計完成后，評估各組計劃靶區(qū)及OAR受量，機器執(zhí)行效率等。本研究靶區(qū)劑量學評估包括適形度指數(shù)(conformal index，CI)及均勻性指數(shù)(homogeneity index, HI)[10]。其CI的計算為公式1：

式中TVPV為設計計劃靶區(qū)所占處方劑量的體積，TV為計劃給予處方劑量靶區(qū)體積，PV為處方劑量所包含的總體積。靶區(qū)CI值越接近1，為計劃靶區(qū)的適形度越好。

HI的計算為公式2：

式中D5%指5%靶區(qū)體積對應的照射劑量；D95%為95%靶區(qū)體積對應照射劑量；靶區(qū)HI值越小，越接近1，表示計劃靶區(qū)的均勻度越好。

1.7 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 22.0軟件對兩組計劃進行數(shù)據(jù)分析，行配對樣本t檢驗，數(shù)據(jù)分析結果用平均值±標準差表示，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 靶區(qū)劑量學比較

兩組計劃靶區(qū)劑量學比較。CI指數(shù)：對照組計劃由于采用單一HT技術計劃CI顯著優(yōu)于觀察組計劃，差異具有統(tǒng)計學意義(t=5.501，P＜0.05)；HI指數(shù)：觀察組計劃HI好于對照組，差異具有統(tǒng)計學意義(t=3.044，P＜0.05)，見表1。

2.2 OAR劑量學比較

由于觀察組計劃靶區(qū)上半段晶體、眼球和肺采用的是螺旋斷層調強放射治療技術，與對照組計劃相比靶區(qū)上半段所涉及OAR受量均值接近，差異均無統(tǒng)計學意義。對于靶區(qū)外正常組織NT平均劑量，對照組低于觀察組，差異具有統(tǒng)計學意義(t=-3.978，P＜0.05)；而對于VIP的保護，觀察組計劃具有明顯的優(yōu)勢，且差異具有統(tǒng)計學意義(t=6.298，P＜0.05)，見表2和表3。

表1 兩組計劃方式靶區(qū)劑量學比較

表1 兩組計劃方式靶區(qū)劑量學比較

注：表中PTV為計劃靶區(qū)；D2%、D5%、D50%、D95%、D98%和V100%分別為2%、5%、50%、95%、98%和100%靶區(qū)體積對應的照射劑量；CI為適形度指數(shù)；HI為均勻性指數(shù)。

?

表2 OAR晶體、眼球和肺劑量學比較

表2 OAR晶體、眼球和肺劑量學比較

注：表中Dmax為OAR計劃對應最大劑量；Dmean為OAR計劃對應平均劑量；V5、V20為5 Gy、20 Gy劑量對應計劃OAR百分體積。

?

表3 OAR小腸、NT和VIP劑量學比較

表3 OAR小腸、NT和VIP劑量學比較

注：表中Dmax為OAR計劃對應最大劑量；Dmean為OAR計劃對應平均劑量；V5、V10、V20為5 Gy、10 Gy、20 Gy劑量對應計劃OAR百分體積；NT為皮膚輪廓Body減去PTV；VIP為卵巢保護區(qū)域。

?

2.3 機器執(zhí)行效率比較

機器執(zhí)行效率包含機器出束跳數(shù)(monitor units，MU)和計劃治療時間(treatment time，TT)兩個重要參數(shù)。對照組和觀察組計劃MU分別為(7929.2±1095.4)MU和(10712.8±2264.5)MU，差異具有統(tǒng)計學意義(t=-5.061，P＜0.05)；對照組和觀察組的計劃治療時間分別為(560.8±76.1)s和(780.5±156.9)s，且差異具有統(tǒng)計學意義(t=-5.823，P＜0.05)。

3 討論

原發(fā)中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤絕大多數(shù)患者手術后需要進行放射治療，CSI由于照射范圍較廣，極大超出常規(guī)直線加速器放射治療射野范圍大小，常規(guī)加速器放射治療一般采用三維適形放射治療(three dimensional conformal radiation therapy，3D-CRT)或調強放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)計劃來進行多中心計劃設計[11]。由于單中心很難實現(xiàn)照射范圍覆蓋整個靶區(qū)，需要添加多個中心通過射野銜接來進行計劃設計，不可避免的帶來了射野銜接處冷熱點的出現(xiàn)。Tomo HD照射范圍是40 cm×160 cm，一次照射即可完成全中樞超長靶區(qū)的照射，且能夠保證靶區(qū)劑量均勻，有效解決了常規(guī)加速器治療射野銜接處劑量不均勻的問題[12]。Tomo HD具有高度的射線調制能力，能夠更好的對OAR進行保護。Tomo HD常規(guī)計劃設計可以通過手工添加“屏蔽區(qū)”或對某一器官設置射野全擋(complete)或半擋(directional)方式限制相應區(qū)域射線的輸出，計劃執(zhí)行過程中通過閉合二元氣動光柵來實現(xiàn)對OAR的保護。但由于遮擋部分射線無法有效利用，使系統(tǒng)出束效率降低。在螺旋斷層調強技術基礎上推出的TD技術通過固定治療角度出束，通過MLC優(yōu)化來實現(xiàn)束流強度調制，射線利用率相對較高。

TD技術作為螺旋斷層放射治療技術的補充，最早在乳腺癌放射治療過程中體現(xiàn)了其特殊優(yōu)勢[13-16]。隨著臨床應用不斷拓展，TD技術在其他腫瘤放射治療中的應用被報道并推廣。杜樂輝等[17]對TD技術在中下段食管癌放射治療中的應用進行分析，并與常規(guī)IMRT技術做比較，其結果顯示，TD技術在靶區(qū)劑量分布及對全肺的保護上具有明顯的優(yōu)勢，但計劃的實施效率相較于采用IMRT技術計劃略有下降。戴相昆等[18]對TD技術在非小細胞肺癌放射治療中的應用做了研究，其結果顯示，相比于IMRT技術，在達到近乎相當?shù)陌袇^(qū)劑量分布基礎上，TD技術可以更好的保護健側肺、心臟以及脊髓等OAR。徐英杰等[8]對全腦全脊髓病例分別設計3野TD、5野TD及螺旋斷層三種治療計劃，其研究結果表明，5野TD計劃在臨床劑量學上有一定優(yōu)勢，能降低OAR低劑量區(qū)范圍，同時保證靶區(qū)劑量滿足要求。而對于女性患者卵巢保護的問題，20世紀90年代國內就有學者提出其必要性，但由于女童患者卵巢位置確定困難，以及常規(guī)治療技術的限制，大多數(shù)單位在進行CSI過程中并未考慮對卵巢的保護[9]。

本研究中將CSI女性患者卵巢區(qū)域保護作為重點，比較了螺旋斷層放射治療系統(tǒng)兩種不同計劃方式的劑量學差異，其研究結果顯示，下段采用TD左右對穿技術的觀察組計劃相比單純應用螺旋斷層調強技術的對照組計劃能更好的限制卵巢區(qū)域最大劑量，進而有效保護女性CSI患者卵巢功能，在特定計劃設計中有其獨特優(yōu)勢。但由于觀察組計劃的下段靶區(qū)采用了左右對穿的TD方式，因此其靶區(qū)適形度明顯較低。而對照組計劃在設計過程中為實現(xiàn)對卵巢區(qū)域最大可能的保護采取了添加遮擋屏蔽的限制，一定程度上造成靠近卵巢區(qū)域部分靶區(qū)劑量不足的情況。而觀察組計劃上段靶區(qū)均采用了螺旋斷層旋轉照射的治療方式，因此所涉及OAR與對照組計劃相差不大，均能滿足臨床劑量限制要求。

TD技術在女性卵巢保護計劃中發(fā)揮了重要作用，但對于靶區(qū)兩側由于左右對穿所帶來的正常組織受照劑量明顯增加的問題應該予以關注。同時由于觀察組計劃采用分段照射方式，在治療實施過程中，需進行兩次MVCT掃描來保證治療精度，因此建議在縱軸方向取相同校準值，以盡可能降低由于體位誤差帶來的實施劑量疊加不確定性。

TD技術是一種引入臨床的新型治療技術，其應用對于女性CSI卵巢保護患者計劃體現(xiàn)出一定優(yōu)勢，而分段式計劃方式為女性CSI患者提供了一種新選擇。