解傳濱 徐壽平 俞 偉 曲寶林* 鞠忠建 葛瑞剛 鞏漢順 徐 偉 叢小虎

容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)行全骨髓照射的可行性研究*

解傳濱①徐壽平①俞 偉①曲寶林①*鞠忠建①葛瑞剛①鞏漢順①徐 偉①叢小虎①

目的：探討RapidArc容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)(VMAT)行全骨髓照射(TMI)的可行性及其劑量學(xué)特點。方法：選取8例已行全身掃描的患者，照射靶區(qū)包括除前臂和手以外的全身骨髓，采用Eclipse 10.0計劃系統(tǒng)自動勾畫模塊進(jìn)行靶區(qū)勾畫并外放3 mm生成PTV，處方劑量為12 Gy/10 F，采用單弧多中心銜接的方法設(shè)計旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療計劃。治療計劃的劑量驗證采用ArcCHECK驗證系統(tǒng)，通過劑量體積直方圖(DVH)評價和分析靶區(qū)和危及器官的劑量分布，并評估治療計劃的總機(jī)器跳數(shù)(MU)和治療時間，通過分析各部位劑量驗證的通過率評估其臨床實施的安全性及準(zhǔn)確性。結(jié)果：容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)全骨髓照射計劃的靶區(qū)平均Dmean、Dmax分別為12.85 Gy和14.85 Gy，平均D1、D99分別為11.25 Gy和13.77 Gy，除腦、眼球、口腔及腮腺等頭頸部器官外，其他器官Dmean均＜6 Gy，平均機(jī)器跳數(shù)和計劃實施時間為2608 MU、30 min，頭頸、胸腹及盆腔3部分的計劃驗證通過率分別為(98.9±1.9)%、(98.4±1.8)%及(97.4±2.1)%。結(jié)論：RapidArc技術(shù)能較好地實現(xiàn)全骨髓照射且實現(xiàn)射野間的無縫銜接，具有較高的射線利用率，可以應(yīng)用于全骨髓的臨床照射。

骨髓移植；全骨髓照射；容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療

解傳濱,男,(1983- ),碩士，主管技師。解放軍總醫(yī)院放療科，研究方向：醫(yī)學(xué)物理和腫瘤精確放療。

[First-author’s address]Department of Radiation Oncology, PLA General Hospital, Beijing 100853, China.

在骨髓移植或造血干細(xì)胞移植的預(yù)處理方案中，全身照射(total body irradiation，TBI)已廣泛用于某些白血病、惡性淋巴瘤和晚期全身轉(zhuǎn)移的惡性腫瘤的治療[1-2]。由于傳統(tǒng)照射方法使正常器官受量過大而致較多的并發(fā)癥，近年螺旋斷層放射治療(helical tomotherapy，HT)技術(shù)作為一種新型旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)治療技術(shù)開始用于TBI，以其高度的靶區(qū)適形度、均勻性以及對正常器官的最大限度保護(hù)克服了傳統(tǒng)方法的缺點[3-5]。但由于其較長的出束時間帶來的過度機(jī)器損耗以及患者治療時體位的移動給臨床實施帶來挑戰(zhàn)。而新興的容積弧形調(diào)強(qiáng)放射治療(volumetric intensity modulated arc therapy，VMAT)在普通加速器上實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)的治療方式，同時配合影像引導(dǎo)技術(shù)，實現(xiàn)了治療的高效性和準(zhǔn)確性，使其在全身照射的臨床應(yīng)用成為可能。本研究選取8例在醫(yī)院接受全身CT掃描的患者圖像，對RapidArc在全身照射應(yīng)用中的劑量學(xué)特性進(jìn)行初步的臨床分析，為臨床應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的選擇提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料與定位方法

選取2012年6月至2013年6月在解放軍總醫(yī)院接受全身CT掃描的8例患者圖像，其中男性5例，女性3例。所有患者均采用仰臥位，S型頭頸肩-熱塑體模-般資料體板固定，掃描范圍自頭頂至股骨中段，掃描層厚為5 mm。

1.2 靶區(qū)定義與處方劑量

患者靶區(qū)要求包括除前臂和手以外的所有骨髓，應(yīng)用Eclipse 10.0計劃系統(tǒng)自動勾畫模塊進(jìn)行全身骨骼的定義生成并以此作為臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)，并外放3 mm生成計劃靶區(qū)(planing target volume，PTV)，其中正常器官包括全腦、眼球、晶體、口腔、腮腺、肺、心臟、肝臟、胃、小腸、腎臟、膀胱及直腸等。處方劑量為12 Gy/10 F。

1.3 計劃設(shè)計與評估方法

采用瓦里安Eclipse 10.0計劃系統(tǒng)、Clincal IX5230直線加速器6 MV X射線對病例制定VMAT計劃，計劃設(shè)計采用單弧330o多中心銜接的方法，為實現(xiàn)對靶區(qū)更好的旋轉(zhuǎn)覆蓋，機(jī)頭旋轉(zhuǎn)90o并根據(jù)實際情況設(shè)定Y軸方向鉛門寬度，而X軸鉛門采用動態(tài)調(diào)強(qiáng)的推薦寬度為15 cm。為避免射野銜接處冷熱點的出現(xiàn)，各相鄰射野重疊≥2 cm，照射弧角度為順時針195～165o，逆時針165～195o，并采用順-逆-順相接的方式以提高計劃的實施效率(如圖1所示)。計劃完成后通過劑量體積直方圖DVH評價和分析靶區(qū)和危及器官的劑量分布，并評估治療計劃的總機(jī)器跳數(shù)(MU)和治療時間。

圖1 單弧多中心容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療計劃影像圖

1.4 劑量驗證

治療計劃的劑量驗證采用ArcCheck驗證模體Merge方式分頭頸、胸腹和盆腔3部分進(jìn)行，每部分包括3個照射弧，以中間弧的中心作為原點制定驗證計劃，驗證實施過程中按照相鄰照射弧中心的距離移動治療床以實現(xiàn)3個銜接照射弧的整體數(shù)據(jù)采集(如圖2所示)。

圖2 頭頸部ArcCheck模體merge驗證計劃示圖

2 結(jié)果

8例患者的PTV平均體積為6386.5 cm3，平均高度為99.3 cm，平均最大寬度為36.8 cm。容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)全骨髓照射計劃的靶區(qū)平均Dmean、Dmax分別為12.85 Gy、14.85 Gy，平均D1、D99分別為11.25 Gy、13.77 Gy，實現(xiàn)了處方劑量對靶區(qū)的較好覆蓋。正常器官的受量情況見表1，除腦、眼球、口腔及腮腺等頭頸部器官平均劑量稍高外，其他器官均＜50%的處方劑量(6 Gy)。

表1 各危及器官的劑量統(tǒng)計結(jié)果

表1 各危及器官的劑量統(tǒng)計結(jié)果

器官DminDmaxDmean腦1.94±0.1815.77±0.507.93±0.56眼睛3.32±0.6714.14±0.837.58±0.95眼晶體3.38±0.684.44±0.763.70±0.64口腔3.08±1.5613.03±5.267.98±3.58腮腺3.47±0.4913.84±0.907.01±0.83肺3.50±0.4414.99±0.487.65±0.40心臟3.45±0.5913.22±1.236.93±1.05肝臟2.31±0.5514.41±0.286.00±0.30胃2.80±0.6512.12±2.395.30±0.50腎臟2.56±0.3512.11±1.335.13±0.54腸1.87±0.3213.66±1.045.87±0.55膀胱2.36±0.4413.65±0.525.41±0.61直腸2.80±0.1912.72±2.114.99±0.69

處方劑量線在較好覆蓋靶區(qū)的同時實現(xiàn)了對周圍正常器官的避讓，在8例患者平均劑量-體積直方圖(dose volume histograms，DVH)中同樣得到充分的體現(xiàn)(如圖3所示)，等劑量曲線分布如圖4所示。

圖3 8例患者的平均DVH

圖4 等劑量曲線分布圖

8例患者計劃的平均機(jī)器跳數(shù)為2608 MU，計劃平均實施時間為30 min。頭頸、胸腹、盆腔3個部位的驗證測量結(jié)果與計算結(jié)果進(jìn)行分析，采用3 mm，3%的標(biāo)準(zhǔn)得到的r通過率分別為(98.9±1.9)%、(98.4±1.8)%、(97.4±2.1)%(如圖5所示)。

圖5 某患者的頭頸部驗證分析圖

3 討論

眾多臨床研究結(jié)果表明，進(jìn)一步增加全身照射劑量可以降低白血病患者經(jīng)異基因移植后的復(fù)發(fā)率，但是與TBI治療相關(guān)的并發(fā)癥同樣也會增加，包括白內(nèi)障，間質(zhì)性肺炎，兒童生長發(fā)育遲緩，繼發(fā)性腫瘤等，這就否定了其潛在提高生存率的優(yōu)勢[6-13]。因此，為了提高治愈率、降低治療的不良反應(yīng)，發(fā)展一種更加適形的TBI技術(shù)毫無疑問是必需的[14]。本研究對全骨髓照射的單弧多中心銜接旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)治療，包括全骨髓照射計劃設(shè)計方法、計劃評價及劑量驗證等進(jìn)行分析探討。采用VMAT照射方法，相對于傳統(tǒng)的TBI技術(shù)，在提高了靶區(qū)劑量的同時進(jìn)一步減少了周圍正常組織和器官的受量，不僅可降低周圍正常組織相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生率，也為進(jìn)一步提升處方劑量提供了依據(jù)。

Aydogan等[15]在普通加速器上采用了三中心、每中心九野的布野方式，需完成3個計劃的優(yōu)化，其最大治療長度為90～110 cm，因而存在兩個計劃的劑量銜接問題，而該研究中的多中心是在同一個計劃中完成，在計劃以及驗證的劑量分布上無冷熱點的出現(xiàn)，正如圖4所示的綠色定位線即為兩野銜接區(qū)域，其計算值與測量值表現(xiàn)出了高度的一致性，真正實現(xiàn)了射野間的無縫銜接。Wilkie等[16]采用三段法模體計劃共需5631 MU，整個實施過程為1 h，PTV的劑量分布為1018～1494 cGy，靶區(qū)劑量均勻性與本研究方法相當(dāng)，但在計劃的實施效率上提高了50%，而其危及器官劑量都非常接近。因此，與普通調(diào)強(qiáng)技術(shù)相比，單弧多中心旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)技術(shù)可以保證更好的靶區(qū)劑量分布，更低的危及器官劑量。

由于全骨髓照射靶區(qū)的最大寬度接近40 cm，為了實現(xiàn)照射野在旋轉(zhuǎn)過程中對靶區(qū)較高的覆蓋度，從而提高其對復(fù)雜靶區(qū)的調(diào)制能力，在計劃的設(shè)計時將機(jī)頭角度進(jìn)行了90o的旋轉(zhuǎn)設(shè)置，使得最大開度為40 cm的Y軸鉛門與旋轉(zhuǎn)弧的切線方向垂直，進(jìn)而實現(xiàn)單弧照射即可達(dá)到較好劑量分布的效果。但由于多葉光柵(MLC)運動方向(X軸)的鉛門寬度在旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)過程中最大只能達(dá)到15 cm，為了實現(xiàn)對照射靶區(qū)長度的全覆蓋，采用增加照射中心的方法，然而卻給技師的治療擺位帶來挑戰(zhàn)。

本研究在計劃的劑量驗證時將人體分為頭頸、胸腹和盆腔3部分進(jìn)行，并且每部分包括原計劃的3個照射弧，由于每部照射長度超出了驗證模體的長度，為解決模體散射條件對通過率的影響，采用了ArcCHECK模體的融合功能，將驗證長度增加到36 cm，從而完成了對治療計劃進(jìn)行全面的驗證，尤其是在重點關(guān)注的射野重疊部分進(jìn)行仔細(xì)分析，得到較高的通過率。本研究充分證明，單弧多中心旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)方法具有準(zhǔn)確性與安全性。

綜上所述，RapidArc單弧多中心旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)能較好地實現(xiàn)全骨髓照射且實現(xiàn)射野間的無縫銜接，并具有較高的射線利用率，可以應(yīng)用于全骨髓的臨床照射。

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The feasibility study on total marrow irradiation with rapid arc volumetric arc therapy/

XIE Chuan-bin, XU Shou-ping, YU Wei, et al// China Medical Equipment,2014,11(12):118-121.

Objective:To explore the feasible and dosimetry characteristics of a volumetric arc therapy (VMAT) total marrow irradiation (TMI) technique for patients with hematologic malignancies.Methods:VMAT planning was performed for 8 patients using RapidArc technology. The planning target volume consisted of all the bones in the body from the head to the mid-femur, excluding the extremities, except for the humerus, plus a 3.0-mm margin. The plans were prescribed to ensure, at a minimum, 95% planning target volume dose coverage with the prescription dose(12 Gy/10 F). The treatments were delivered and verified using ArcCHECK measurements. The plans were evaluated using isodose plots, dose volume histograms, dose homogeneity indexes, total MU and treatment times.Results:The VMAT-TMI technique reported in the present study provided preferable dose distributions, The average mean dose and maximum dose for PTV were 12.85 Gy and 14.85 Gy, The average D1 and D99 were 11.25 Gy and 13.77 Gy. The mean dose for organs were less than 6 Gy beside the head and neck organs such as brian,eye,oral cavity and paritid. The machine MU and treatment delivery time were 2608 MU and 16.5 minutes. the γ-analysis pass rate for head-neck, chest-abdomen, pelvic were 98.9%±1.9%,98.4%±1.8%,97.4%±2.1% for all RapidArc plans.Conclusion:The RapidArc VMAT technique improved the treatment planning and achieved seamlessly between the beams, most importantly, treatment delivery efficiency. The results from our study suggest that the RapidArc VMAT technology can be expected to facilitate the clinical transition of TMI.

Hematologic malignancies; Total marrow irradiation; TMI, Volumetric arc therapy;

1672-8270(2014)12-0118-04

R730.55

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.12.045

2014-01-16

解放軍總醫(yī)院科技創(chuàng)新苗圃基金項目(13KMM09)“基于旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)全身照射新技術(shù)的臨床研究”

①解放軍總醫(yī)院放療科 北京 100853

*通訊作者：qubl@sohu.com