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(xì)胞瘤、髓母細(xì)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(jì)劃靶區(qū)鄰近較多危及器官(organ at risk，OAR)，對(duì)常規(guī)加速器放射治療技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。常規(guī)加速器調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)的應(yīng)用雖然使得CSI OAR受量相比過去顯著降低，但由于需要多個(gè)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(shí)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(shù)可以利用一個(gè)中心單次擺位即完成整個(gè)放射治療過程，相對(duì)于常規(guī)加速器三維適形及調(diào)強(qiáng)計(jì)劃，不存在超長靶區(qū)接野帶來的劑量不確定性，而且其強(qiáng)大的調(diào)制能力能夠有效的降低計(jì)劃OAR的受量[2-3]。曲寶林等[4]對(duì)CSI螺旋斷層放射治療進(jìn)行了相關(guān)研究，相比于常規(guī)加速器，螺旋斷層放射治療計(jì)劃在達(dá)到更好的靶區(qū)適形度和均勻性的同時(shí)，能夠有效降低靶區(qū)周圍OAR劑量，更適合于CSI的應(yīng)用。

近年來，螺旋放射治療(Tomo HD)在原螺旋斷層調(diào)強(qiáng)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展出了斷層徑照(tomodirect，TD)技術(shù)[5]。TD技術(shù)通過1～12個(gè)靜態(tài)照射角度，結(jié)合螺旋斷層放射治療系統(tǒng)特有的二元?dú)鈩?dòng)多葉準(zhǔn)直器(multi-leaf collimator，MLC)，配合治療床連續(xù)移動(dòng)完成整個(gè)放射治療過程，能夠在保證放射治療計(jì)劃靶區(qū)適形與均勻照射的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊OAR的較好保護(hù)，是一種具有高度調(diào)制能力的新型放射治療技術(shù)，其在CSI應(yīng)用國內(nèi)已有相關(guān)報(bào)道[6-8]。對(duì)于女性CSI治療過程中卵巢保護(hù)是一個(gè)很重要的問題[9]。解傳濱等[7]進(jìn)行了基于HT與TD兩種技術(shù)的分段式計(jì)劃方法在女性CSI應(yīng)用中的可行性探討，Tomo HD分段式計(jì)劃對(duì)于女性CSI卵巢保護(hù)具有一定的臨床應(yīng)用價(jià)值。本研究旨在通過對(duì)兩種計(jì)劃設(shè)計(jì)方法進(jìn)行比較分析，探討基于HT與TD兩種技術(shù)在實(shí)施女性CSI中不同計(jì)劃設(shè)計(jì)方法的劑量學(xué)差異，以期為臨床應(yīng)用提供技術(shù)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(xì)胞瘤5例，髓母細(xì)胞瘤5例。按照對(duì)10例病例卵巢區(qū)域保護(hù)方式不同，將計(jì)劃分為對(duì)照租和觀察組，每組各設(shè)計(jì)10例治療計(jì)劃。對(duì)照組采用常規(guī)HT計(jì)劃，使用射野屏蔽方法對(duì)卵巢區(qū)域進(jìn)行保護(hù)；觀察組采用HT與TD分段計(jì)劃方式，即上段計(jì)劃采用HT技術(shù)，下段計(jì)劃采用TD技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)卵巢區(qū)域保護(hù)。

1.2 儀器設(shè)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(jì)劃系統(tǒng)(Ver10.0，荷蘭Philips公司)醫(yī)生工作站進(jìn)行靶區(qū)勾畫；兩組計(jì)劃均采用Tomotherapy計(jì)劃系統(tǒng)(Ver2.1.2，美國Accuray公司)進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)。

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(chǔ)上外擴(kuò)5 mm得到計(jì)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(gè)保護(hù)結(jié)構(gòu)單獨(dú)命名為VIP進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)。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(jì)劃設(shè)計(jì)

全中樞腫瘤計(jì)劃均采用Tomotherapy計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)。將全中樞腫瘤患者圖像和勾畫結(jié)構(gòu)由Pinnacle醫(yī)生工作站傳到Tomotherapy計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)。對(duì)10例病例分別設(shè)計(jì)對(duì)照組、觀察組兩組計(jì)劃。

(1)對(duì)照組采用HT技術(shù)，計(jì)劃參數(shù)為鉛門寬度5 cm、螺距0.43及調(diào)制因子2.0。為限制VIP劑量，對(duì)照組計(jì)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(jì)劃方式，以第三腰椎水平為界，上段采取HT技術(shù)設(shè)計(jì)計(jì)劃，計(jì)劃參數(shù)設(shè)置同對(duì)照組參數(shù)一致；下段采取TD技術(shù)，添加90°、270°兩水平對(duì)穿射野，鉛門寬度2.5 cm、螺距0.25、調(diào)制因子2.0。分段計(jì)劃完成后需應(yīng)用系統(tǒng)自帶Summation功能模塊將兩段計(jì)劃進(jìn)行融合來評(píng)估靶區(qū)劑量，確保兩段計(jì)劃銜接處無劑量冷點(diǎn)熱點(diǎn)出現(xiàn)。

(3)兩組計(jì)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(jì)劃評(píng)估

治療計(jì)劃設(shè)計(jì)完成后，評(píng)估各組計(jì)劃靶區(qū)及OAR受量，機(jī)器執(zhí)行效率等。本研究靶區(qū)劑量學(xué)評(píng)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(jì)算為公式1：

式中TVPV為設(shè)計(jì)計(jì)劃靶區(qū)所占處方劑量的體積，TV為計(jì)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(jì)劃靶區(qū)的適形度越好。

HI的計(jì)算為公式2：

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

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 22.0軟件對(duì)兩組計(jì)劃進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)分析結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量學(xué)比較

兩組計(jì)劃靶區(qū)劑量學(xué)比較。CI指數(shù)：對(duì)照組計(jì)劃由于采用單一HT技術(shù)計(jì)劃CI顯著優(yōu)于觀察組計(jì)劃，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=5.501，P＜0.05)；HI指數(shù)：觀察組計(jì)劃HI好于對(duì)照組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=3.044，P＜0.05)，見表1。

2.2 OAR劑量學(xué)比較

由于觀察組計(jì)劃靶區(qū)上半段晶體、眼球和肺采用的是螺旋斷層調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)，與對(duì)照組計(jì)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(jì)學(xué)意義。對(duì)于靶區(qū)外正常組織NT平均劑量，對(duì)照組低于觀察組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-3.978，P＜0.05)；而對(duì)于VIP的保護(hù)，觀察組計(jì)劃具有明顯的優(yōu)勢(shì)，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=6.298，P＜0.05)，見表2和表3。

表1 兩組計(jì)劃方式靶區(qū)劑量學(xué)比較

表1 兩組計(jì)劃方式靶區(qū)劑量學(xué)比較

注：表中PTV為計(jì)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(duì)應(yīng)的照射劑量；CI為適形度指數(shù)；HI為均勻性指數(shù)。

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表2 OAR晶體、眼球和肺劑量學(xué)比較

表2 OAR晶體、眼球和肺劑量學(xué)比較

注：表中Dmax為OAR計(jì)劃對(duì)應(yīng)最大劑量；Dmean為OAR計(jì)劃對(duì)應(yīng)平均劑量；V5、V20為5 Gy、20 Gy劑量對(duì)應(yīng)計(jì)劃OAR百分體積。

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表3 OAR小腸、NT和VIP劑量學(xué)比較

表3 OAR小腸、NT和VIP劑量學(xué)比較

注：表中Dmax為OAR計(jì)劃對(duì)應(yīng)最大劑量；Dmean為OAR計(jì)劃對(duì)應(yīng)平均劑量；V5、V10、V20為5 Gy、10 Gy、20 Gy劑量對(duì)應(yīng)計(jì)劃OAR百分體積；NT為皮膚輪廓Body減去PTV；VIP為卵巢保護(hù)區(qū)域。

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2.3 機(jī)器執(zhí)行效率比較

機(jī)器執(zhí)行效率包含機(jī)器出束跳數(shù)(monitor units，MU)和計(jì)劃治療時(shí)間(treatment time，TT)兩個(gè)重要參數(shù)。對(duì)照組和觀察組計(jì)劃MU分別為(7929.2±1095.4)MU和(10712.8±2264.5)MU，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-5.061，P＜0.05)；對(duì)照組和觀察組的計(jì)劃治療時(shí)間分別為(560.8±76.1)s和(780.5±156.9)s，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)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(shù)后需要進(jìn)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(diào)強(qiáng)放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)計(jì)劃來進(jìn)行多中心計(jì)劃設(shè)計(jì)[11]。由于單中心很難實(shí)現(xiàn)照射范圍覆蓋整個(gè)靶區(qū)，需要添加多個(gè)中心通過射野銜接來進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，不可避免的帶來了射野銜接處冷熱點(diǎn)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(diào)制能力，能夠更好的對(duì)OAR進(jìn)行保護(hù)。Tomo HD常規(guī)計(jì)劃設(shè)計(jì)可以通過手工添加“屏蔽區(qū)”或?qū)δ骋黄鞴僭O(shè)置射野全擋(complete)或半擋(directional)方式限制相應(yīng)區(qū)域射線的輸出，計(jì)劃執(zhí)行過程中通過閉合二元?dú)鈩?dòng)光柵來實(shí)現(xiàn)對(duì)OAR的保護(hù)。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(diào)強(qiáng)技術(shù)基礎(chǔ)上推出的TD技術(shù)通過固定治療角度出束，通過MLC優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)束流強(qiáng)度調(diào)制，射線利用率相對(duì)較高。

TD技術(shù)作為螺旋斷層放射治療技術(shù)的補(bǔ)充，最早在乳腺癌放射治療過程中體現(xiàn)了其特殊優(yōu)勢(shì)[13-16]。隨著臨床應(yīng)用不斷拓展，TD技術(shù)在其他腫瘤放射治療中的應(yīng)用被報(bào)道并推廣。杜樂輝等[17]對(duì)TD技術(shù)在中下段食管癌放射治療中的應(yīng)用進(jìn)行分析，并與常規(guī)IMRT技術(shù)做比較，其結(jié)果顯示，TD技術(shù)在靶區(qū)劑量分布及對(duì)全肺的保護(hù)上具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但計(jì)劃的實(shí)施效率相較于采用IMRT技術(shù)計(jì)劃略有下降。戴相昆等[18]對(duì)TD技術(shù)在非小細(xì)胞肺癌放射治療中的應(yīng)用做了研究，其結(jié)果顯示，相比于IMRT技術(shù)，在達(dá)到近乎相當(dāng)?shù)陌袇^(qū)劑量分布基礎(chǔ)上，TD技術(shù)可以更好的保護(hù)健側(cè)肺、心臟以及脊髓等OAR。徐英杰等[8]對(duì)全腦全脊髓病例分別設(shè)計(jì)3野TD、5野TD及螺旋斷層三種治療計(jì)劃，其研究結(jié)果表明，5野TD計(jì)劃在臨床劑量學(xué)上有一定優(yōu)勢(shì)，能降低OAR低劑量區(qū)范圍，同時(shí)保證靶區(qū)劑量滿足要求。而對(duì)于女性患者卵巢保護(hù)的問題，20世紀(jì)90年代國內(nèi)就有學(xué)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(shù)的限制，大多數(shù)單位在進(jìn)行CSI過程中并未考慮對(duì)卵巢的保護(hù)[9]。

本研究中將CSI女性患者卵巢區(qū)域保護(hù)作為重點(diǎn)，比較了螺旋斷層放射治療系統(tǒng)兩種不同計(jì)劃方式的劑量學(xué)差異，其研究結(jié)果顯示，下段采用TD左右對(duì)穿技術(shù)的觀察組計(jì)劃相比單純應(yīng)用螺旋斷層調(diào)強(qiáng)技術(shù)的對(duì)照組計(jì)劃能更好的限制卵巢區(qū)域最大劑量，進(jìn)而有效保護(hù)女性CSI患者卵巢功能，在特定計(jì)劃設(shè)計(jì)中有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。但由于觀察組計(jì)劃的下段靶區(qū)采用了左右對(duì)穿的TD方式，因此其靶區(qū)適形度明顯較低。而對(duì)照組計(jì)劃在設(shè)計(jì)過程中為實(shí)現(xiàn)對(duì)卵巢區(qū)域最大可能的保護(hù)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(jì)劃上段靶區(qū)均采用了螺旋斷層旋轉(zhuǎn)照射的治療方式，因此所涉及OAR與對(duì)照組計(jì)劃相差不大，均能滿足臨床劑量限制要求。

TD技術(shù)在女性卵巢保護(hù)計(jì)劃中發(fā)揮了重要作用，但對(duì)于靶區(qū)兩側(cè)由于左右對(duì)穿所帶來的正常組織受照劑量明顯增加的問題應(yīng)該予以關(guān)注。同時(shí)由于觀察組計(jì)劃采用分段照射方式，在治療實(shí)施過程中，需進(jìn)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(zhǔn)值，以盡可能降低由于體位誤差帶來的實(shí)施劑量疊加不確定性。

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