容積旋轉調強放射治療技術行全骨髓照射的可行性研究*

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

容積旋轉調強放射治療技術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容積旋轉調強放射治療技術(VMAT)行全骨髓照射(TMI)的可行性及其劑量學特點。方法：選取8例已行全身掃描的患者，照射靶區包括除前臂和手以外的全身骨髓，采用Eclipse 10.0計劃系統自動勾畫模塊進行靶區勾畫并外放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計旋轉調強放射治療計劃。治療計劃的劑量驗證采用ArcCHECK驗證系統，通過劑量體積直方圖(DVH)評價和分析靶區和危及器官的劑量分布，并評估治療計劃的總機器跳數(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確性。結果：容積旋轉調強全骨髓照射計劃的靶區平均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，平均機器跳數和計劃實施時間為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)%。結論：RapidArc技術能較好地實現全骨髓照射且實現射野間的無縫銜接，具有較高的射線利用率，可以應用于全骨髓的臨床照射。

骨髓移植；全骨髓照射；容積旋轉調強放射治療

解傳濱,男,(1983- ),碩士，主管技師。解放軍總醫院放療科，研究方向：醫學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胞移植的預處理方案中，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移的惡性腫瘤的治療[1-2]。由于傳統照射方法使正常器官受量過大而致較多的并發癥，近年螺旋斷層放射治療(helical tomotherapy，HT)技術作為一種新型旋轉調強治療技術開始用于TBI，以其高度的靶區適形度、均勻性以及對正常器官的最大限度保護克服了傳統方法的缺點[3-5]。但由于其較長的出束時間帶來的過度機器損耗以及患者治療時體位的移動給臨床實施帶來挑戰。而新興的容積弧形調強放射治療(volumetric intensity modulated arc therapy，VMAT)在普通加速器上實現了旋轉調強的治療方式，同時配合影像引導技術，實現了治療的高效性和準確性，使其在全身照射的臨床應用成為可能。本研究選取8例在醫院接受全身CT掃描的患者圖像，對RapidArc在全身照射應用中的劑量學特性進行初步的臨床分析，為臨床應用標準的選擇提供參考。

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 靶區定義與處方劑量

患者靶區要求包括除前臂和手以外的所有骨髓，應用Eclipse 10.0計劃系統自動勾畫模塊進行全身骨骼的定義生成并以此作為臨床靶區(clinical target volume，CTV)，并外放3 mm生成計劃靶區(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 計劃設計與評估方法

采用瓦里安Eclipse 10.0計劃系統、Clincal IX5230直線加速器6 MV X射線對病例制定VMAT計劃，計劃設計采用單弧330o多中心銜接的方法，為實現對靶區更好的旋轉覆蓋，機頭旋轉90o并根據實際情況設定Y軸方向鉛門寬度，而X軸鉛門采用動態調強的推薦寬度為15 cm。為避免射野銜接處冷熱點的出現，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評價和分析靶區和危及器官的劑量分布，并評估治療計劃的總機器跳數(MU)和治療時間。

圖1 單弧多中心容積旋轉調強放療計劃影像圖

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3個銜接照射弧的整體數據采集(如圖2所示)。

圖2 頭頸部ArcCheck模體merge驗證計劃示圖

2 結果

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。容積旋轉調強全骨髓照射計劃的靶區平均Dmean、Dmax分別為12.85 Gy、14.85 Gy，平均D1、D99分別為11.25 Gy、13.77 Gy，實現了處方劑量對靶區的較好覆蓋。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計結果

表1 各危及器官的劑量統計結果

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的同時實現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(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器跳數為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果與計算結果進行分析，采用3 mm，3%的標準得到的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

眾多臨床研究結果表明，進一步增加全身照射劑量可以降低白血病患者經異基因移植后的復發率，但是與TBI治療相關的并發癥同樣也會增加，包括白內障，間質性肺炎，兒童生長發育遲緩，繼發性腫瘤等，這就否定了其潛在提高生存率的優勢[6-13]。因此，為了提高治愈率、降低治療的不良反應，發展一種更加適形的TBI技術毫無疑問是必需的[14]。本研究對全骨髓照射的單弧多中心銜接旋轉調強治療，包括全骨髓照射計劃設計方法、計劃評價及劑量驗證等進行分析探討。采用VMAT照射方法，相對于傳統的TBI技術，在提高了靶區劑量的同時進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并發癥的發生率，也為進一步提升處方劑量提供了依據。

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，正如圖4所示的綠色定位線即為兩野銜接區域，其計算值與測量值表現出了高度的一致性，真正實現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，靶區劑量均勻性與本研究方法相當，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，與普通調強技術相比，單弧多中心旋轉調強技術可以保證更好的靶區劑量分布，更低的危及器官劑量。

由于全骨髓照射靶區的最大寬度接近40 cm，為了實現照射野在旋轉過程中對靶區較高的覆蓋度，從而提高其對復雜靶區的調制能力，在計劃的設計時將機頭角度進行了90o的旋轉設置，使得最大開度為40 cm的Y軸鉛門與旋轉弧的切線方向垂直，進而實現單弧照射即可達到較好劑量分布的效果。但由于多葉光柵(MLC)運動方向(X軸)的鉛門寬度在旋轉調強過程中最大只能達到15 cm，為了實現對照射靶區長度的全覆蓋，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。

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行全面的驗證，尤其是在重點關注的射野重疊部分進行仔細分析，得到較高的通過率。本研究充分證明，單弧多中心旋轉調強放射治療技術方法具有準確性與安全性。

綜上所述，RapidArc單弧多中心旋轉調強放射治療技術能較好地實現全骨髓照射且實現射野間的無縫銜接，并具有較高的射線利用率，可以應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

解放軍總醫院科技創新苗圃基金項目(13KMM09)“基于旋轉調強全身照射新技術的臨床研究”

①解放軍總醫院放療科 北京 100853

*通訊作者：qubl@sohu.com