單發腦轉移性癌IMRT與3D-CRT劑量學對比分析

劉　振　張軍寧

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單發腦轉移性癌IMRT與3D-CRT劑量學對比分析

劉振張軍寧

目的探討調強放療(IMRT)用于單發腦轉移性癌治療的可行性,并評價其相較于三維適形放療(3D-CRT)是否具有劑量學優勢。方法取10例單發腦轉移性癌患者行體位固定、CT掃描及靶區勾畫，分別對每例患者行三維適形放療(全腦2野對穿+3野局部加量)及5野調強放療(IMRT)計劃設計，分析兩種放療計劃的劑量體積直方圖，比較兩種放療計劃的靶區適形度、均勻指數，靶區劑量、靶區覆蓋情況及各個危及器官的受照射劑量。結果IMRT計劃與3D-CRT計劃相比顯著提高了PTV-G和PTV-C的適形指數(P<0.05)，而在靶區均勻指數(HI)方面，IMRT計劃與3D-CRT計劃未表現出統計學差異(P>0.05)。對于危及器官，IMRT 計劃顯著降低了腦干、視交叉和腦垂體的最大受照射劑量(P<0.05)。結論對于單發腦轉移性癌，IMRT和3D-CRT兩種計劃均能滿足合適的靶區覆蓋率，均能達到放射治療的要求，IMRT計劃相對于3D-CRT計劃有更好的靶區適形性。IMRT計劃還可以降低腦干、視交叉和腦垂體的受照射劑量。

單發腦轉移性癌；調強放療；三維適形放療；劑量分布

(The Practical Journal of Cancer,2016,31:1345～1348)

腦轉移癌是顱內常見的腫瘤之一[1],以前對腦轉移性癌的臨床治療研究中，相當一段時間都集中在全腦照射、外科手術治療、三維立體放射外科技術等的臨床療效觀察研究。但對調強放療(intensity modulated radiation therapy,IMRT)在腦轉移性癌的臨床治療和應用卻很少有人關注,IMRT 技術不受病灶數目及體積的限制，其通過逆向調強計劃來實現其腫瘤靶區和其鄰近的重要組織分別接受不同的劑量照射，從而達到有效的提高腫瘤的控制率和最大限度減少重要組織的放射損傷。本研究旨在通過比較單發腦轉移性癌IMRT與三維適形放療(three dimensional conformal radiation therapy,3D-CRT)靶區劑量分布的均勻性、適形性和靶區劑量，靶區覆蓋情況，以及各危及器官劑量情況，探討IMRT用于單發腦轉移性癌治療的可行性，評價單發腦轉移性癌IMRT較3D-CRT的劑量學優勢。

1　資料與方法

1.1一般資料

收集 2014年 6 月至 2014年 12 月在蘇州大學附屬第一醫院放療科就診的腦轉移性腫瘤患者 10 例，年齡44～67歲，中位年齡為 50 歲，腫瘤原發灶均經病理證實，腦部轉移病灶均經MRI證實。治療前患者均有頭痛、惡心、嘔吐等神經癥狀，無嚴重心肺功能障礙，血象及肝腎功能均正常，KPS 評分均在 75 分以上，腦部病灶均未行任何抗腫瘤治療。

1.2方法

1.2.1模擬定位、靶區勾畫及射野方法所有患者均采取仰臥位，以每3 mm層厚進行增強掃描，掃描范圍包括整個顱腦。參照頭顱MRI勾畫腫瘤病灶為大體腫瘤靶區(gross tumor volume,GTV)，全腦為臨床靶區(clinical target volume,CTV)，計劃靶區(planning target volume,PTV)擴邊，其中PTV-G及PTV-C分別為GTV及CTV的各邊界外擴3 mm；危及器官(organ at risk,OAR)主要包括雙眼、雙側晶體、雙側視神經、視交叉、腦垂體及腦干。分別對每一患者的CT影像設定兩個不同的計劃，包括3D-CRT及IMRT。其中3D-CRT計劃采用正向計劃方法，設計5野照射(全腦2野對穿+3野局部加量)，首先規定射野方向、大小、形狀和射野劑量權重，再由TPS系統算出劑量分布結果，最后根據經驗用手工方法調整射野方向、形狀和射野劑量權重；IMRT計劃采用逆向5野靜態調強技術進行調強放療計劃的設計，根據靶區給量和OAR的限量等參數，利用評分函數，以"兩步法"進行優化和MLC的轉換。

1.2.2OAR及劑量體積限制OAR為腦干，左右眼球，左右晶體，視交叉，腦垂體及左右視神經。腦干最大受照劑量<54 Gy；眼球平均受照劑量<35 Gy；晶體平均受照劑量<5 Gy；視交叉最大受照劑量<54 Gy；垂體最大受照劑量<50 Gy；視神經最大受照劑量<50 Gy[2]。

1.2.3放療靶區處方劑量、劑量規定及權重以靶區中心為劑量歸一點予6MV X線，在3D-CRT方案中，PTV-C單次照射劑量為2Gy，1次/d，5次/周，共20次，總照射劑量為40 Gy；PTV-G后程加量單次照射劑量為2 Gy，共10次；在IMRT方案中PTV-C單次照射劑量為2 Gy，1次/d，5次/周，共20次，總照射劑量為40 Gy；PTV-G單次照射劑量為2.5 Gy，共20次，總照射劑量為50 Gy。放療計劃的劑量規定及劑量權重遵守以下原則：①處方劑量規定為95%的PTV所接受的最低的吸收劑量；②規定PTV≤20%的體積接受≥110%處方劑量；③規定PTV<3%的體積接受<93%處方劑量；④PTV以外的任意地方不允許出現>110%處方劑量的吸收劑量。其中劑量權重為腦干>照射靶區>其他各個危及器官。

1.3評價指標

通過劑量體積直方圖評價靶區覆蓋情況、PTV的適形度和均勻指數、PTV-C與PTV-G的最大劑量、最小劑量及平均劑量，靶區分別接受90%、100%及110%處方劑量的體積百分比，各危及器官的受照體積及受照的最大劑量及平均劑量[3]。

1.4統計學分析

應用SPSS 17.0統計軟件進行分析，采用配對t檢驗，以P<0.05視為差異有統計學意義。

2　結果

2.13D-CRT 和 IMRT 放療計劃適形指數及均勻指數結果比較

單發腦轉移病灶組對于 PTV-G 和 PTV-C 的靶區適形度方面，IMRT 計劃都比3D-CRT 計劃表現出優勢，適形度更好，而且表現出了具有統計學意義的差異(P<0.05)，見表1。

表1　3D-CRT和IMRT適形指數的對比

單發腦轉移病灶組對于 PTV-G 和 PTV-C 的靶區均勻指數方面，3D-CRT計劃與IMRT計劃相比較均無統計學差異(P值分別為 0.246 和0.851，均>0.05)，見表2。

表2　3D-CRT和IMRT靶區均勻指數(HI)的對比

2.2兩種放療計劃中 PTV 內劑量分布最大值與最小值比較

由表3所示，對兩組放療計劃的PTV內劑量分布最大值及最小值的分析表明，3D-CRT 放療計劃中PTV-G的最大受照射劑量(Dmax)較 IMRT 放療計劃中的要大，且具有統計學差異(P<0.05)，3D-CRT 放療計劃中PTV-G的最小受照射劑量(Dmin)較IMRT放療計劃中的大，而且兩者具有統計學差異(P<0.05)；對于PTV-C來說，2種放療計劃中的最大受照射劑量未表現出明顯統計學差異(P>0.05)，而最小受照射劑量(Dmin)兩者也未表現出統計學差異(P>0.05)。

表3　PTV 內劑量分布最大值與最小值比較±s,Gy)

2.33D-CRT 與 IMRT 計劃內 PTV 的劑量體積情況

3D-CRT計劃中PTV-G接受100%處方劑量(50 Gy)和90%處方劑量(45 Gy)以上的體積百分比均為100%；IMRT計劃中PTV-G接受處方劑量(50 Gy)和90%處方劑量(45 Gy)以上的體積百分比分別為97.45%(94.32%～99.63%)和100.00%。3D-CRT計劃中 PTV-C 接受110%處方劑量(55 Gy)以上、100%處方劑量(50 Gy)以上和90%處方劑量(45 Gy)以上的體積百分比分別為43.68%(0%～65.4%)、90.43%(88.24%～93.45%)和100.00%；IMRT計劃中 PTV-C 接受110%處方劑量(55 Gy)以上、100%處方劑量(50 Gy)以上和90%處方劑量(45 Gy)以上的體積百分比分別為11.48%(0%～13.98%)、90.43%(87.52%～93.29%)和96.84%(89.14%～97.45%)。

2.4兩種放療計劃的危及器官受照劑量結果比較

表4　各危及器官受照劑量最大值及平均值比較±s,Gy)

由上表4所示，2種放療計劃對各危及器官最大受照劑量分布的分析表明，其中腦干、視交叉、腦垂體的最大受照劑量均值IMRT計劃比3D-CRT 計劃要小，均具有統計學意義,其P值分別為 0.013，0.037 和 0.017；其他各危及器官比較均未表現出明顯統計學差異(P>0.05)，但它們的最大受照劑量均在設定的劑量限值以內。視交叉、腦垂體和左右視神經的平均受照劑量IMRT計劃比3D-CRT計劃要小，兩者的差異具有統計學意義(P<0.05)，而腦干及其他危及器官的平均受照劑量未表現出差異(P>0.05)。

3　討論

腦轉移性癌是顱內常見惡性腫瘤，癌癥患者腦轉移的發生率可達20%～40%。盡最大努力來提高放射治療的增益比是包括腦轉移性癌在內的所有腫瘤放射治療的根本目的。調強適形放射治療(IMRT)是從適形放射治療發展而來。它采用了多野等中心技術，在每個照射野內又都分成了許多的子野，各個子野的照射強度是不一樣的，靶區劑量的適形性可以更好，使高劑量曲線的分布與腫瘤靶區體積形狀一致，并明顯的減少周圍危及器官的受照射劑量和體積。國外許多權威的放療專家都將腫瘤 IMRT 技術評價為放射腫瘤學發展史上的一次變革，普遍認為是本世紀放射治療技術的主流[4-5]。

本研究比較了未行外科手術治療的單發腦轉移性癌IMRT與3D-CRT靶區劑量分布的均勻性、適形性和靶區劑量，以及各危及器官受照劑量。通過比較發現，對于 PTV-G 和 PTV-C 的靶區適形度方面，IMRT 計劃都比 3D-CRT 計劃表現出優勢，適形度更好，差異有統計學意義(P<0.05)；而在PTV-G 和 PTV-C 的靶區均勻指數方面，3D-CRT計劃與IMRT計劃相比較未表現出統計學差異。同時，通過對比發現，IMRT 能夠降低腦干、視交叉、腦垂體等器官的受照射劑量[6-7]；但也有研究者認為 IMRT 和 3D-CRT 相比較在各危及器官的保護方面并無明顯差別[8]。

綜上所述，對于單發腦轉移性癌患者，IMRT計劃相較于3D-CRT計劃在靶區適形度方面表現出優勢，在重要危及器官方面能更好降低受照劑量。但本課題僅為試驗性劑量學方面的初步分析，對于如何將劑量學上的優勢轉化為臨床治療上的獲益還需進一步的臨床研究分析加以證實。

[1]Schackert G,Schmiedel K,Lindner C,et al.Surgery of recurrent brain metastases:retrospective analysis of 67 patients〔J〕.Acta Neurochir,2013;155(10):1823-1832.

[2]李莉，馬秀梅，曹洪斌.惡性腦膠質瘤三維適形放療與調強適形放療劑量學對比研究〔J〕.中國癌癥雜志,2008,18(12):907-912.

[3]Lian J,Mackenzie M,Joseph K,et al.Assessment of extended-field radiotherapy for stage Ⅲc endometrial Cancer using three-dimensional conformal radiotherapy,intensity-modulated radiotherapy,and helical tomotherapy〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys,2008,70(3):935-943.

[4]Parliament MB,Scrimger BA,Ihldetson SG.Preservation of oral health related of life and salivary flow rates after inverse planned intensity modulated radiotherapy(IMBT) for head and neck cancer〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys,2004,58(3):663.

[5]趙充.鼻咽癌調強適形放療進展〔J〕.實用腫瘤雜志,2004,19(4):281-284.

[6]Hermanto U,Frija EK,Lii ML,et al.Intensity-modulated radiotherapy and conventional three-dimensional conformal radiotherapy for high-grade gliomas:Does IMRT increase the integral dose to normal brain〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys,2007,67(4):1135-1144.

[7]Kline LB,Kim JY,Ceballos R.Radiation optic neuropmhy〔J〕.Ophthalmology,1985,92(8):1118-1126.

[8]Narayana A,Yamada J,Berry S,et al.Intensity-modulated radiotherapy inhigh-grade gliomas:Clinical and dosimetric results〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys,2006,64(3):892-897.

(編輯：吳小紅)

Dosimetric Comparison Analysis of IMRT and 3D-CRT in Single Brain Metastasis Carcinoma

LIU Zhen,ZHANG Junning.

The First Affiliated Hospital of Soochow University,Suzhou,215006

ObjectiveTo evaluate the feasibility of intensity modulated radiation therapy(IMRT),and dosimetry advantages among IMRT and three dimensional conformal radiation therapy(3D-CRT).Methods10 patients with single brain metastases carcinoma received position fix,CT scan and target area sketch,then designed the three dimensional conformal radiation therapy (2 fields for the whole brain+3 fields as a boost treatment for the GTV) and 5 fields intensity modulated radiation therapy(IMRT).The dose volume histograms(DVH) of the 2 radiotherapy plans and 2 radiotherapy plans with conformal target,uniformity index,target area dose,target area coverage and endanger organ dose were compared.ResultsCompared with the 3D-CRT,IMRT significantly improved the conformal index(P<0.05) of both PTV-G and PTV-C.Both IMRT plan and 3D-CRT plan showed no statistical difference(P>0.05).For the organs at risk,IMRT plan can significantly reduce the maximum irradiation dose of brain stem,optic chiasma and pituitary(P<0.05).ConclusionIMRT and 3D-CRT can achieve the appropriate target area coverage,can meet the requirements of radiation therapy.For single brain metastases carcinoma,IMRT plan can guarantee a better target dose distribution than 3D-CRT plan.Moreover,IMRT plan can significantly reduce the maximum irradiation dose of brain stem,optic chiasma and pituitary.

Single brain metastatic carcinoma；IMRT；3D-CRT；Dose distribution

215000 蘇州大學第一附屬醫院

張軍寧

10.3969/j.issn.1001-5930.2016.08.040

R739.41

A

1001-5930(2016)08-1345-04

2015-09-09

2016-02-07)