全腦及局部轉(zhuǎn)移灶同步推量螺旋斷層調(diào)強(qiáng)放射治療與靜態(tài)調(diào)強(qiáng)放射治療的劑量學(xué)比較

劉鶴飛 朱 峰 王 軒 劉 晨 夏廷毅 王穎杰*

全腦及局部轉(zhuǎn)移灶同步推量螺旋斷層調(diào)強(qiáng)放射治療與靜態(tài)調(diào)強(qiáng)放射治療的劑量學(xué)比較

劉鶴飛①朱 峰①王 軒①劉 晨①夏廷毅①王穎杰①*

目的：比較不同放射治療技術(shù)實(shí)施全腦放射治療及局部轉(zhuǎn)移灶同步推量放射治療(WBRT+SIB)中的劑量學(xué)差異，為臨床腦轉(zhuǎn)移瘤患者提供最合適的放射治療方案。方法：選取8例接受WBRT+SIB的患者CT圖像，分別完成7野靜態(tài)調(diào)強(qiáng)放射治療(IMRT)及螺旋斷層調(diào)強(qiáng)放射治療(TOMO)系統(tǒng)的WBRT+SIB計(jì)劃，比較兩計(jì)劃間處方劑量覆蓋度(V30)、靶區(qū)適形指數(shù)(CI)、劑量均勻性指數(shù)(HI)、重要器官的最高劑量(Dmax)及平均劑量(Dmean)間的差異。結(jié)果：TOMO在劑量覆蓋度、靶區(qū)的適形度以及劑量均勻性方面均優(yōu)于IMRT，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-8.74，t=2.88，t=-3.25；P＜0.05)，且能更好的保護(hù)正常組織，減少眼球及晶體的照射劑量；兩種放射治療技術(shù)CI的差值與轉(zhuǎn)移瘤的個(gè)數(shù)呈明顯的線性相關(guān)。結(jié)論：在全腦及局部轉(zhuǎn)移瘤的放射治療中，TOMO在靶區(qū)的處方劑量覆蓋度、適形指數(shù)及均勻性指數(shù)上均優(yōu)于IMRT，正常組織受量低于IMRT。隨著轉(zhuǎn)移瘤數(shù)目的增加，TOMO在靶區(qū)適形度上的優(yōu)勢更加明顯，因此TOMO可成為腦轉(zhuǎn)移瘤患者更好的選擇。

腦轉(zhuǎn)移瘤；全腦放射治療；螺旋斷層放射治療；調(diào)強(qiáng)放射治療；劑量學(xué)

劉鶴飛,男,(1991- ),碩士研究生。空軍總醫(yī)院腫瘤放療科，從事臨床腫瘤放射治療的研究。

腦轉(zhuǎn)移瘤系指原發(fā)于身體其他部位的腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移入顱內(nèi)，累及腦實(shí)質(zhì)、腦脊膜、腦神經(jīng)和顱內(nèi)血管的轉(zhuǎn)移性腫瘤，其中腦實(shí)質(zhì)轉(zhuǎn)移最為常見。腦轉(zhuǎn)移瘤大多慢性起病，但病程往往進(jìn)展迅速，如不行特殊治療，中位生存時(shí)間僅為4周，且預(yù)后極差[1]。

放射治療腦轉(zhuǎn)移瘤可有效改善腦轉(zhuǎn)移瘤患者生活質(zhì)量，延長患者生存期。目前，對(duì)于腦轉(zhuǎn)移瘤的具體放射治療方案存在較大差異，針對(duì)1～3個(gè)腦轉(zhuǎn)移瘤且未接受手術(shù)切除的患者，推薦行全腦放射治療(whole-brain radiotherapy，WBRT)的基礎(chǔ)上聯(lián)合局部同期整合推量(simultaneous integrated boost，SIB)的放射治療方式。由于顱內(nèi)需要保護(hù)的正常組織較多，通常需行調(diào)強(qiáng)放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)技術(shù)[2]；而螺旋斷層調(diào)強(qiáng)放射治療(tomotherapy，TOMO)是一種全新的治療技術(shù)，既能實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的調(diào)強(qiáng)放射治療，又能精確保護(hù)正常組織。為此，本研究對(duì)比兩種放射治療技術(shù)的差異，為臨床腦轉(zhuǎn)移瘤患者選擇最佳的放射治療方式。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2011年7月至2015年10月間接受WBRT+SIB的8例腦轉(zhuǎn)移瘤患者，其中男性4例，女性4例；年齡38～65歲，中位年齡為50歲；患者腦轉(zhuǎn)移瘤病灶為2～9個(gè)，轉(zhuǎn)移病灶總數(shù)為40個(gè)，其中解剖位置位于頂葉5個(gè)，額葉10個(gè)，顳葉8個(gè)，枕葉9個(gè)，小腦8個(gè)。

式中D5為靶區(qū)5%體積所受最低劑量；D95為95%體積所受最低劑量；Vt為靶區(qū)體積；Vt，ref為靶區(qū)內(nèi)參考等劑量線面所包繞體積；Vref參考等劑量線面所包繞的所有體積。

CI值范圍是0～1，值越大，表示適形度越好；HI值越低，表示靶區(qū)劑量的均勻性越好。HIGTV和CIGTV表示轉(zhuǎn)移瘤靶區(qū)的劑量均勻性和靶區(qū)適形度指數(shù)，HICTV表示全腦靶區(qū)的劑量均勻性指數(shù)；評(píng)價(jià)全腦放射治療中處方劑量30 Gy覆蓋全腦體積的比例(the volume of30 Gy，V30)，越接近100%，覆蓋越完全。評(píng)價(jià)危及器官眼球、晶狀體及視神經(jīng)的最大劑量(maximum dose，Dmax)和平均劑量(mean dose，Dmean)。

1.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料結(jié)果用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示(-x±s)，變量間的差異比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)；變量間的相關(guān)性采用Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)。全部檢驗(yàn)為雙側(cè)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)為α=0.05，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 IMRT與TOMO計(jì)劃劑量學(xué)比較

(1)IMRT與TOMO的CI和HI相比，TOMO在靶區(qū)適形度和靶區(qū)劑量均勻性方面均優(yōu)于IMRT，IMRT與TOMO計(jì)劃劑量學(xué)比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-8.74，t=2.88，t=-3.25；P＜0.05)，見表1。

表1 靶區(qū)參數(shù)對(duì)比(±s)

表1 靶區(qū)參數(shù)對(duì)比(±s)

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(2)IMRT與TOMO兩種計(jì)劃圖對(duì)比顯示，TOMO在靶區(qū)適形度、覆蓋度均有明顯優(yōu)勢，如圖1所示。

圖1 靶區(qū)等劑量曲線分布圖

2.2 危及器官受照射劑量比較

TOMO計(jì)劃與IMRT相比，眼球、晶狀體的Dmax和Dmean相比差異顯著，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-7.06，t=-8.52，t=-13.28，t=-17.56；P＜0.05)。TOMO計(jì)劃中視神經(jīng)的Dmax和Dmean雖然比IMRT的高，但明顯低于美國腫瘤放射治療協(xié)作組織(radiation therapy oncology group，RTOG)公布的頭頸部及QUANTECb正常組織限量，見表2。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

(1)納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡20～90歲；②卡氏性能評(píng)分量表(Karnofsky performance status，KPS)評(píng)分≥70分；③顱外原發(fā)病灶明確，且經(jīng)病理證實(shí)；④患者對(duì)放射治療的依從性好并于放射治療前簽署知情同意書。

(2)排除標(biāo)準(zhǔn)：①惡病質(zhì)狀態(tài)；②既往曾有精神系統(tǒng)疾病史患者；③懷孕期及哺乳期的婦女；④不能保持穩(wěn)定體位。

1.3 儀器設(shè)備

采用SOMATOM Emotion 16層螺旋CT(德國西門子)定位；使用TOMO(美國Accuracy公司)和IMRT(ELEKTA Sysnergy，瑞典醫(yī)科達(dá)公司)進(jìn)行放射治療。

1.4 體位固定

患者仰臥于CT定位用固定體板上，頭墊B枕，雙手自然平放置于身體兩側(cè)，頭部用頭頸肩網(wǎng)固定。使用Siemens大孔徑16排CT模擬定位機(jī)，4 mm層厚增強(qiáng)CT掃描來獲得定位圖像，掃描范圍從顱頂至顱底，定位結(jié)束后將掃描圖像傳送至Elekta Monaco工作站進(jìn)行靶區(qū)勾畫。

1.5 靶區(qū)勾畫

定義腫瘤靶區(qū)(gross tumor volume， GTV)為增強(qiáng)磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)或CT影像學(xué)檢查提示的轉(zhuǎn)移病灶；定義臨床靶區(qū)(clinical target volume， CTV)為全腦。正常組織包括眼球、晶狀體、視神經(jīng)及腦干。結(jié)構(gòu)勾畫完成后傳輸至Tomotherapy計(jì)劃工作站，分別設(shè)計(jì)TOMO計(jì)劃和固定7野靜態(tài)IMRT計(jì)劃。

1.6 放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)

定義95%的GTV和CTV體積分別達(dá)到處方劑量50 Gy和30 Gy，分10次，5次/周。重要器官劑量限制要求腦干＜45 Gy；眼球平均劑量＜35 Gy，晶體最大點(diǎn)劑量＜5 Gy；視神經(jīng)最大點(diǎn)劑量＜50 Gy。其中IMRT的7野調(diào)強(qiáng)計(jì)劃照射野角度均勻分布，避免使用0°野，盡量避開晶體等器官，TOMO計(jì)劃中將晶體做半遮擋技術(shù)處理。

1.7 參數(shù)評(píng)估

對(duì)比GTV及CTV的適形指數(shù)(coverage index，CI)和均勻性指數(shù)(homogeneity index，HI)，其計(jì)算為公式1：

表2 正常組織參數(shù)對(duì)比(±s)

表2 正常組織參數(shù)對(duì)比(±s)

指標(biāo)IMRTTOMOt值P值眼Dmax(Gy)20.57±2.3615.06±3.39 -7.06＜0.05眼-Dmean(Gy)8.44±1.185.59±1.17 -8.52＜0.05晶體-Dmax(Gy)5.41±0.443.17±0.71-13.28＜0.05晶體-Dmean(Gy)4.31±0.272.32±0.36 -17.56＜0.05視神經(jīng)-Dmax(Gy)14.99±3.8826.42±6.414.57＜0.05視神經(jīng)-Dmean(Gy)11.20±3.1717.81±4.88 5.48＜0.05

2.3 兩種放射治療技術(shù)CI差值與轉(zhuǎn)移瘤個(gè)數(shù)相關(guān)性

TOMO與IMRT靶區(qū)CI的差值與轉(zhuǎn)移瘤個(gè)數(shù)間存在明顯的線性關(guān)系，相關(guān)性系數(shù)為0.905，表明兩變量間強(qiáng)相關(guān)，見表3，如圖2所示。

表3 CI差值和轉(zhuǎn)移瘤個(gè)數(shù)的相關(guān)性分析

圖2 CI差值-轉(zhuǎn)移瘤個(gè)數(shù)的相關(guān)性分析散點(diǎn)圖

3 討論

治療腦轉(zhuǎn)移瘤主要有手術(shù)、放射治療和化療三大手段，其中放射治療起著很大的作用，經(jīng)放射治療后，患者的生活狀態(tài)及生存期均能得到改善。目前，全腦放射治療、立體定向放射外科及兩者聯(lián)合是主要方法，在全腦放射治療的基礎(chǔ)上予以局部推量的同時(shí)，對(duì)于位于或接近靶區(qū)的重要器官(如眼球、晶狀體及腦干等)需要特別保護(hù)。因此，理想的放射治療技術(shù)應(yīng)按照腫瘤形狀給靶區(qū)很高的劑量而靶區(qū)周圍的正常組織不受到照射[3]。

目前，國內(nèi)主流的放射治療技術(shù)是IMRT，在此技術(shù)下，對(duì)于腫瘤靶區(qū)有更準(zhǔn)確、更均勻及更高的劑量分布，同時(shí)對(duì)腫瘤周圍的正常組織和鄰近器官有較好的保護(hù)作用。鄒喜等[4]的研究認(rèn)為，在IMRT較常規(guī)三維適形放射治療(three-dimensional conformal radiotherapy，3D-CRT)有更好的靶區(qū)適形度，但靶區(qū)異質(zhì)性和危及器官的保護(hù)上并未體現(xiàn)出明顯的劑量學(xué)優(yōu)勢。目前國內(nèi)外多數(shù)對(duì)于IMRT治療腦轉(zhuǎn)移瘤的研究[5-7]都提示IMRT有劑量學(xué)優(yōu)勢，且經(jīng)放射治療后，可明顯改善患者的生活質(zhì)量，延長生存期。

TOMO是采用類似螺旋CT掃描的方式來實(shí)現(xiàn)機(jī)架的持續(xù)旋轉(zhuǎn)和床的運(yùn)動(dòng)，而且可以使用兆伏級(jí)(megavoltage computed tomography，MVCT)圖像引導(dǎo)的TOMO方式。TOMO可以360°聚焦斷層照射惡性腫瘤，在已知腫瘤形狀的條件下，可以得到最佳的射線照射路徑，使靶區(qū)內(nèi)劑量達(dá)到高度的均勻性，更好的保護(hù)正常組織和器官[8-9]。Tomita等[10]的研究認(rèn)為，TOMO在治療腦轉(zhuǎn)移瘤中，靶區(qū)能達(dá)到很高的適形度和均勻性，腫瘤體積大、形狀不規(guī)則的效果更佳，而且能做到全腦放射治療同步轉(zhuǎn)移灶推量的治療。

目前，國內(nèi)外對(duì)于兩種技術(shù)治療腦轉(zhuǎn)移瘤的劑量學(xué)對(duì)比研究不多，而在其他頭頸部腫瘤的劑量學(xué)對(duì)比中，TOMO較IMRT劑量學(xué)有明顯優(yōu)勢，靶區(qū)具有較高的適形性、劑量均勻性及更陡峭的劑量梯度，而且能夠更好的保護(hù)危及器官[11-13]。本研究旨在對(duì)比兩種放射治療技術(shù)的劑量學(xué)差異，為臨床患者選擇最合適的放射治療技術(shù)，其結(jié)果提示，TOMO在全腦靶區(qū)、腫瘤靶區(qū)均有更好的適形度和均勻性；正常組織眼球和晶狀體的最高劑量和平均劑量較IMRT都有明顯的劑量學(xué)優(yōu)勢。而造成TOMO計(jì)劃中視神經(jīng)劑量較IMRT偏高的原因可能與TOMO的51個(gè)照射野旋轉(zhuǎn)照射有關(guān)，為了保證靶區(qū)劑量的覆蓋，可能會(huì)使得視神經(jīng)的平均受照劑量偏高，但視神經(jīng)的受照劑量在正常范圍內(nèi)，并不會(huì)造成嚴(yán)重的的急慢性放射損傷，因此關(guān)于視神經(jīng)的劑量有待進(jìn)一步研究。

國內(nèi)關(guān)于TOMO治療多發(fā)腦轉(zhuǎn)移瘤的文獻(xiàn)較少，侯俊[14]的研究認(rèn)為，顱內(nèi)1、2、3個(gè)及多個(gè)轉(zhuǎn)移瘤患者的TOMO，發(fā)現(xiàn)對(duì)于正常組織的保護(hù)中，隨著轉(zhuǎn)移瘤數(shù)目的增多，TOMO較IMRT、3D-CRT的適形度優(yōu)勢更加明顯，但并未分析靶區(qū)適形度。而本研究發(fā)現(xiàn)，隨著轉(zhuǎn)移瘤數(shù)目的增多，TOMO在靶區(qū)適形度上的優(yōu)勢更加明顯，而且CI的差值與轉(zhuǎn)移瘤個(gè)數(shù)呈線性關(guān)系。

TOMO較IMRT具有更好的靶區(qū)適形度及均勻性，正常組織的保護(hù)方面也能體現(xiàn)出劑量學(xué)優(yōu)勢，理論上是一種療效更佳、不良反應(yīng)更小的放射治療方法。

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A dosimetry comparison between TOMO and IMRT for whole-brain radiotherapy combined with simultaneous integrated boost of local brain metastases/

LIU He-fei, ZHU Feng, WANG Xuan,et al//
China Medical Equipment,2017,14(3):55-58.

Objective: To compare the dosimetric difference between intensity modulatedradiation therapy (IMRT) and tomotherapy (TOMO) for whole-brain radiotherapy (WBRT) combined with simultaneous integrated boost (SIB) of local brain metastases, and provide a best choice for patient with brain metastasis. Methods: The CT images of 8 patients with brain metastases were applied WBRT+SIB plan in IMRT and TOMO, respectively. A series of indicators, such as conformity index(CI), homogeneity index(HI), coverage of prescribed dose (V30), the maximum dose (Dmax) and mean dose(Dmean) of important organs were compared. Results: TOMO appeared more effect than IMRT in V30, HI and CI (t=-8.74, t=2.88, t=-3.25; P＜0.05); and it also could protect normal organic, reduce radiation dose for eye and lens in more degree than IMRT; besides, with the increase of the number of brain metastasis, the CI difference between TOMO and IMRT also was increase, therefore, there was a obvious positive linear correlation between them. Conclusion: In WBRT+SIB,TOMO has obviously advantages than IMRT such as 30Gy(V30), HI, CI and the protection for organs. With the increase of the number of metastasis, TOMO appears more preponderance than IMRT; therefore, TOMO might be a good clinical choice for WBRT+SIB treatment.

Brain metastases; Whole-brain radiotherapy; Tomotherapy; Intensity modulated radiation therapy; Dosimetry [First-author’s address] Department of Radiotherapy, Air Force General Hospital, PLA, Beijing 100142,China.

1672-8270(2017)03-0055-04

R739.4

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.03.015

2016-11-09

①空軍總醫(yī)院腫瘤放療科 北京 100142

*通訊作者：wangyj9999@163.com