腦膠質瘤共面、非共面容積旋轉調強及螺旋斷層放射治療技術的劑量學比較研究*

王 宇 吳 文 許敬輝 廖雄飛 黎 杰 陳亞正*

放射治療是惡性腫瘤治療的主要手段之一，集外科腫瘤學、內科腫瘤學一體成為治療惡性腫瘤的主要手段。據Tubianal999年報告，約45%的惡性腫瘤可治愈，其中放射治療可治愈18%，僅次于手術治愈的22%[1-6]。目前，共面容積旋轉調強放射治療(volumetric modulated arc therapy，VMAT)的放射治療技術已成為臨床上主要治療技術，是在調強放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)和圖像引導放射治療(image guided radiation therapy，IGRT)的基礎上，隨著計算機的發展及放射治療技術和設備的改進而產生的更為先進的精確放射治療新技術[7]。VMAT可以根據治療計劃的復雜程度自動調節劑量率、機架旋轉速度及子野個數等多個自由度。相比于IMRT技術，VMAT在腫瘤靶區均勻度及適形度方面均有提高，危及器官的平均劑量降低，并能夠減少機器跳數和治療時間，從而提高腫瘤治療的增益比[8-9]。VMAT技術在放射治療期間能使機架角度及速度、備份光柵、劑量率、MLC葉片位置和準直器角度5個部分同時操作，將MLC動態調強和弧形照射技術的結合，可在360°多弧設定的任何角度范圍內旋轉照射，使整個治療時間縮短至2～6 min。

近年來，VMAT在臨床的各種腫瘤治療上具有良好的獲益。為此，本研究對比不同類型腦膠質瘤患者術后在共面VMAT、非共面VMAT(non VMAT)及螺旋斷層(TOMO)放射治療計劃之間的劑量學差異，評價不同放射治療計劃的差別。

1 材料與方法

1.1 一般材料

收集2016年6月至2017年1月在四川省腫瘤醫院確診為腦膠質瘤的7例患者CT圖像資料，并進行回顧性分析，其中男性4例，女性3例；年齡27～65歲，平均年齡(45±3.2)歲。對每個病例分別制定共面VMAT、non VMAT和TOMO計劃，并將其定義為共面VMAT計劃組、non VMAT計劃組和TOMO計劃組。

1.2 納入標準

所有患者均經病理檢查，全部證實為高級別腦膠質瘤。

1.3 儀器與材料

采用Varian Eclipse 11.0放射治療計劃系統(美國Varian公司)；TOMO放射治療計劃系統(美國Accuray公司)。

1.4 治療方法

(1)制定放射治療計劃。所有病例靶區以及正常組織由一名腫瘤醫師勾畫，并將所有勾畫好的靶區及危及器官分別傳輸至Eclipse11.0及TOMO放射治療計劃系統。對7例患者設計共面VMAT及non VMAT治療計劃，采用Eclipse治療計劃系統進行逆向優化，以計劃臨床靶體積(planning clinical target volume，PCTV)的中心為照射野中心，采用合適的機架角度拉弧，分別進行共面、非共面照射。TOMO組鉛門寬度為1.5 cm，螺距為0.287 cm，束流強度調制因子為3，采用360°旋轉照射方式對患者實施放射治療。

(2)處方劑量及分割方式。3組均給予相同的處方劑量及分割方式，水腫區PCTV處方劑量為54 Gy/30 F，靶區計劃腫瘤體積(planning gross tumor volume，PGTV)照射劑量為60 Gy/30 F。要求處方劑量為95%靶體積劑量(D95)，最大劑量(Dmax)＜110%。依據腫瘤放射治療協作組織(radiation therapy oncology group，RTOG)02-25的標準限制危及器官(organ at risk，OAR)劑量：①視網膜Dmax≤55 Gy，晶體Dmax越小越好，視神經Dmax≤54 Gy，視交叉Dmax≤54 Gy；②腦干Dmax≤56 Gy。根據OAR限量進行初步參數設定，并經計算機優化后得出治療計劃的初步方案，在優先滿足靶區覆蓋率的前提下調整參數及優先級，盡量減少危及器官的受量，經計算機多次優化后根據優化結果不斷調整參數，最終得出較為合理的治療計劃。

1.5 觀察與評價指標

(1)對三組的PGTV和PCTV的Dmax、Dmean及Dmin進行評價。

(2)對三組的均勻性指數(homogeneity index，HI)及適形度指數(conformity index，CI)進行比較。

(3)比較三組危及器官的Dmax及Dmean參考指標間的劑量差異。

1.6 統計學方法

采用SPSS 19.0統計軟件對所有數據進行分析，統計數據以均值士標準差(x-±s)表示，進行配對t檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 三組PGTV的Dmean、D95、CI及HI參考指標比較

(1)對于靶區PGTV，共面VMAT、non VMAT及TOMO等劑量曲線均能滿足處方劑量D95要求。其中，TOMO計劃組Dmean為(61.18±0.13)Gy，優于其他兩組計劃(61.41±0.16)Gy和(61.47±0.25)Gy，其差異有統計學意義(F=6.500，P＜0.05)。三組計劃的D95分別為(60.05±0.05)Gy、(60.2±0.38)Gy及(60±0)Gy，其差異無統計學意義，均能很好滿足靶區處方要求。

(2)共面VMAT計劃組與non VMAT計劃組和TOMO計劃組的CI值接近，差異無統計學意義；但non VMAT計劃組與TOMO計劃組的CI值差異有統計學意義(F=3.211，P＜0.05)，TOMO計劃組靶區適形度較non VMAT組計劃適形度好。

(3)non VMAT計劃組與共面VMAT計劃組、TOMO計劃組的HI值接近，差異無統計學意義，但共面VMAT計劃組與TOMO計劃組的HI值差異有統計學意義(F=4.068，P＜0.05)，見表1。

2.2 三組PCTV的Dmean、D95、CI及HI參考指標比較

對于水腫區PCTV的共面VMAT、Non VMAT、TOMO等劑量曲線均能滿足處方(D95)要求。其中，TOMO計劃Dmean(56.24±0.63)Gy優于其他兩組計劃(57.72±0.97)Gy、(57.71±1.14)Gy，差異有統計學意義(F=12.755，P＜0.05)。三組計劃的D95分別為(54.12±0.26)Gy、(54.18±0.32)Gy及(54±0)Gy，其差異無統計學意義。三組計劃的CI值其差異無統計學意義。共面VMAT計劃組與TOMO計劃組的HI值比較，差異有統計學意義(F=1.714，P＜0.05)，TOMO計劃組水腫區(PCTV)均勻性較共面VMAT計劃組更好，見表2。

2.3 危及器官參考指標比較

對于晶體、視網膜及右側視神經的保護，TOMO計劃組的Dmax平均受量分別為(2.87±1.59)Gy、(3.08±1.68)Gy、(14.93±8.7)Gy、(21.43±13.01)Gy和(28.54±21.74)Gy，優于其他兩組，差異具有統計學意義(F=12.214，P＜0.05)；對于視交叉和左側視神經，三組計劃差異無統計學意義。腦干屬于串行器官，TOMO計劃組的Dmax(41.23±15.72)Gy優于non VMAT計劃組Dmax(44.14±16.33)Gy，差異具有統計學意義(F=2.895，P＜0.05)，見表3、表4。

表1 三組PGTV的Dmean、D95、CI及HI參考指標比較(x-±s，Gy)

表2 三組水腫區(PCTV)的CI及HI參考指標比較(x-±s，Gy)

表3 共面VMAT、non VMAT與TOMO計劃危及器官晶體和視網膜參考指標比較(x-±s，Gy)

表4 共面VMAT、non VMAT與TOMO計劃危及器官視神經、視交叉和腦干參考指標比較，Gy)

表4 共面VMAT、non VMAT與TOMO計劃危及器官視神經、視交叉和腦干參考指標比較，Gy)

組別 例數 左側視神經 右側視神經 視交叉 腦干Dmean Dmax Dmean Dmax Dmean Dmax Dmean Dmax VMAT計劃組 7 16.77±12.31 26.17±19.92 21.12±15.24 32.56±19.43 26.23±14.7 38.71±20.42 18.04±11.64 44.28±15.54 non VMAT計劃組 7 15.86±12.47 25.18±19.96 20.76±15.29 32.14±18.81 25.63±14.02 39.14±19.43 17.83±11.35 44.14±16.33 TOMO計劃組 7 14.81±13.1 23.35±21.03 17.39±13.12 28.54±21.74 26.52±15.23 39.73±22.42 16.49±11.45 41.23±15.72 F值 2.131 0.950 6.233 4.872 0.088 0.107 2.028 2.895 P值 0.162 0.414 0.014 0.028 0.916 0.900 0.174 0.094

3 討論

隨著放射治療的發展，從適形IMRT、IGRT到最新的TOMO。TOMO集IMRT、IGRT和劑量引導放射治療(dose guided radiation therapy，DGRT)于一體，是當今最先進的腫瘤放射治療設備，其獨創性的設計使直線加速器與螺旋CT完美結合，突破了傳統加速器的諸多限制，在CT引導下360°聚焦斷層照射腫瘤，能高效、精確地治療惡性腫瘤。因此，TOMO是腫瘤治療史上具有革命性的里程碑[10]。

理想的放射治療方案應包括：①最大放射劑量值在腫瘤靶區內，且不超過處方的110%；靶區內高劑量分布情況與靶區形狀一致或大致相似；②靶區外各危及器官及正常組織所受照射劑量最小；③靶區的定位準確且重復性好。Wilson等[11]提出了更為簡單、高效的單弧旋轉調強方式(VMAT)，其作為一種新的放射治療方式，在計劃執行過程中劑量率、機架速度和MLC葉片位置等參數動態地改變，目前投入臨床使用的VMAT治療產品有美國Varian RapidArc和瑞典Elekta VMAT，隨著RapidArc和VMAT的臨床應用，已經證實VMAT計劃質量相當或稍優于固定機架角IMRT和螺旋斷層放射治療。VMAT與固定野IMRT相比，其具有提高受照射正常組織分散度、減少加速器輸出劑量(MU)和節省治療時間等優點，其實施效率更高[12]。螺旋斷層放射治療系統是直線加速器和螺旋CT的完美結合，其劑量分布具有優異的適形性和高度的均勻性，能更好保護危及器官。Pezner等[13]對顱內腫瘤進行IMRT與TOMO計劃劑量學比較的研究表明，TOMO計劃具有更好的劑量均勻性和劑量梯度[22]。Yartsev等[14]和Franzese等[15]對多種現行的放射外科進行比較后表明，TOMO放射治療具有最好的靶區均勻性和適形指數。

頭頸部有很多重要器官，如晶體、視神經和腦干等，為了盡量避免這些重要器官受到較多劑量的照射，有必要考慮非共面調強。在選擇移動床轉角過程中，也要考慮到防止醫用加速器機頭與床相撞的情況，根據實際操作，發現對于頭頸部腫瘤照射，治療床轉角的弧度為0°～30°。在如此小的范圍內進行非共面旋轉調強，其結果與共面旋轉調強在某些器官的劑量方面并無較大差異。但是螺旋斷層放射治療在靶區適形度、均勻性指數以及正常器官劑量有較大優勢。

本研究為腦膠質瘤放射治療提供了三種放射治療方式，為臨床醫師和物理師制作計劃設計提供了數據參考。

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