兩種劑量設(shè)計(jì)方法的射波刀對(duì)顱內(nèi)腫瘤劑量分布的影響

姜 鵬，于偉娜，劉漢臣，王 東，馬建軍

射波刀是一種影像引導(dǎo)的、無(wú)定位框架的放射治療系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括一個(gè)安裝在機(jī)器人手臂上的6 MV直線加速器，其能夠通過(guò)空間自動(dòng)定位均勻的聚焦照射于治療靶區(qū)［1，2］。射波刀采用非等中心、非共面調(diào)強(qiáng)計(jì)劃設(shè)計(jì)系統(tǒng)，對(duì)于體積較大的腫瘤，在放射治療過(guò)程中通常選擇相對(duì)較大的限光筒，以最大程度減少治療時(shí)間，但由此而產(chǎn)生的較大半影亦會(huì)影響靶區(qū)周?chē)膭┝刻荻取?duì)于立體定向放射治療來(lái)說(shuō)，這一劑量學(xué)特性較為重要，通常用梯度指數(shù)（gradient index，GI）來(lái)表示［3］。 盡管近年來(lái)的一些單變量和多變量研究分析并沒(méi)有明確指出GI作為腦部腫瘤治療并發(fā)癥有效預(yù)測(cè)指標(biāo)的重要性，但一些學(xué)者仍然認(rèn)為腫瘤周邊的快速劑量跌落在立體定向放射外科治療中具有重要的作用［4，5］。 臨床中，限光筒型號(hào)的選擇大約為靶區(qū)直徑的0.5～0.7倍。Li等［6］通過(guò)將治療靶區(qū)分為內(nèi)外兩部分且在PTV邊緣環(huán)形區(qū)域單獨(dú)給予一7.5 mm限光筒，而非傳統(tǒng)方法將準(zhǔn)直器應(yīng)用到整個(gè)PTV上，發(fā)現(xiàn)其可有效地改善靶區(qū)周邊的劑量梯度，但與此同時(shí)也不可避免的增加了射線MU以及病患的治療時(shí)間，而且Li等采用G6射波刀，對(duì)于作者單位的G3射波刀系統(tǒng)，治療時(shí)間的延長(zhǎng)必將更為明顯，工作效率大大降低。而P..ll等采用的另一種兩個(gè)限光筒組合方式可以使MU明顯減少［7］。作者比較了這兩種雙筒組合模式，試圖能夠在保證周邊腦組織較好的劑量跌落的同時(shí)縮短治療時(shí)間。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取經(jīng)影像學(xué)或病理學(xué)確診的頭部腫瘤患者21例，其中男13例，女8例；年齡37～75歲（中位年齡56歲）。腦轉(zhuǎn)移瘤9例，腦膜瘤7例，腦膠質(zhì)瘤5例。腫瘤體積為14.89～115.01 cm3，且均為單病灶，其中有7例患者危及器官諸如腦干或視交叉神經(jīng)毗鄰或靠近病變位置。治療處方劑量為25～35 Gy，分割次數(shù)為5次。

1.2 定位及靶區(qū)、危及器官勾畫(huà) 患者平板床熱塑膜固定，CT掃描范圍為顱頂至第二頸椎，層厚為1.25 mm。所有患者同時(shí)行MRI T1加權(quán)增強(qiáng)掃描。CT與MRI圖像融合后，由放療醫(yī)師勾畫(huà)靶區(qū)與危及器官，一般大體腫瘤體積 （gross tunor volume，GTV）外擴(kuò)0～2 mm形成計(jì)劃靶體積（planning target volume，PTV）。

1.3 治療計(jì)劃設(shè)計(jì) Accuray公司G3射波刀治療計(jì)劃系統(tǒng)Multiplan治療計(jì)劃系統(tǒng)，六維顱骨追蹤（6D skull）模式，通常采用70%～80%的等劑量曲線包繞95%以上PTV劑量作為處方劑量。21例患者均設(shè)計(jì)2組治療計(jì)劃，即內(nèi)環(huán)治療計(jì)劃和內(nèi)縮治療計(jì)劃。內(nèi)環(huán)治療計(jì)劃（Li氏方法）是將PTV分割為外部環(huán)形和內(nèi)部核心兩個(gè)區(qū)域：內(nèi)部核心部分由PTV在 3D（A/P、R/L、和 S/I）方向上均內(nèi)縮 6 mm，外部環(huán)形區(qū)域則為PTV扣除核心區(qū)域后的部分，其中環(huán)形部分均選擇7.5 mm的限光筒，核心區(qū)域則根據(jù)其實(shí)際大小選擇合適的限光筒。內(nèi)縮治療計(jì)劃則是主要是根據(jù)PTV體積的大小將其內(nèi)縮6～12 mm不等，其中PTV內(nèi)部核心部分給予一較大限光筒，而另一較小限光筒則分布于整個(gè)PTV，在該治療組中，每一患者的大限光筒和小限光筒型號(hào)根據(jù)PTV大小進(jìn)行選擇［7］，靶區(qū)內(nèi)縮及限光筒選擇如圖1所示。所有治療計(jì)劃均遵從臨床應(yīng)用限制，同一病例的計(jì)劃設(shè)計(jì)參數(shù)相同，均由同一物理師完成。

1.4 計(jì)劃評(píng)估 靶區(qū)劑量評(píng)估參數(shù)包括PTV的最大劑量（Dmax）、最小劑量（Dmin）、平均劑量（Dmean）、適形指數(shù) （conformity index，CI）、 新適形指數(shù) （new conformity index，nCI）、 均 勻 指 數(shù) （homogeneity index，HI）、 梯度指數(shù) （gradient index，GI）、MU 數(shù)（monitor units，MUs）等，同時(shí)計(jì)算每一治療計(jì)劃V5 Gy、V12 Gy、V24 Gy所對(duì)應(yīng)的體積。CI為接受處方劑量的組織體積與接受處方劑量的靶區(qū)體積之比。nCI為CI與靶區(qū)覆蓋率的比值。HI為靶區(qū)內(nèi)最大劑量與處方劑量之比。該研究所有計(jì)劃優(yōu)化后，均使用射線追蹤算法精算。GI為50%處方等劑量線所包繞靶區(qū)體積與處方等劑量線包繞靶區(qū)體積的比值。危及器官受量參數(shù)包括雙側(cè)晶體、視交叉、腦干的最大劑量（Dmax）、最小劑量（Dmin）和平均劑量（Dmean）。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，兩種計(jì)劃方案各參數(shù)比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩治療計(jì)劃組不同劑量周?chē)＝M織的劑量減少情況 為評(píng)估外周組織的劑量跌落，分別對(duì)兩組計(jì)劃24 Gy、12 Gy、5 Gy所覆蓋體積以及GI進(jìn)行比較，結(jié)果顯示內(nèi)縮治療計(jì)劃組24 Gy、12 Gy、5 Gy劑量體積均明顯低于內(nèi)環(huán)計(jì)劃組，具有顯著性差異（t=3.844，P=0.003；t=2.324，P=0.042；t=6.988，P=0.000）。GI減低范圍為1.18%～19.95%，兩組間GI均值比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=2.678，P=0.023）。見(jiàn)表1。

2.2 兩組治療計(jì)劃治療參數(shù)比較 內(nèi)環(huán)計(jì)劃組與內(nèi)縮計(jì)劃組PTV劑量結(jié)果顯示內(nèi)縮計(jì)劃組PTV適形性變好，CI、HI有所降低，差異均具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=3.286，P＜0.05；t=3.230，P＜0.05）； 靶區(qū)內(nèi) Dmax與Dmean具明顯優(yōu)勢(shì)（t=3.500，P＜0.05；t=2.810，P＜0.05），而Dmin則無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）；同時(shí)射線束與總MUs也低于內(nèi)環(huán)計(jì)劃組 （t=8.075，P＜0.05；t=9.365，P＜0.05），治療時(shí)間縮短 12～35 min，見(jiàn)表2。內(nèi)縮計(jì)劃組靶區(qū)內(nèi)縮直徑及準(zhǔn)直器大小筒選擇如圖1所示，其對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)均呈線性關(guān)系 （R2=0.70；R2=0.77；R2=0.83）。

表1 兩治療計(jì)劃組不同劑量體積覆蓋情況

表2 兩種治療計(jì)劃計(jì)劃靶區(qū)（PTV）劑量及相關(guān)治療參數(shù)比較

圖1 內(nèi)縮計(jì)劃組靶區(qū)內(nèi)縮及準(zhǔn)直器選擇

2.3 危及器官劑量學(xué)差異 由表3可見(jiàn)內(nèi)縮治療計(jì)劃組危及器官受量最小劑量、最大劑量以及平均劑量較內(nèi)環(huán)計(jì)劃組均有所降低：左晶體min（t=2.650，P＜0.05）、左晶體max（t=5.027，P＜0.05）、左晶體mean（t=4.969，P＜0.05）、右晶體min（t=2.893，P＜0.05）、右晶體max（t=3.057，P＜0.05）、右晶體mean（t=3.849，P＜0.05）、腦干min（t=2.896，P＜0.05）、腦干max（t=2.790，P＜0.05）、腦干mean（t=4.121，P＜0.05）、視交叉min（t=2.955，P＜0.05）、視交叉max（t=3.318，P＜0.05）、視交叉mean（t=3.546，P＜0.05），均在臨床限值范圍之內(nèi)。

表3 兩組治療計(jì)劃危及器官劑量學(xué)比較

3 討論

射波刀是一種新型的實(shí)時(shí)影像引導(dǎo)的SRS系統(tǒng)，采用非共面非等中心技術(shù)，可很大程度降低腫瘤周?chē)＝M織及重要器官的照射劑量［8］。目前，對(duì)于頭部腫瘤患者射波刀已經(jīng)被證明是一種有效的替代性且為非侵入性的治療方法，在腦轉(zhuǎn)移瘤患者的研究中，可使患者的局部控制率維持在84%～94%，且能延長(zhǎng)大約 15 個(gè)月的中位生存時(shí)間［9，10］。然而，射波刀雖實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)分次治療，部分患者仍可能會(huì)出現(xiàn)一些諸如放射性腦壞死、腦水腫、顱內(nèi)壓增高等并發(fā)癥。

一般來(lái)說(shuō)，在顱內(nèi)腫瘤立體定向放射外科治療時(shí)，12 Gy的腦組織照射體積與腦放射性壞死有一定關(guān)系［11-13］，因此作者采用 LQ 模型（α/β=3 Gy）轉(zhuǎn)換成5次的等效劑量24 Gy進(jìn)行比較。此外，靶區(qū)外正常組織劑量梯度變化也是評(píng)估放射外科治療可行性的一個(gè)重要參考指標(biāo)，在臨床放射治療中廣泛用于評(píng)估和優(yōu)化劑量的跌落［14，15］。

該研究通過(guò)對(duì)21例腦腫瘤患者分別制定兩種不同計(jì)劃方案，觀察其可能的劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)，其評(píng)估指標(biāo)包括 Dmax、Dmin、Dmean、CI、HI、GI等， 結(jié)果提示內(nèi)縮計(jì)劃組靶區(qū)內(nèi)最大及平均劑量均有所提高，適形性變好，同時(shí)5 Gy、12 Gy、24 Gy劑量體積顯著減少，劑量梯度指數(shù)GI值明顯降低，表明內(nèi)縮計(jì)劃方案可以加快靶區(qū)外腦組織劑量的跌落，有效減少周?chē)＝M織的受量。考慮可能在靶區(qū)內(nèi)縮計(jì)劃方案中，由于較小直徑的限光筒參與了整個(gè)靶區(qū)的照射，在靶區(qū)邊緣得到足夠的處方劑量的同時(shí)，也改善了靶區(qū)劑量的適形性和均勻性，加快了靶區(qū)周邊劑量的跌落；同時(shí)，兩組不同計(jì)劃設(shè)計(jì)方案靶區(qū)內(nèi)收直徑的不同以及限光筒大小選擇的差異，這也可能是造成兩組劑量分布產(chǎn)生顯著差異的另一重要原因。

該研究采用內(nèi)縮計(jì)劃方案還對(duì)射線束、總MUs以及危及器官受量進(jìn)行了評(píng)估，發(fā)現(xiàn)，內(nèi)縮計(jì)劃組射線束和總MUs均顯著降低，治療時(shí)間明顯縮短；危及器官最大、最小及平均劑量也有所降低。本研究結(jié)果彌補(bǔ)了Li等［6］研究提出的內(nèi)環(huán)治療方案較傳統(tǒng)計(jì)劃方案在改善靶區(qū)適形性的同時(shí)造成治療時(shí)間增加的不足。對(duì)于不規(guī)則形狀的腫瘤，在計(jì)劃制定過(guò)程中通常會(huì)選用一個(gè)較小準(zhǔn)直器以達(dá)到一個(gè)適形的劑量分布以及較好的GI，但不可避免地會(huì)增加治療的總跳數(shù)。而在筆者所做的研究中，內(nèi)縮計(jì)劃組可能由于相對(duì)較小的限光筒參與了整個(gè)PTV的照射，與相對(duì)較大限光筒進(jìn)行互補(bǔ)，導(dǎo)致總MU降低程度比較明顯。此外，對(duì)于危及器官的位置以及與此相關(guān)的臨床限制和治療目標(biāo)也會(huì)影響總MU的數(shù)量，如果腫瘤位置毗鄰危及器官，則危及器官最大劑量點(diǎn)便會(huì)受到限制，這樣若要達(dá)到一個(gè)滿意的劑量梯度就勢(shì)必要選擇一個(gè)較小的準(zhǔn)直器，從而導(dǎo)致降低總跳數(shù)的空間減少。該文有7例患者靶區(qū)分別毗鄰視交叉神經(jīng)和腦干，在行內(nèi)縮計(jì)劃方案后，劑量梯度、總跳數(shù)以及危及器官受量方面均有明顯優(yōu)勢(shì)。

綜上所述，對(duì)于行射波刀治療的顱內(nèi)腫瘤患者，內(nèi)縮計(jì)劃方案周?chē)ＤX組織的劑量梯度明顯改善，正常腦組織受量明顯減少，靶區(qū)及危及器官劑量學(xué)分布明顯改善，且治療時(shí)間明顯縮短，保證了計(jì)劃質(zhì)量，提高了工作效率。tactic radiotherapy using Cyber knife for the treatment of large brain metastases： a dose escalation study［J］.Clin Oncol （R Coll Radiol），2014，26（3）：151-158.