Tomo HD分段式计划在实施*女性全中枢照射卵巢保护中的可行性研究

解传滨 戴相昆 杜乐辉 曲宝林* 徐寿平 徐 伟 丛小虎 杨 涛

Tomo HD分段式计划在实施*女性全中枢照射卵巢保护中的可行性研究

解传滨①戴相昆①杜乐辉①曲宝林①*徐寿平①徐 伟①丛小虎①杨 涛①

目的：探讨Tomo HD分段式计划在实施女性全中枢照射(CSI)卵巢保护中的可行性及其剂量学特点。方法：选取8例已行全中枢照射的女性患者(其中生殖细胞瘤4例，髓母细胞瘤4例)，照射靶区包括全脑全脊髓，采用pinnacle计划系统完成靶区及正常器官勾画(卵巢保护区域定义为VIP)，处方剂量为36 Gy/20次，采用Tomo HD螺旋断层调强与断层径照调强接野技术，实现女性CSI患者卵巢保护的分段计划设计：上段计划(腰3水平以上)采用螺旋断层调强模式；下段计划(腰3水平以下)采用断层径照调强模式；应用HI.Art计划系统Summation模块将两段计划进行融合后，通过剂量体积直方图(DVH)统计分析靶区和各危及器官的剂量参数，并评估治疗计划的总出束时间。结果：分段式全中枢照射计划融合后统计Dmean、Dmax分别为(37.15±0.20)Gy和(41.22±0.41)Gy；D2、D98分别为(38.49±0.29)Gy和(35.27±0.46)Gy，V36为(95.70±1.16)%，实现了对靶区的较好覆盖。正常器官除眼球与心脏外，其他器官Dmean均＜10 Gy，其中晶体Dmax为(5.10±1.19)Gy，卵巢保护区Dmax为(7.30±1.07)Gy；上、下段计划平均出束时间分别为(493.6±91.6)s和(289.24±63.45)s。结论：Tomo HD分段式计划在实现女性CSI靶区剂量无缝衔接的同时有效避开了对卵巢保护区域的照射，具有较高的临床应用价值。

全中枢照射；螺旋断层调强技术；断层径照调强技术；卵巢保护

全中枢放射治疗(caranio spinal radiotherapy，CSI)即全脑全脊髓放射治疗，主要应用于容易沿脑膜或脑脊液播散转移的脑恶性肿瘤，如生殖细胞瘤、髓母细胞瘤、中枢神经系统白血病、中枢神经系统恶性淋巴瘤和恶性室管膜瘤等。患者以少年儿童居多，有着较高的5年生存率[1-3]。

随着放射技术的不断发展，现代放射治疗已经发展到精确定位、精确计划及精确治疗的高级阶段，以垂直射野衔接技术为代表的常规CSI逐渐淡出了历史舞台。调强放射治疗(intensity modulation radiation Therapy，IMRT)技术的应用使得CSI可以得到较高的靶区适形度与剂量均匀性[4]。但由于射野设计复杂，实施效率低，且较长的治疗时间给患者体位的固定带来困难，因此也禁锢了IMRT技术在CSI临床应用的普及与推广。螺旋断层放射治疗技术(helical tomoTherapy，HT)既可以在较大范围内实现对复杂形状肿瘤实施高度适形的剂量分布，又能有效避免对关键器官的照射，具备了实施CSI的技术优势[5]。而对于行CSI治疗的年轻女性患者卵巢保护问题早在20世纪90年代就由我国学者提出，但由于儿童女性患者卵巢区域确定困难以及技术方法的限制，大多数治疗中心行CSI时并未考虑卵巢的保护问题[6]。基于此，本研究采用Tomo HD螺旋断层调强与断层径照调强接野技术进行分段式计划设计，实现女性CSI患者卵巢保护，并分析其剂量学特性，以期为临床应用标准的选择提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性选取2016年3月至2017年3月在解放军总医院接受全中枢照射的8例女性患者，其中生殖细胞瘤4例，髓母细胞瘤4例。所有患者均采用仰卧位，S型头颈肩热塑体模一体板固定，CT扫描范围自头顶至股骨上段，扫描层厚为5 mm。

1.2 仪器设备

患者定位扫描采用SIEMENS大孔径CT模拟定位机(德国SIEMENS)，靶区勾画采用Pinnacle 9.1(荷兰Philips)计划系统，计划设计采用Hi.ART 4.3计划系统(美国Accuray)。

1.3 靶区定义与处方剂量

应用Pinnacle 9.1计划系统勾画全脑全脊髓临床靶区，外放5 mm为计划靶区(planing target volume，PTV)，正常器官包括眼球、晶体、口腔、腮腺、肺、心脏、肝脏、肾脏、小肠和卵巢保护区(定义为VIP)等。处方剂量为36 Gy/20次。

1.4 计划设计及评估方法

(1)在勾画好的定位图像上进行辅助轮廓勾画，并将PTV复制后在第3腰椎水平分为上、下两段，分别定义为PTVU、PTVD，并将上下两段间空出6 cm区域作为剂量衔接过渡区。将图像轮廓数据经网络以DiCOM格式传输到Tomo HD所配套的HI.Art计划系统。

(2)上段计划设计采用螺旋断层调强方式，射野宽度(field width，FW)选用5.05 cm，螺距值(Pitch)选择0.43，并根据实际情况适时调整调制因子(modulated factor，MF)以保证机架旋转周期在14～16 s之间，在此段计划设计中需将PTVD作为危及器官(organs at risk，OAR)进行最大剂量限量(DMAX＜2 Gy)。计划完成后，应用系统自带剂量测量工具，从PTVD上层开始逐层读出过渡区内靶区所受最大剂量Dx，以用于下段计划设计中过渡靶区的目标剂量给定。

(3)下段计划设计采用断层径照调强方式，为了有效避开射野对盆腔卵巢可能区域的照射，射野方向设置为左右对穿。FW选用2.51 cm，Pitch选择0.5，MF为2.0。在计划设计之初，应用系统轮廓勾画工具，从PTVD上层开始每2～3层剂量过渡区定义一个过渡靶区PTVy(一般定义3～5个)，并且根据上段计划中所得Dx的平均值确定PTVy的目标剂量Dy，以两层PTVy为例：Dy=36-(Dx+Dx+1)÷2。所得结果用于计划优化中各过渡靶区目标函数的设定。

(4)计划完成后应用系统Summation模块将两组计划的剂量分布进行叠加融合后，评估总体剂量分布情况，并评估治疗计划的总机器跳数和治疗时间。

2 结果

对8例患者分段计划剂量融合后统计所得靶区Dmean、Dmax分别为(37.15±0.20)Gy和(41.22±0.41) Gy；D2、D98分别为(38.49±0.29)Gy和(35.27±0.46) Gy，V36为(95.70%±1.16%)，实现了处方剂量对靶区的较好覆盖，并得到了较好的靶区剂量均匀性，除眼球和心脏外，其他各器官平均剂量均＜10 Gy，正常器官的受量情况见表1。

而对于重点关注的卵巢保护区域最大剂量DMAX=(7.30±1.07)Gy，其中有2例由于勾画区域距离骶尾部靶区较近，卵巢保护区最大剂量＞8 Gy(最大8.5 Gy)。从融合后等剂量曲线分布图上来看，处方剂量线在较好的覆盖整个靶区的同时实现了对周围正常器官的避让，并且在剂量衔接过渡区无剂量冷热点的出现，实现了上、下两段计划的无缝衔接(如图1所示)；在8例患者平均DVH中也得到了充分的体现(如图2所示)。

3 讨论

CSI靶区贯穿全脑至脊髓圆锥部整个人体中枢轴区域，照射范围较大，患者极易出现较大毒副反应，如恶心、呕吐和骨髓抑制等，而对于生长发育阶段的儿童患者，在接受CSI治疗后，其生长、内分泌及神经功能等会存在一定程度的损伤。Heikens等[7]对20例髓母细胞瘤患者接受治疗16年(中位时间)后进行随访发现，70%患者出现生长激素下降，而有35%患者表现为生长激素缺乏，且治疗时年龄是影响生长激素缺乏的主要因素。Mulhern等[8]对行CSI后长期生存患儿随访分析得出，神经功能损伤所导致的认知功能改变是影响患者生活质量的重要因素，且与接受照射的剂量和体积及年龄有重要关系。Kramer等[9]研究发现，接受全脑平均剂量为35 Gy照射后的髓母细胞瘤患者治疗后表现出不同程度的认知功能障碍。因此，在保证全中枢靶区在接受足够剂量的基础上，如何进一步降低各正常器官的受量以减少毒副反应并发症成为临床研究的重点。

表1 各危及器官剂量统计结果(±s)

表1 各危及器官剂量统计结果(±s)

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图1 一例患者等剂量曲线分布图

图2 八例患者平均DVH示图

IMRT技术的应用使得CSI可以得到较高的靶区适形度与剂量均匀性同时，进一步减少了周围正常组织和器官的受量[10]。但由于其所用照射野数有限，而针对CSI靶区超长特性无法有效解决相邻射野间的剂量衔接问题，且由于射野设计复杂，实施效率低，较长的治疗时间很难保持患者体位的固定不变，因此禁锢了IMRT技术在CSI临床应用的普及与推广。HT系统是经FDA批准的放射治疗系统，代表了CT影像引导放射治疗和IMRT技术的融合，其最大可治疗的靶区范围大约是60 cm×160 cm，既可以在较大范围内实现对复杂形状肿瘤实施高度适形的剂量分布，同时能有效避免对关键器官的照射，具备了实施CSI的技术优势[11-12]。Hui等[13]采用HT行CSI，结果显示，正常器官的受照剂量降到靶区处方剂量的35%～70%。Pen等[14]分析采用HT行CSI的18例患儿，其结果显示，不良反应在可接受范围，虽然肺组织所受低剂量区域明显，但并未出现急性放射性肺炎。Sharma等[15]将HT与IMRT、传统CSI进行剂量学比较研究得出，HT在靶区剂量分布以及重要器官的保护上具有绝对的优势，但由于HT螺旋断层的实施方式，不可避免的导致了全身低剂量辐射的明显增加。曲宝林等[16]在HT行CSI的早期应用中提出了针对女性患者的分野照射模式，即在L5水平分界，全脑、全颈髓及胸髓等采用HT照射，而骶尾部则采用普通加速器三维适形放射治疗(three dimensional conformal radiation therapy，3D-CRT)左右对穿照射，严格控制卵巢可能区域的受照，最大限度保证患者生育能力。但是，由于HT与普通加速器照射半影差异较大，其计划间剂量的有效衔接存在一定难度，加之患者需要在2台设备之间转换来完成治疗，也由此带来了患者2次体位改变所带来的实施剂量不确定性问题。随着技术发展，新的HT机型Tomo HD开始应用于临床，其在螺旋断层调强放射治疗技术的基础上增加了径照技术(tomo director，TD)。TD技术采用治疗床移动同时旋转机架固定在某一角度连续出束，并配合二维多叶光栅调制实现对靶区的照射。本研究采用TD技术取代普通加速器，实现在同设备同计划系统下完成对于女性患者卵巢保护需求的CSI实施。

在盆腔段计划的设计之初，为了提高计划的实施效率采用了5.05 cm射野宽度，但卵巢保护区VIP最大剂量很难达到剂量限制要求，分析发现是由于骶尾部靶区的向后弯曲带来了靶区与VIP在纵轴方向的相邻关系(如图1b所示)。而较大射野宽度在纵轴方向的剂量延伸[17]不可避免的造成了卵巢保护区与靶区相邻边缘的剂量增高。为了解决这个问题，射野宽度选择了2.51 cm，但却明显的增加了计划的实施时间。在双段计划的设计中本研究采用设置剂量过渡区结合系统自带的Summation模块的反复评估修正，实现了两段计划不同铅门宽度下的有效剂量衔接，最大可能的避免了剂量冷热点的出现。但在计划的治疗实施过程中需进行两次摆位校准，虽然患者定位所采用的头体一体式体位皮固定技术可有效减小头脚方向的摆位误差，但两段计划实施中间治疗床的移动势必引入位置偏差，因此也就不可避免的带来了实施剂量衔接的不确定度，这在临床实施中应该予以重视，对于由此而带来的患者实际实施的剂量偏差将在后期的研究中予以探讨[18]。

Tomo HD分段式计划在实现女性CSI靶区剂量无缝衔接的同时有效避开了对卵巢保护区域的照射，具有较高的临床应用价值，但对于患者实际实施中的剂量衔接不确定性问题应该予以关注。

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The feasibility study of sectional plan of Tomo HD in protecting for ovary during implementing caraniospinal irradiation for female/XIE Chuan-bin, DAI Xiang-kun, DU Le-hui, et al//China Medical Equipment,2017,14(7):5-8.

Objective: To explore the feasibility and dosimetry characteristic of TomoHD plans which were divided into two segments in protecting for ovary during implementing craniospinal irradiation (CSI) for female. Methods: 8 female patients

CSI (4 cases were germ-cell tumor, 4 cases were medulloblastoma), and the target region of irradiation included whole brain and whole spinal marrow. The Pinnacle system was adopted to sketch the target region and normal organ (the protecting area of ovary was defined as VIP), and the dosage of prescription was 36 Gy/20 F. The helical Tomo HD intensity modulation therapy and Tomo Director intensity modulation were adopted to achieve design of sectional plan for protecting ovary of female patients received CSI. The helical Tomo HD intensity modulation mode was used in upper segment plan (above third lumbar vertebra) and Tomo Director intensity modulation mode was used in lower segment plan (under third lumbar vertebra). Summation mode of HI. Art planning system was used to combine the two segments planning, and the target region and dosage parameter of organ at risk(OAR) were statistically analyzed through using dose volume histogram (DVH). Besides, the total beam-on time of curative plan was evaluated. Results: After the combination of the two segments planning, Dmean and Dmax were (37.15±0.20)Gy and (41.22±0.41)Gy, respectively. D2and D98were (38.49±0.29)Gy and (35.27±0.46)Gy, respectively. V36was (95.70±1.16)%, and the cover of target region was appreciated. All of the Dmean of other organs were ＜10 Gy except for eyeball and heart in normal organs, and the Dmaxof crystalline lens was (5.10±1.19)Gy, while the Dmax of protected area for ovary was (7.30±1.07)Gy. The average beam-on time of upper segment and lower segment were (493.6±91.6)s and (289.24±63.45)s, respectively. Conclusion: The Tomo HD plan which combined of two segments effectively protects the ovary of female received CSI when it achieve the seamless connection for dosage of target region. It has higher application value in clinical practices.

Caraniospinal irradiation; Helical tomotherapy; Tomo diretor; Ovary protecting

Department of Radiotherapy, Chinese People's Liberation Army General Hospital, Beijing 100853, China.

解传滨,男,(1983- ),硕士，物理师。解放军总医院放射治疗科，研究方向：医学物理和肿瘤精确放射治疗的相关研究。

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.07.002

2017-04-26

1672-8270(2017)07-0005-04

R730.55

A

；国家重点研发计划(2016YFC0904600)“以生物组学特征与多模态功能影像为基础的多线束精准放疗方案研究”；解放军总医院临床科研扶持基金(2017FC-WJFWZX-04)“基于旋转调强全中枢照射的临床研究”

①解放军总医院放射治疗科 北京 100853

*通讯作者：qubl6212@sina.com