基于Tomo HD的螺旋断层与断层径照技术在女性全中枢照射中不同计划方法剂量学比较研究*

丛小虎 解传滨* 徐寿平 葛瑞刚 巩汉顺 戴相昆 曲宝林

全中枢照射(craniospinal irradiation，CSI)又称为全脑全脊髓放射治疗，是一种用于生殖细胞瘤、髓母细胞瘤等肿瘤治疗的重要方法。由于CSI特有的超长靶区及计划靶区邻近较多危及器官(organ at risk，OAR)，对常规加速器放射治疗技术提出了挑战。常规加速器调强放射治疗技术的应用虽然使得CSI OAR受量相比过去显著降低，但由于需要多个治疗中心，带来了射野衔接区剂量的不确定性以及治疗时间过长的问题[1]。

螺旋断层放射治疗系统(Tomotherapy system TOMO)的出现给CSI带来了新的可能性。螺旋断层治疗(helical tomotherapy，HT)技术可以利用一个中心单次摆位即完成整个放射治疗过程，相对于常规加速器三维适形及调强计划，不存在超长靶区接野带来的剂量不确定性，而且其强大的调制能力能够有效的降低计划OAR的受量[2-3]。曲宝林等[4]对CSI螺旋断层放射治疗进行了相关研究，相比于常规加速器，螺旋断层放射治疗计划在达到更好的靶区适形度和均匀性的同时，能够有效降低靶区周围OAR剂量，更适合于CSI的应用。

近年来，螺旋放射治疗(Tomo HD)在原螺旋断层调强技术基础上发展出了断层径照(tomodirect，TD)技术[5]。TD技术通过1～12个静态照射角度，结合螺旋断层放射治疗系统特有的二元气动多叶准直器(multi-leaf collimator，MLC)，配合治疗床连续移动完成整个放射治疗过程，能够在保证放射治疗计划靶区适形与均匀照射的同时，实现对周边OAR的较好保护，是一种具有高度调制能力的新型放射治疗技术，其在CSI应用国内已有相关报道[6-8]。对于女性CSI治疗过程中卵巢保护是一个很重要的问题[9]。解传滨等[7]进行了基于HT与TD两种技术的分段式计划方法在女性CSI应用中的可行性探讨，Tomo HD分段式计划对于女性CSI卵巢保护具有一定的临床应用价值。本研究旨在通过对两种计划设计方法进行比较分析，探讨基于HT与TD两种技术在实施女性CSI中不同计划设计方法的剂量学差异，以期为临床应用提供技术参考。

1 资料与方法

1.1 临床资料

回顾性选取2015年1月至2017年12月在解放军总医院第一临床中心放射治疗科接受CSI治疗的10例女性患者，其中生殖细胞瘤5例，髓母细胞瘤5例。按照对10例病例卵巢区域保护方式不同，将计划分为对照租和观察组，每组各设计10例治疗计划。对照组采用常规HT计划，使用射野屏蔽方法对卵巢区域进行保护；观察组采用HT与TD分段计划方式，即上段计划采用HT技术，下段计划采用TD技术实现对卵巢区域保护。

1.2 仪器设备

图像扫描采用Siemens放射治疗专用大孔径模拟定位CT(德国Siemens公司)；采用Pinnacle计划系统(Ver10.0，荷兰Philips公司)医生工作站进行靶区勾画；两组计划均采用Tomotherapy计划系统(Ver2.1.2，美国Accuray公司)进行计划设计。

1.3 靶区定义与处方剂量

由同一名医生通过Pinnacle医生工作站在CT影像上完成全脑全脊髓临床靶区(clinical target volume，CTV)勾画，在CTV基础上外扩5 mm得到计划靶区(planning target volume，PTV)，将皮肤轮廓Body减去PTV命名为正常组织(normal tissue，NT)，勾画靶区周边主要OAR，如眼球、晶体、口腔、腮腺、肺、心脏、肝脏及肾脏等。由于全中枢肿瘤好发于少年儿童，卵巢精确勾画具有较大难度，因此将卵巢可能区域作为一个保护结构单独命名为VIP进行重点保护。PTV处方剂量为36 Gy/20 f。

1.4 治疗方法

所有患者均采用仰卧位，双手十指交叉置于胸骨下缘腹前位置，采用S型头颈肩、热塑体模+一体板固定，并将热塑体膜上缘折返以固定手臂。CT扫描范围自头顶至股骨上段，扫描层厚为5 mm。

1.5 计划设计

全中枢肿瘤计划均采用Tomotherapy计划系统进行计划设计。将全中枢肿瘤患者图像和勾画结构由Pinnacle医生工作站传到Tomotherapy计划系统进行计划设计。对10例病例分别设计对照组、观察组两组计划。

(1)对照组采用HT技术，计划参数为铅门宽度5 cm、螺距0.43及调制因子2.0。为限制VIP剂量，对照组计划添加半遮挡“block”用于限制卵巢区域剂量。

(2)观察组采用HT与TD分段计划方式，以第三腰椎水平为界，上段采取HT技术设计计划，计划参数设置同对照组参数一致；下段采取TD技术，添加90°、270°两水平对穿射野，铅门宽度2.5 cm、螺距0.25、调制因子2.0。分段计划完成后需应用系统自带Summation功能模块将两段计划进行融合来评估靶区剂量，确保两段计划衔接处无剂量冷点热点出现。

(3)两组计划均要求处方剂量覆盖靶区体积95%(V95%)以上，并尽可能限制VIP最大剂量。

1.6 计划评估

治疗计划设计完成后，评估各组计划靶区及OAR受量，机器执行效率等。本研究靶区剂量学评估包括适形度指数(conformal index，CI)及均匀性指数(homogeneity index, HI)[10]。其CI的计算为公式1：

式中TVPV为设计计划靶区所占处方剂量的体积，TV为计划给予处方剂量靶区体积，PV为处方剂量所包含的总体积。靶区CI值越接近1，为计划靶区的适形度越好。

HI的计算为公式2：

式中D5%指5%靶区体积对应的照射剂量；D95%为95%靶区体积对应照射剂量；靶区HI值越小，越接近1，表示计划靶区的均匀度越好。

1.7 统计学方法

采用SPSS 22.0软件对两组计划进行数据分析，行配对样本t检验，数据分析结果用平均值±标准差表示，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 靶区剂量学比较

两组计划靶区剂量学比较。CI指数：对照组计划由于采用单一HT技术计划CI显著优于观察组计划，差异具有统计学意义(t=5.501，P＜0.05)；HI指数：观察组计划HI好于对照组，差异具有统计学意义(t=3.044，P＜0.05)，见表1。

2.2 OAR剂量学比较

由于观察组计划靶区上半段晶体、眼球和肺采用的是螺旋断层调强放射治疗技术，与对照组计划相比靶区上半段所涉及OAR受量均值接近，差异均无统计学意义。对于靶区外正常组织NT平均剂量，对照组低于观察组，差异具有统计学意义(t=-3.978，P＜0.05)；而对于VIP的保护，观察组计划具有明显的优势，且差异具有统计学意义(t=6.298，P＜0.05)，见表2和表3。

表1 两组计划方式靶区剂量学比较

表1 两组计划方式靶区剂量学比较

注：表中PTV为计划靶区；D2%、D5%、D50%、D95%、D98%和V100%分别为2%、5%、50%、95%、98%和100%靶区体积对应的照射剂量；CI为适形度指数；HI为均匀性指数。

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表2 OAR晶体、眼球和肺剂量学比较

表2 OAR晶体、眼球和肺剂量学比较

注：表中Dmax为OAR计划对应最大剂量；Dmean为OAR计划对应平均剂量；V5、V20为5 Gy、20 Gy剂量对应计划OAR百分体积。

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表3 OAR小肠、NT和VIP剂量学比较

表3 OAR小肠、NT和VIP剂量学比较

注：表中Dmax为OAR计划对应最大剂量；Dmean为OAR计划对应平均剂量；V5、V10、V20为5 Gy、10 Gy、20 Gy剂量对应计划OAR百分体积；NT为皮肤轮廓Body减去PTV；VIP为卵巢保护区域。

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2.3 机器执行效率比较

机器执行效率包含机器出束跳数(monitor units，MU)和计划治疗时间(treatment time，TT)两个重要参数。对照组和观察组计划MU分别为(7929.2±1095.4)MU和(10712.8±2264.5)MU，差异具有统计学意义(t=-5.061，P＜0.05)；对照组和观察组的计划治疗时间分别为(560.8±76.1)s和(780.5±156.9)s，且差异具有统计学意义(t=-5.823，P＜0.05)。

3 讨论

原发中枢神经系统肿瘤绝大多数患者手术后需要进行放射治疗，CSI由于照射范围较广，极大超出常规直线加速器放射治疗射野范围大小，常规加速器放射治疗一般采用三维适形放射治疗(three dimensional conformal radiation therapy，3D-CRT)或调强放射治疗(intensity modulated radiation therapy，IMRT)计划来进行多中心计划设计[11]。由于单中心很难实现照射范围覆盖整个靶区，需要添加多个中心通过射野衔接来进行计划设计，不可避免的带来了射野衔接处冷热点的出现。Tomo HD照射范围是40 cm×160 cm，一次照射即可完成全中枢超长靶区的照射，且能够保证靶区剂量均匀，有效解决了常规加速器治疗射野衔接处剂量不均匀的问题[12]。Tomo HD具有高度的射线调制能力，能够更好的对OAR进行保护。Tomo HD常规计划设计可以通过手工添加“屏蔽区”或对某一器官设置射野全挡(complete)或半挡(directional)方式限制相应区域射线的输出，计划执行过程中通过闭合二元气动光栅来实现对OAR的保护。但由于遮挡部分射线无法有效利用，使系统出束效率降低。在螺旋断层调强技术基础上推出的TD技术通过固定治疗角度出束，通过MLC优化来实现束流强度调制，射线利用率相对较高。

TD技术作为螺旋断层放射治疗技术的补充，最早在乳腺癌放射治疗过程中体现了其特殊优势[13-16]。随着临床应用不断拓展，TD技术在其他肿瘤放射治疗中的应用被报道并推广。杜乐辉等[17]对TD技术在中下段食管癌放射治疗中的应用进行分析，并与常规IMRT技术做比较，其结果显示，TD技术在靶区剂量分布及对全肺的保护上具有明显的优势，但计划的实施效率相较于采用IMRT技术计划略有下降。戴相昆等[18]对TD技术在非小细胞肺癌放射治疗中的应用做了研究，其结果显示，相比于IMRT技术，在达到近乎相当的靶区剂量分布基础上，TD技术可以更好的保护健侧肺、心脏以及脊髓等OAR。徐英杰等[8]对全脑全脊髓病例分别设计3野TD、5野TD及螺旋断层三种治疗计划，其研究结果表明，5野TD计划在临床剂量学上有一定优势，能降低OAR低剂量区范围，同时保证靶区剂量满足要求。而对于女性患者卵巢保护的问题，20世纪90年代国内就有学者提出其必要性，但由于女童患者卵巢位置确定困难，以及常规治疗技术的限制，大多数单位在进行CSI过程中并未考虑对卵巢的保护[9]。

本研究中将CSI女性患者卵巢区域保护作为重点，比较了螺旋断层放射治疗系统两种不同计划方式的剂量学差异，其研究结果显示，下段采用TD左右对穿技术的观察组计划相比单纯应用螺旋断层调强技术的对照组计划能更好的限制卵巢区域最大剂量，进而有效保护女性CSI患者卵巢功能，在特定计划设计中有其独特优势。但由于观察组计划的下段靶区采用了左右对穿的TD方式，因此其靶区适形度明显较低。而对照组计划在设计过程中为实现对卵巢区域最大可能的保护采取了添加遮挡屏蔽的限制，一定程度上造成靠近卵巢区域部分靶区剂量不足的情况。而观察组计划上段靶区均采用了螺旋断层旋转照射的治疗方式，因此所涉及OAR与对照组计划相差不大，均能满足临床剂量限制要求。

TD技术在女性卵巢保护计划中发挥了重要作用，但对于靶区两侧由于左右对穿所带来的正常组织受照剂量明显增加的问题应该予以关注。同时由于观察组计划采用分段照射方式，在治疗实施过程中，需进行两次MVCT扫描来保证治疗精度，因此建议在纵轴方向取相同校准值，以尽可能降低由于体位误差带来的实施剂量叠加不确定性。

TD技术是一种引入临床的新型治疗技术，其应用对于女性CSI卵巢保护患者计划体现出一定优势，而分段式计划方式为女性CSI患者提供了一种新选择。