腦轉移瘤同期推量適形放療與調強放療的劑量學研究

倪玲琴 應申鵬 劉艷梅 王勇 吳朝霞 David Huang

腦轉移瘤同期推量適形放療與調強放療的劑量學研究

倪玲琴 應申鵬 劉艷梅 王勇 吳朝霞 David Huang

目的探討腦轉移瘤同期推量適形放療與調強放療的劑量學差異。方法選擇在本院放療的41例腦轉移瘤患者為對象，分別設計全腦照射聯合局部同期推量治療的2種放療計劃，即三維適形放療計劃（3DCRT）、調強放療計劃（IMRT），處方給量為全腦3 000cGy/10次+轉移瘤同期推量4 000cGy/10次；比較并分析2種放療計劃的靶區適形度（CN）、靶區均勻指數（HI）和機器跳數（MU）。結果2種放療計劃均能滿足臨床要求；在CN方面，IMRT明顯優于3DCRT（P＜0．05）；在HI、MU方面，3DCRT明顯優于IMRT（均P＜0．05）。2個轉移瘤且無共層和3～4個轉移瘤且有共層的情況下，IMRT與3DCRT在CN方面比較差異無統計學意義（P＞0．05），3DCRT在HI、MU方面均優于IMRT（均P＜0．05）；3個轉移瘤且無共層的情況下，3DCRT與IMRT在CN、HI方面比較差異均無統計學意義（均P＞0．05）；3DCRT在MU方面優于IMRT（P＜0．05）。結論2種放療計劃均能滿足臨床要求。在某些特定情況下，如2～3個轉移瘤且無共層或3～4個轉移瘤且有共層，3DCRT較優。

同期推量適形放療調強放療劑量學

腦部是晚期腫瘤較為常見的轉移部位，隨著影像診療水平的不斷提高，腦轉移瘤的發現率越來越高。雖然隨著科技的不斷發展，放療設備和技術越來越先進，治療腦轉移瘤的高端放療技術越來越受到人們的推崇。但由于患者自然病程的總生存時間只有短短幾個月，故放療作為一種姑息治療手段，若采用高端放療技術往往事倍功半，并不能達到理想的效果。因此，筆者從最常規的治療設備和治療技術出發，研究三維適形放療計劃（3DCRT）和調強放療計劃（IMRT）治療腦轉移瘤患者全腦放療聯合局部同期推量照射的劑量學特點，對比分析其計劃質量，希翼能得出一個更高效低毒的計劃方案，為腦轉移瘤患者臨床放療方案的選擇與制定提供依據。

1 對象和方法

1.1 對象選擇2015年1月至2016年3月在臺州市中心醫院放療的41例腦轉移瘤患者為研究對象，其中男25例，女16例；年齡41～80歲，平均（56.4±13.8）歲；行為狀態評分（KPS）≥70分；轉移瘤1～4個；既往未行顱內病灶手術或放射治療。原發腫瘤為肺癌33例，乳腺癌1例，直腸癌1例，其他6例。

1.2 方法主要設備有美國GE公司64排螺旋CT掃描機、日本東芝模擬機、德國SIEMENS公司PRIMUS H型加速器、美國Pinnacle 9.8適形調強計劃系統。

1.2.1 圖像掃描患者仰臥位，采用熱塑面膜進行體位固定。使用64排螺旋CT掃描機，層厚2.5mm，掃描范圍：上界開放，下界至C2椎體下緣。掃描后將CT圖像傳輸至Pinnacle 9.8適形調強計劃系統。顱內可見轉移腫瘤為腫瘤靶區（GTV），GTV均勻外放5mm為計劃腫瘤靶區（PGTV）。全腦部分，下界至枕骨大孔，沿顱骨內緣勾畫的靶區為臨床靶區（CTV），CTV均勻外放3mm為計劃靶區（PTV）。逐層勾畫腦干、左右視神經、視交叉、左右眼球、左右晶狀體等危及器官（OAR）。

1.2.2 放療計劃設計制定腦轉移瘤患者全腦照射聯合局部同期推量治療的2種放療計劃：3DCRT（使用三維適形技術、運用大野+小野多處方劑量疊加法設計計劃）、IMRT（全程使用逆向調強技術設計計劃）。處方給量為PTV（全腦）3 000cGy/10次，PGTV（轉移灶）局部同期推量至4 000cGy/10次，計劃要求處方劑量至少包繞95%的靶區體積（PTV或PGTV），高劑量線盡可能多包繞靶區體積，并減少危及器官及周邊正常組織的照射量。

1.2.3 評估指標（1）靶區適形度（CN）=（VT，pres/VT）×（VT，pres/Vpres），其中VT，pres為處方劑量包繞的腫瘤體積，VT為腫瘤體積，Vpres為處方劑量包繞的體積，取值范圍0～1，1為最佳[1]；本文主要針對PGTV。（2）靶區均勻指數（HI）=（D2%-D98%）/Dmedian，HI越小表示靶區劑量均勻性越好，0為最佳[2]；本文主要針對PGTV。（3）機器跳數（MU）越大表示機器出束時間越長，患者計劃實施時間越長，會增加治療過程中患者體位移動的可能性。

1.3 統計學處理應用SPSS 22.0統計軟件。計量資料用表示，組間比較采用配對t檢驗。

2 結果

2.1 總體情況2種放療計劃均能滿足臨床要求。在CN方面，IMRT明顯優于3DCRT（P＜0.05）；在HI、MU方面，3DCRT明顯優于IMRT（均P＜0.05），見表1。

表12 種放療計劃劑量學參數比較

2.2 按轉移瘤數目分類的2種放療計劃劑量學參數比較按轉移瘤數目分成單發轉移瘤、2個轉移瘤且無共層、2個轉移瘤且有共層、3個轉移瘤且無共層、3～4個轉移瘤且有共層等5個類別，共層即同一CT橫斷面有2個及以上轉移瘤。2個轉移瘤且無共層和3～4個轉移瘤且有共層的情況下，IMRT與3DCRT在CN方面比較差異無統計學意義（P＞0.05），3DCRT在HI、MU方面均優于IMRT（均P＜0.01）；3個轉移瘤且無共層的情況下，3DCRT與IMRT在CN、HI方面比較差異均無統計學意義（均P＞0.05），3DCRT在MU方面優于IMRT（均P＜0.05），見表2。

表2 按轉移瘤數目分類的2種放療計劃劑量學參數比較

3 討論

腦轉移瘤同期推量放射治療技術是指在全腦靶區給予一定處方劑量的基礎上，同時給予轉移瘤一定的劑量追加[3-4]，由于全腦PTV和轉移瘤PGTV的相對位置和相對體積占比存在差別，在設計放療計劃時則更關注轉移瘤靶區的劑量分布情況，PTV劑量分布情況受影響的波動范圍小，受轉移瘤具體情況的牽動較多。因此，本文就轉移瘤數目分類對靶區2種放療計劃劑量學參數的影響進行分析。

IMRT是由計算機根據預先給予的一系列約束條件進行射線束的優化計算，直至將優化好的射束通量圖轉化成可供加速器多葉光柵直接執行的子野序列，實際上是由很多子野甚至小野拼接而成的復雜方案。因此，IMRT在HI方面稍遜些。腦轉移瘤同期推量照射3DCRT的設計理念是正向調強的一種體現，它通過人工手動的方式改變同一PTV內（PGTV在PTV內）的劑量強度，本質上3DCRT的照射野內束流強度仍是處處相等的，所以不難理解3DCRT在HI方面好于IMRT。IMRT內在的劑量不均勻性在理論上可以將所有劑量高點集聚在靶區內，同時加速靶區外的劑量跌落，而3DCRT射野內均勻的劑量強度使得靶區外劑量跌落變得鈍化；基于這種特點，IMRT在CN方面表現較好，與相關文獻報道一致[5]。正是由于3DCRT、IMRT的正逆向運算方式計劃制定特點，在MU方面體現得尤為明顯。IMRT的子野拼接方式能使射束使用效率大大降低，因此，機器需要更多的出束時間來補償低效的射束利用率以達到需要的劑量要求。不可否認，IMRT是一種更為先進復雜的放療技術，特別是對一些凹形或不規則靶區如鼻咽癌[6]、宮頸癌[7]、前列腺癌[8]等靶區，IMRT能生成更好的劑量分布，是3DCRT無法比擬的。但腦轉移瘤靶區是個相對規則的凸形靶區，在某些特定情況下如2～3個轉移瘤且無共層、3～4個轉移瘤且有共層等，3DCRT與IMRT在CN方面比較差異無統計學意義，在HI方面3DCRT優于IMRT，再結合MU方面考慮，認為3DCRT是目前臨床方案的較佳選擇，已有多篇文獻報道其可行性[9-10]。

綜上所述，以上2種放療計劃均無絕對的優勢和劣勢。在某些特定情況下，如2～3個轉移瘤且無共層或3～4個轉移瘤且有共層，3DCRT較優；臨床上可根據具體情況選擇。

[1]Wu S,Lai Y,He Z,et al．Dosimetric comparison of the simultaneous integrated boost in whole-breast irradiation after breastconserving surgery:IMRT,IMRT plus an electron boost and VMAT[J]．PLoS ONE,2015,10(3):1-11．

[2]Vinai G,Ranjini T,Minesh P M,et al．Hippocampal-sparing whole-brain radiotherapy:a"How-to"technique using helical tomotherapy and linear accelerator-based intensity-modulated radiotherapy[J]．Int J Radiat Oncol Biol Phys,2010,78(4):1244-1252．

[3]Tiwari V,Pande S C,Verma K,et al．Simultaneous integrated boostwithintensitymodulatedradiationtherapyinbrain oligometastases:A feasible technique for developing countries [J]．South Asian J Cancer,2015,4(1):11-14．

[4]Kim K H,Cho B C,Lee C G,et al．Hippocampus-sparing wholebrain radiotherapy and simultaneous integrated boost for multiple brain metastasesFrom lung adenocarcinoma:early response and dosimetric evaluation[J]．Technology in Cancer Research&Treatment,2015:1-8．

[5]Hermanto U,Frija E K,Lii M J,et al．Intensity-modulated radiotherapy(IMRT)and conventional three-dimensional conformal radiotherapy for high-grade gliomas:dose IMRT increase the integral dose to normal brain?[J]．Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2007,67(4):1135-1144．

[6]Cheng M C,Hu Y W,Liu C S,et al．Optimal beam design on intensity-modulated radiation therapy with simultaneous integrated boost in nasopharyngeal cancer[J]．Med Dosim,2014,39(3):246-250．

[7]Guy J B,Falk A T,Auberdiac P,et al．Dosimetric study of volumetric arc modulation with RapidArc and intensity-modulated radiotherapy in patients with cervical cancer and comparison with 3-dimensional conformal technique for definitive radiotherapy in patients with cervical cancer[J]．Med Dosim,2016,41(1):9-14．

[8]Hannah E,Andrew M,Deborah S,et al．A decision model to estimate the cost-effectiveness of intensity modulated radiation therapy(IMRT)compared to three dimensional conformal radiation therapy(3DCRT)in patients receiving radiotherapy to the prostate bed[J]．Radiotherapy and Oncology,2014,112(2):187-193．

[9]梁曉東,倪玲琴,于長輝,等．腦轉移瘤同步加量正向調強放療計劃的研究[J]．浙江醫學,2012,34(13):1129-1131．

[10]Ni L Q,Liang X D．Feasibility of simultaneous integrated boost with forward intensity-modulated radiation therapy for multiple brain metastases[J]．Contemp Oncol,2014,18(3):187-191．

Dosimetric study of 3DCRT and IMRT for whole-brain radiotherapy with simultaneous integrated boost to brain metastases

ObjectiveTo investigate the dosimetric differences of 3DCRT and IMRT for whole-brain radiotherapy with simultaneous integrated boost to brain metastases．MethodsForty one previously treated cancer patients with brain metastases were replanned using 3DCRT and IMRT,respectively．The prescription dose was 3000cGy/10 fractions for whole brain(PTV),and 4000cGy/10 fractions for individual brain metastases(PGTV)simultaneously．The conformation number(CN) and homogeneity index(HI)of the target,and the monitor units(MU)were compared．ResultsBoth treatment plans met the clinical requirements．The target dose conformity of IMRT was better than that of 3DCRT(P＜0．05)．The homogeneity index and monitor units of 3DCRT were better than those of IMRT(P＜0．05)．For the cases with 2 metastases which were not on the same slice,and 3 or 4 metastases which were on the same slice,there was no statistical difference in the target dose conformity between 3DCRT and IMRT(P＞0．05),while the homogeneity index and monitor units of 3DCRT was better than IMRT(P＜0．05)．For the cases with 3 metastases which were not on the same slice,there was no statistical difference in the target dose conformity and homogeneity index between 3DCRT and IMRT(P＞0．05),while the monitor units of 3DCRT was better than that of IMRT(P＜0．05)．ConclusionTwo types of plans can satisfy the clinical requirements．Under some special conditions,such as 2 or 3 metastases which were not on the same slice,or 3 or 4 metastases which were on the same slice,the 3DCRT plan is better．

Simultaneous integrated boost3DCRTIMRTDosimetry

2016-08-11）

（本文編輯：陳丹）

臺州市科技計劃項目（1402ky10）

318000臺州市中心醫院放療科（倪玲琴、應申鵬、劉艷梅、王勇）；清華大學工物系（吳朝霞）；昆山杜克大學（David Huang）

David Huang，E-mail：huangd2013@gmail.com