容積調強在全脊柱骨多發轉移瘤放療中應用研究

陳小君 翁成蔭 甘慶權 陳紅文 劉枝祥

廣州市第一人民醫院腫瘤科（廣州 510180）

放射治療對骨轉移瘤局部止痛療效確切，約60%～80%的惡性腫瘤骨轉移患者在局部止痛放療中獲得良好的止痛效果，對放療有反應者50%以上在大劑量放療2～3次后，疼痛就明顯減輕，70%以上患者接受放療后緩解期達3個月［1］。由于放療設備的局限，目前直線加速器單中心最大照射范圍在40 cm之內，單個治療中心放射靶區長度不應超過40 cm。由于腫瘤全脊柱骨轉移通常為多發，放射靶區常超40 cm（稱之超長靶區），需設計2～3個照射中心，平移進行照射，這樣相鄰照射野間存在銜接問題，銜接區可能會出現劑量熱區或冷區，當熱區出現在危及器官如脊髓，可能出現放射性脊髓炎，嚴重者可能截癱，冷區出現在靶區內意味著放療劑量不足，影響療效。隨著醫療技術的飛速發展，放療設備的更新換代，放射治療也進入精確時代。容積調強（volumetric modulated arc therapy，VMAT）是近年推廣的調強放療技術，具有靶區覆蓋度和劑量均勻性相對較好，正常組織保護好，治療操作相對簡單等特點。因此，本項目研究了適形放療（conformal radiotherapy，CRT）和容積調強放療在全脊柱骨多發轉移瘤應用中劑量學差異及計劃執行效率，評估兩種放療技術在全脊柱骨多發轉移瘤應用中劑量學特點及安全性，可為有超長靶區的惡性腫瘤治療提供技術參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年1月—2021年1月我科放療中心收治的全脊柱骨多發轉移的腫瘤患者作為研究對象，其中前列腺癌骨轉移15例，乳腺癌骨轉移14例，肺癌骨轉移13例，鼻咽癌骨轉移8例。原發腫瘤病灶有病理確診，并行PET-CT或ECT等相關檢查診斷有多發骨轉移瘤，放療靶區＞40 cm。排除標準為：①同一部位已接受過放療的患者；②有放療禁忌證者。研究方案經我院醫學倫理委員會審核通過（倫理批件號：K-2018-103-01）。

1.2 放療技術

1.2.1 設備和材料 采用美國GE公司大孔徑定位CT機進行定位，瑞典醫科達公司Synergy直線加速器進行治療，射野驗證系統拍攝位置驗證片，固定材料采用人體固定真空袋和固定膜。

1.2.2 體位固定及影像資料獲取 患者仰臥于真空袋上，軀體保持水平，雙手置額頭，通過推砌袋體，抽真空，真空袋固定成型，胸腹部再予固定膜固定。使用2組金點貼在固定膜上作為參考坐標。CT掃描范圍為顱底至尾骨，層厚和層距均為2.5 mm，掃描完成后圖像傳輸到計劃系統。

1.2.3 靶區及危及器官勾畫 采用醫科達公司Monaco計劃系統進行靶區勾畫，首先勾畫全脊柱的臨床靶區（clinical target volume，CTV）然后外擴0.5 cm為計劃靶區（planning target volume，PTV），同時勾畫出雙肺、心臟、肝臟、腎、胰腺、胃、小腸等危及器官，限制其體積不超過該器官的最大耐受劑量。

1.2.4 計劃設計 采用Monaco計劃系統對同一患者分別設計兩種計劃（CRT 和VMAT），CRT稱為對照組，VMAT稱為研究組。CRT計劃：根據靶區長度設計兩個照射中心ISO-A和ISO-B，每個中心采用前后兩野對穿適形照射，治療床旋轉 90°并適當調整對穿野角度使兩個中心的照射野銜接處實現無縫銜接，先給予一半的照射次數，然后平移照射野使銜接處間隙移動到靶區其它處，再給予另一半的照射野次數（如圖1）。VMAT計劃：設計兩個照射中心ISO-C和ISO-D，將靶區分成2段，上段脊柱采用350 rad（185-175）1個雙弧度進行治療，中下段脊柱采用另一個同樣角度的雙弧進行治療。2個弧之間交叉2～3 cm，同時優化以解決照射野的銜接問題（如圖2）。

圖1 CRT 計劃設計

圖2 VMAT 計劃射野設計

1.2.5 處方劑量 每段照射總劑量為3 000 cGy，采用6MV-X線照射，每天300 cGy，1天1次，1周5次，周末休息，放療2周。

1.2.6 數據分析及統計 運用劑量體積直方圖及對應的統計表去評估靶區及危及器官劑量覆蓋情況，了解靶區熱點和冷點、靶區外整體劑量以及危及器官受照劑量、出束時間等參數，通過劑量分布圖和點測量方式了解射野銜接區劑量分布情況。為了統一比較，靶區劑量歸一為處方劑量覆蓋95%的體積，靶區覆蓋度以V30 Gy（%）、適形指數（conformality index，CI）、均勻指數（homogeneity index，HI）等作為評估目標，熱點為大于處方劑量110%的劑量點，冷點為小于處方劑量93%的劑量點。靶區外整體劑量為身體外輪廓減去PTV的受照平均劑量，出束時間為多個照射野射線開始照射至停止的累積時間。靶區適形指數：CI ＝（PTVref/PTV）×（Tissueref/ PTV）；其中，PTVref是接受至少95%處方劑量所包繞的PTV體積，Tissueref是接受至少95%處方劑量的總體積，均勻指數：HI＝D5%/D95%；其中，D5%是5%的PTV體積受照劑量，D95%是95%的PTV體的受照劑量。危及器官受照量以V5 Gy%（受照劑量為5 Gy的體積百分比）和V10 Gy代表低劑量受照量，V20 Gy和V30 Gy代表高劑量受照量。應用 SPSS 16.0 軟件進行統計學分析，計量數據采用（±s）表示。配對t檢驗比較傳統放療技術CRT和VMAT技術的劑量學差異，P＜0.05為差異有統計學意義。

1.2.7 療效評價 采用視覺模擬評分法（VAS法）對患者的疼痛程度進行判定，在患者進行放療之后以患者在活動或者靜息狀態下均沒有疼痛感，VAS評分為 0分；活動時有輕微痛感，靜息時沒有疼痛感為輕度，VAS評分為1～3分；活動時疼痛加重，靜息時有輕微疼痛感為中度，VAS評分為 4～7分；活動時與靜息時均有劇烈痛感為重度，VAS評分為 8～10分。療效判定標準：①完全緩解：疼痛感完全消失；②部分緩解：疼痛感明顯減輕，睡眠基本安穩，可以正常生活；③輕度緩解：疼痛有輕微減輕，但是活動時疼痛感依然明顯，睡眠以及生活仍受限制；④無效：疼痛無緩解，其中有效標準以完全緩解以及部分緩解認為止痛有效［2］。

1.2.8 隨訪觀察 放療結束后每3個月對患者進行全脊髓MRI復查一次，隨訪一年以上，觀察患者放療后的不良反應、野內及重疊區危及器官損傷情況。

2 結 果

2.1 靶區劑量

見圖3～4，表1，VMAT的靶區處方劑量覆蓋度（V30 Gy/%）高于CRT（P＜0.01），CI和HI也優于CRT技術（P＜0.05和P＜0.01），同時VMAT靶區外整體劑量也高于CRT技術（P＜0.01）。

表1 2種放療技術靶區劑量線覆蓋，靶區外整體劑量 （±s ，n=50）

表1 2種放療技術靶區劑量線覆蓋，靶區外整體劑量 （±s ，n=50）

注：V30 Gy（%）為靶區受照量30 Gy時的體積百分比

項目 Vmat CRT P V30Gy（%） 96.58±0.59 90.68±1.13 ＜0.01 HI 1.05±0.04 1.13±0.03 ＜0.01 CI 1.02±0.02 1.18±0.06 ＜0.05靶區外整體劑量 9.57±0.53 4.77±0.32 ＜0.01

圖3 CRT 靶區劑量分布及劑量體積直方圖，靶區內不同彩色對應不同劑量

圖4 VMAT 靶區劑量分布及劑量體積直方圖，靶區內不同彩色對應不同劑量

2.2 危及器官受照量

VMAT技術時危及器官V5 Gy受照體積高于CRT（P＜0.01），除了胃、胰腺和小腸，危及器官V10 Gy受照體積高于CRT（P＜0.01或P＜0.05），危及器官V20 Gy受照體積則低于CRT（P＜0.01），除了腎，危及器官V30 Gy受照體積也低于CRT（P＜0.01） 。采用VMAT技術時危及器官的最大受照量低于CRT（P＜0.01或P＜0.05），但除了心臟、胰腺和小腸，VMAT技術危及器官平均受照量高于CRT（P＜0.01或P＜0.05）。見表2。

表2 2種放療計劃危及器官劑量參數對比 （±s ，n=50）

表2 2種放療計劃危及器官劑量參數對比 （±s ，n=50）

注：V5 Gy（%）為危及器官受照射劑量為5 Gy的體積百分比，V10 Gy（%）、V20 Gy（%）、V30 Gy（%）類推。與CRT比較，＊P＜0.05，＊＊P＜0.01。

OAR 計劃 V5 Gy（%） V10 Gy（%） V20 Gy（%） V30 Gy（%） Dmax（Gy） Dmean（Gy）肺 CRT 43.44±4.58 29.83±3.57 19.67±2.73 4.48±1.92 35.18±0.24 9.27±1.07 VMAT 93.76±6.13＊＊ 57.42±4.05＊＊ 13.96±3.07＊＊ 0.93±2.15＊＊ 32.82±2.81＊＊ 12.68±1.83＊＊心臟 CRT 71.77±5.45 64.96±2.37 59.01±7.65 24.86±8.53 35.63±1.32 19.75±2.43 VMAT 95.00±4.56＊＊ 67.47±1.4＊＊ 4.23±0.85＊＊ 0.02±0.17＊＊ 30.77±2.77＊＊ 12.15±1.78＊＊肝 CRT 33.82±5.53 29.19±5.24 23.18±4.35 14.98±3.37 33.91±2.54 9.38±1.53 VMAT 98.68±1.28＊＊ 52.15±2.15＊＊ 4.38±0.15＊＊ 0.03±0.03＊＊ 32.39±3.14＊ 11.11±0.98＊腎 CRT 27.14±6.57 17.15±3.84 8.39±2.07 0.03±1.53 30.46±3.25 5.98±1.27 VMAT 98.2±1.78＊＊ 63.17±12.4＊＊ 4.30±10.47＊＊ 0.02±0.85 28.76±3.41＊ 11.85±1.78＊＊小腸 CRT 28.52±11.2 22.34±9.75 10.92±7.34 6.79±5.48 33.29±3.21 6.09±2.45 VMAT 52.24±4.21＊＊ 32.11±3.05＊ 0.20±2.98＊＊ 0.00±1.07＊＊ 22.61±6.35＊＊ 6.33±1.46＊胰腺 CRT 73.53±0.32 68.05±0.28 61.15±0.15 46.06±0.01 32.23±1.54 20.48±0.25 VMAT 99.44±0.45＊＊ 23.02±10.7＊＊ 0.00±0.85＊＊ 0.00±0.23＊＊ 13.21±3.84＊＊ 9.09±1.37＊＊胃 CRT 15.75±9.87 11.55±6.45 8.29±3.87 3.62±1.98 33.17±4.53 4.67±2.33 VMAT 60.90±2.54＊＊ 3.76±1.23＊＊ 0.00±0.19＊＊ 0.00±0.07＊＊ 17.55±4.53＊＊ 5.92±0.87＊十二指腸 CRT 53.81±0.00 33.26±0.02 13.04±1.54 3.76±1.89 32.13±4.53 9.48±2.33 VMAT 100.0±0.00＊＊ 96.27±3.75＊＊ 0.00±0.65＊＊ 0.00±0.18＊＊ 15.57±4.04＊＊ 11.87±1.53＊

2.3 出束時間和總治療時間

見表3采用VMAT技術時較CRT出束時間增加（P＜0.01），但CRT時技師擺位時間較VMAT增加（P＜0.05），總治療時間VMAT技術時較CRT增加（P＜0.01）。

表3 2種放療計劃執行時間 （±s ，n=50）

表3 2種放療計劃執行時間 （±s ，n=50）

注：與CRT比較，＊P＜0.05，＊＊P＜0.01.

計劃 出束時間/min 擺位時間/min 總治療時間/min CRT 0.75±0.22 4.68±0.68 5.45±1.33 VMAT 7.82±0.58＊＊ 4.16±0.45＊ 12.76±1.06＊＊

2.4 VAS評分及隨訪結果

8周后，VAS評估疼痛完全緩解16例，部分緩解22例，輕度緩解8例，無效4例，總有效率為76.7%。靶區外整體劑量以及危及器官無不良反應。隨訪日期截止為2021 年 12月，隨診的患者分別在放療結束后每3個月復查全脊柱MRI，結果顯示VMAT技術放療照射野重疊處未見脊髓及其他組織急慢性損傷等異常信號（見圖3），CRT技術有2例結束放療3個月后隨訪發現照射野銜接區內有新破壞灶形成。

圖3 某患者VMAT 放療后MRI 復查情況

3 討 論

惡性腫瘤全脊柱骨多發轉移局部止痛治療方式包括藥物、放療與外科手術等，其中放療是最常見而有效的治療方式，可以消除或減輕骨轉移灶疼痛感，避免患者對麻醉藥品形成依賴并減少藥品用量，延長其生存期，提高生活質量［3］。射線可抑制或殺死腫瘤細胞，使膠原蛋白合成增加，成骨細胞活性增加而形成新骨，并干擾疼痛信號的傳導，抑制緩激肽、前列腺素等疼痛介質的分泌，緩解疼痛［4］。

VMAT作為近年推出的高級調強放療技術，具有靶區覆蓋度和劑量均勻性相對較好的特點，在超長靶區放療中較普通適形放療方式優勢明顯。張懷文等［5］和王秀楠等［6］的研究所示，全脊柱放療中VMAT 與CRT相比，可提高靶區 CI、改善HI，這與本研究結果相近。本研究表明，VMAT技術靶區處方劑量覆蓋度、CI和HI明顯優于CRT技術，但靶區外整體劑量則明顯高于CRT技術，其原因可能是VMAT技術采用了多角度連續照射野放射劑量多點累積，而CRT技術布野角度相對簡單，多數采用2個單角度對穿野，射線穿透靶區外體積減少。

危及器官的受照量是放療計劃評估的重要指標之一。在危及器官評估中，本項目將V5 Gy和V10 Gy代表低劑量受照量，V20 Gy和V30 Gy代表高劑量受照量。我們在研究發現VMAT技術中部分危及器官低劑量受照量的受照體積明顯高于CRT，而部分高劑量受照量危及器官的受照體積則明顯低于CRT，其原因可能跟危及器官所處的位置有關，靠近靶區的危及器官受照劑量明顯增加。

在放射治療過程中，放療執行效率也是評價一種放療技術是否優秀的標準之一。本研究中VMAT較CRT出束時間增加，其原因是VMAT采用了多角度連續照射野，而CRT采用2個單角度對穿野照射。在技師擺位時間方面CRT較VMAT增加，其原因可能由于CRT技術的局限多個照射野之間的劑量銜接和劑量分布不均，為避免照射野銜接處出現“熱區”或“冷區”，放療期間需要定期移動銜接位置去消除銜接區域內的熱冷區域，有時為了改善劑量分布不均勻甚至需要旋轉治療床進行非共面照射，增加了操作環節的復雜性也增加了放療時間［7］。總治療時間VMAT則較CRT增加，其原因同樣是VMAT采用了多角度連續照射野，射線出束時間增加。

項目隨訪近一年，患者放療止痛效果明顯，但采用CRT技術放療中有2例患者在復查時發現射野銜接區有新的破壞灶形成，其原因可能是射野銜接區出現了冷點造成劑量不足。VMAT技術照射的所有病例，隨訪區間照射野重疊處均未見脊髓及其他組織出現急慢性損傷，這說明容積調強放療在計劃設計中有效地優化了多射野銜接處的劑量分布，避免了銜接區劑量過高或過低的問題，同時保證了靶區劑量分布的均勻性，這與馬天斌等［8］和常浩等［9］研究結果相似。

綜上所述，容積調強放射治療技術在全脊柱多發骨轉移瘤治療中放療劑量分布均勻，近期療效顯著，安全性良好。當然也存在一定的不足，如靶區以外低劑量區較大，射線出束時間較長等，這些不足會隨著技術的發展會逐步改善。