兩種劑量設計方法的射波刀對顱內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的、無定位框架的放射治療系統，此系統包括一個安裝在機器人手臂上的6 MV直線加速器，其能夠通過空間自動定位均勻的聚焦照射于治療靶區［1，2］。射波刀采用非等中心、非共面調強計劃設計系統，對于體積較大的腫瘤，在放射治療過程中通常選擇相對較大的限光筒，以最大程度減少治療時間，但由此而產生的較大半影亦會影響靶區周圍的劑量梯度。對于立體定向放射治療來說，這一劑量學特性較為重要，通常用梯度指數（gradient index，GI）來表示［3］。 盡管近年來的一些單變量和多變量研究分析并沒有明確指出GI作為腦部腫瘤治療并發癥有效預測指標的重要性，但一些學者仍然認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，限光筒型號的選擇大約為靶區直徑的0.5～0.7倍。Li等［6］通過將治療靶區分為內外兩部分且在PTV邊緣環形區域單獨給予一7.5 mm限光筒，而非傳統方法將準直器應用到整個PTV上，發現其可有效地改善靶區周邊的劑量梯度，但與此同時也不可避免的增加了射線MU以及病患的治療時間，而且Li等采用G6射波刀，對于作者單位的G3射波刀系統，治療時間的延長必將更為明顯，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縮短治療時間。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取經影像學或病理學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）。腦轉移瘤9例，腦膜瘤7例，腦膠質瘤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毗鄰或靠近病變位置。治療處方劑量為25～35 Gy，分割次數為5次。

1.2 定位及靶區、危及器官勾畫 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。所有患者同時行MRI T1加權增強掃描。CT與MRI圖像融合后，由放療醫師勾畫靶區與危及器官，一般大體腫瘤體積 （gross tunor volume，GTV）外擴0～2 mm形成計劃靶體積（planning target volume，PTV）。

1.3 治療計劃設計 Accuray公司G3射波刀治療計劃系統Multiplan治療計劃系統，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例患者均設計2組治療計劃，即內環治療計劃和內縮治療計劃。內環治療計劃（Li氏方法）是將PTV分割為外部環形和內部核心兩個區域：內部核心部分由PTV在 3D（A/P、R/L、和 S/I）方向上均內縮 6 mm，外部環形區域則為PTV扣除核心區域后的部分，其中環形部分均選擇7.5 mm的限光筒，核心區域則根據其實際大小選擇合適的限光筒。內縮治療計劃則是主要是根據PTV體積的大小將其內縮6～12 mm不等，其中PTV內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PTV，在該治療組中，每一患者的大限光筒和小限光筒型號根據PTV大小進行選擇［7］，靶區內縮及限光筒選擇如圖1所示。所有治療計劃均遵從臨床應用限制，同一病例的計劃設計參數相同，均由同一物理師完成。

1.4 計劃評估 靶區劑量評估參數包括PTV的最大劑量（Dmax）、最小劑量（Dmin）、平均劑量（Dmean）、適形指數 （conformity index，CI）、 新適形指數 （new conformity index，nCI）、 均 勻 指 數 （homogeneity index，HI）、 梯度指數 （gradient index，GI）、MU 數（monitor units，MUs）等，同時計算每一治療計劃V5 Gy、V12 Gy、V24 Gy所對應的體積。CI為接受處方劑量的組織體積與接受處方劑量的靶區體積之比。nCI為CI與靶區覆蓋率的比值。HI為靶區內最大劑量與處方劑量之比。該研究所有計劃優化后，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體積與處方等劑量線包繞靶區體積的比值。危及器官受量參數包括雙側晶體、視交叉、腦干的最大劑量（Dmax）、最小劑量（Dmin）和平均劑量（Dmean）。

1.5 統計學方法 采用SPSS 17.0統計軟件進行數據處理，兩種計劃方案各參數比較采用配對t檢驗。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩治療計劃組不同劑量周圍正常組織的劑量減少情況 為評估外周組織的劑量跌落，分別對兩組計劃24 Gy、12 Gy、5 Gy所覆蓋體積以及GI進行比較，結果顯示內縮治療計劃組24 Gy、12 Gy、5 Gy劑量體積均明顯低于內環計劃組，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均值比較差異有統計學意義（t=2.678，P=0.023）。見表1。

2.2 兩組治療計劃治療參數比較 內環計劃組與內縮計劃組PTV劑量結果顯示內縮計劃組PTV適形性變好，CI、HI有所降低，差異均具統計學意義（t=3.286，P＜0.05；t=3.230，P＜0.05）； 靶區內 Dmax與Dmean具明顯優勢（t=3.500，P＜0.05；t=2.810，P＜0.05），而Dmin則無統計學差異（P＞0.05）；同時射線束與總MUs也低于內環計劃組 （t=8.075，P＜0.05；t=9.365，P＜0.05），治療時間縮短 12～35 min，見表2。內縮計劃組靶區內縮直徑及準直器大小筒選擇如圖1所示，其對應數據均呈線性關系 （R2=0.70；R2=0.77；R2=0.83）。

表1 兩治療計劃組不同劑量體積覆蓋情況

表2 兩種治療計劃計劃靶區（PTV）劑量及相關治療參數比較

圖1 內縮計劃組靶區內縮及準直器選擇

2.3 危及器官劑量學差異 由表3可見內縮治療計劃組危及器官受量最小劑量、最大劑量以及平均劑量較內環計劃組均有所降低：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。

表3 兩組治療計劃危及器官劑量學比較

3 討論

射波刀是一種新型的實時影像引導的SRS系統，采用非共面非等中心技術，可很大程度降低腫瘤周圍正常組織及重要器官的照射劑量［8］。目前，對于頭部腫瘤患者射波刀已經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%，且能延長大約 15 個月的中位生存時間［9，10］。然而，射波刀雖實現了精準分次治療，部分患者仍可能會出現一些諸如放射性腦壞死、腦水腫、顱內壓增高等并發癥。

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

該研究通過對21例腦腫瘤患者分別制定兩種不同計劃方案，觀察其可能的劑量學優勢，其評估指標包括 Dmax、Dmin、Dmean、CI、HI、GI等， 結果提示內縮計劃組靶區內最大及平均劑量均有所提高，適形性變好，同時5 Gy、12 Gy、24 Gy劑量體積顯著減少，劑量梯度指數GI值明顯降低，表明內縮計劃方案可以加快靶區外腦組織劑量的跌落，有效減少周圍正常組織的受量?？紤]可能在靶區內縮計劃方案中，由于較小直徑的限光筒參與了整個靶區的照射，在靶區邊緣得到足夠的處方劑量的同時，也改善了靶區劑量的適形性和均勻性，加快了靶區周邊劑量的跌落；同時，兩組不同計劃設計方案靶區內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生顯著差異的另一重要原因。

該研究采用內縮計劃方案還對射線束、總MUs以及危及器官受量進行了評估，發現，內縮計劃組射線束和總MUs均顯著降低，治療時間明顯縮短；危及器官最大、最小及平均劑量也有所降低。本研究結果彌補了Li等［6］研究提出的內環治療方案較傳統計劃方案在改善靶區適形性的同時造成治療時間增加的不足。對于不規則形狀的腫瘤，在計劃制定過程中通常會選用一個較小準直器以達到一個適形的劑量分布以及較好的GI，但不可避免地會增加治療的總跳數。而在筆者所做的研究中，內縮計劃組可能由于相對較小的限光筒參與了整個PTV的照射，與相對較大限光筒進行互補，導致總MU降低程度比較明顯。此外，對于危及器官的位置以及與此相關的臨床限制和治療目標也會影響總MU的數量，如果腫瘤位置毗鄰危及器官，則危及器官最大劑量點便會受到限制，這樣若要達到一個滿意的劑量梯度就勢必要選擇一個較小的準直器，從而導致降低總跳數的空間減少。該文有7例患者靶區分別毗鄰視交叉神經和腦干，在行內縮計劃方案后，劑量梯度、總跳數以及危及器官受量方面均有明顯優勢。

綜上所述，對于行射波刀治療的顱內腫瘤患者，內縮計劃方案周圍正常腦組織的劑量梯度明顯改善，正常腦組織受量明顯減少，靶區及危及器官劑量學分布明顯改善，且治療時間明顯縮短，保證了計劃質量，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.