全脑全脊髓放疗因其靶区长度超过常规加速器射野最大长度,同时又是针对全中枢神经的照射,对照射技术的要求较高。目前在用的技术基本上有3种:第一,在常规加速器用适形或调强照射野进行分段照射,疗程中需要多次摆位。同时为避免衔接处可能出现的剂量热点和冷点,疗程中要数次改变分段射野的衔接位置。该技术费时费力,对摆位的要求也较高。第二是基于螺旋断层治疗机(美国Accuray公司)的螺旋断层治疗技术(helical tomotherapy,HT)。其治疗的最大长度达160 cm,使得全脑全脊髓的放疗仅需一次摆位,不再需要分段治疗,也无需考虑射野衔接问题。它还具有高度的调强能力,能达到适形度高且均匀性好的靶区剂量分布和较低的危及器官受量^{[1, 2, 3]}。第三种是基于螺旋断层治疗机TomoDirect(TD)技术。当床向前移动时治疗机机头固定在某一角度出束,同时多叶准直器的叶片可对靶区简单适形,并通过开合来对到达靶区的射线进行调制。Langner等^[4]提出TD技术的3野方案对全脑全脊髓进行放疗,该布野方案虽不能达到与HT治疗相同的靶区适形度和均匀性,但与HT治疗相比可降低正常组织中的低剂量体积,缩短治疗时间;能达到与常规加速器三维适形技术相近的计划质量,同时可采用仰卧体位,又无需进行射野衔接,具有一定的临床应用价值。但是,本研究在试用3野方案时,发现计划质量不能满足本院的临床要求,为此提出了新的布野方案,改进TD技术的应用效果,使其能有效地应用于临床。

1. 病例资料:对本院2013年10月至2015年3月收治的7例全脑全脊髓放疗患者资料进行回顾性分析,4例儿童(两男两女),3例为成年男性患者,靶区长度69~93 cm,中位值85 cm。

2. 5野TD布野方案:2个射野方向照射整个靶区,射野角度为215°±10°和145°±10°,具体角度根据肾与靶区的关系来确定;为改善全脑部分靶区的剂量分布,在全脑和颈部增加3个射野,角度分别为0°、87°±5°和268°±5°,左右侧射野的具体方向以射野靠近患者前方的铅门在眼晶状体层面齐平为准。

3. 计划参数设置:所有患者仰卧位,均使用头部面罩和体膜双固定,采用荷兰Philips公司或德国Siemens公司定位CT进行扫描。扫描前摆放患者使其身体中轴线位于CT孔径中心附近,扫描层厚3~5 mm,扫描后的CT图像传输至Pinnacle 9.0计划系统(荷兰Philips公司),主管医生勾画靶区和危及器官后传输至Tomotherapy Hi-Art V4.0治疗计划系统(美国Accuray公司)进行计划设计。

对HT计划采用与临床治疗计划相同的参数设置:铅门宽度设为5 cm、调制因子设为2.5,螺距设为0.287。为减少研究中的干扰因素,对TD计划同样采用5 cm的铅门宽度、调制因子设为2.5,因TD计划中的螺距的含义与HT中的不同(TD的螺距定义为单个投射间床移动的距离,默认值为铅门宽度的1/10,对5 cm铅门宽度即为0.5 cm/投射),其值设置与HT计划不同,设为系统默认值0.5。

本研究所给予的处方剂量为1.8 Gy/次,总剂量30.6 Gy/17次。所有计划要求达到处方剂量覆盖95%以上的计划靶体积(PTV)。需要提出的是,本研究在尝试Langner等^[4]提出的3野TD计划方案时,发现难以达到处方剂量覆盖95%以上PTV体积的要求,故对3野TD计划仅要求处方剂量覆盖90%以上的PTV体积。

4. 计划评价指标:对靶区,所有计划均采集适形指数(CI)和均匀性指数(HI);同时记录左右眼晶状体、腮腺、甲状腺、心脏、全肺、肝脏、左右肾等危及器官的剂量体积参数。为对除靶区外的所有组织有一整体评估,将除靶区外的所有组织命名为正常组织(NT),记录平均剂量。此外,记录治疗时间和机器跳数(MU)进行分析。

其中,CI采用文献^[5]公式计算:CI=(TV_PV)²/(TV×PV)。式中,TV_PV为处方剂量所覆盖的PTV的体积,TV为PTV的体积,PV为处方剂量所覆盖的总体积。CI越接近1表示靶区的适形性越好。HI按文献^[6]公式:HI=D_5%/D_95%,该值越接近1表示靶区均匀性越好。

1. 3组计划剂量参数比较:所有患者5野TD计划和HT计划均达到处方剂量包绕95%以上靶区体积的要求,3野TD计划达到处方剂量包绕90%以上靶区体积的要求,所有危及器官受量均低于临床限值,能满足临床要求。

所有患者3套计划的靶区适形指数和均匀性指数、危及器官的剂量参数平均值见表 1。由表 1可以看到,虽然5野的TD方法在靶区适形性和均匀性上不及HT,但较之3野的方法有较大改善。在危及器官受量上,5野TD计划与HT计划则各有优势,5野TD计划的全肺、肝脏的V₅、V₁₀、V₂₀及肾脏的V₁₀、V₂₀要高于HT计划,但肾脏的V₅和心脏的V₅、V₁₀、V₂₀要低于HT,同时NT的V₅更低。3野TD计划心脏受量较高,其他危及器官V₅较低,V₂₀则略高。对于各个器官的平均剂量,5野TD计划的值最小(心脏)或介于另两个计划之间(腮腺、肾、NT)。

表 1(Table 1)

表 1 7例患者在3种治疗计划中靶区及危及器官受量平均值[

表 1 7例患者在3种治疗计划中靶区及危及器官受量平均值[

2. 计划执行时间和总机器跳数: 5野TD、3野TD及HT计划的平均治疗时间分别为678、721和907 s,MU数分别是8 773、9 657和12 581。所有患者的5野TD计划的执行时间及总机器跳数均比HT计划少,但相较于3野TD计划有多有少,但其平均计划执行时间和平均总机器跳数均优于3野TD计划。

TomoHelical方法射线可从任意角度照射靶区,对某些治疗部位势必造成除靶区外的其他正常组织均受到低剂量照射,而这部分组织在常规加速器治疗中可能仅受到一些散射剂量;同时,为了更好地保护某些危及器官,通常对先通过该危及器官后到达靶区的射线,通过设置"遮挡区"来闭合多叶准直器,阻止该部分射线,而治疗机机头是匀速旋转且持续出束,射线遮挡越多,射线利用率越低,治疗效率也会随之下降。TomoDirect技术可在螺旋断层治疗机上实施固定野照射的技术,加速器机头固定于某个角度,通过床的移动来对整个靶区长度实施照射,其照射野的多叶可完全打开,也可设置调制因子,通过多叶的开闭来对野内射线强度进行调制。其设计之初主要用于乳腺癌^{[7, 8]},后又有人根据其特点将其用于全脑、椎体等部位及全脑全脊髓的放疗^[9]。

本研究对7例全脑全脊髓放疗患者进行HT计划治疗,发现即使使用的最大铅门宽度(5 cm)仍然需要较长的治疗时间(12~18 min)。Langner等^[4]提出了3野TD计划用于全脑全脊髓的放疗,射野设置方法为全脑使用90°和270°照射野,脊髓部分使用180°照射野。试用发现,该方法虽然治疗时间较短,但靶区剂量分布适形性、均匀性均较差,心脏受量偏高。分析原因是射野数过少。本研究尝试增加射野数目,调整射野角度分布和射野照射长度,提出了全脑全脊髓放疗的5野TD治疗方案。从结果中可以看到,虽然5野TD的靶区适形指数比HT的小,但优于3野TD,这一结果与预期一致。5野TD计划在椎体部分为两野交角照射,其剂量分布的适形性必然优于3野计划中椎体部分的单野照射,两野间交角越大可获得越好的适形性,但此交角受到肾脏位置的影响,交角越大,肾脏所受剂量会越高,故需要寻求两者间的平衡点。本研究选取215°和145°附近的角度,以获得较低的肾脏受量和较好的适形性。从靶区均匀性上看,3野计划的椎体部分仅单后野照射,无法将不同深度的靶区内剂量强度调制均匀,而全脑部分靶区形状较复杂,又有眼晶状体等危及器官需要保护,使用两野对穿照射很难获得均匀的剂量分布,而本研究提出的5野TD计划,椎体部分增加了1个射野,较复杂的全脑部分增加了3个射野,其均匀性虽略逊于HT计划,但较之3野TD计划有很大改善。

对于危及器官,因总处方剂量较低,3种计划的受量均能满足临床要求。但本研究结果,3种计划的危及器官受量上各有优势。对于心脏,5野TD计划的受量最低,这主要得益于其两野交角的照射方式,较好地避开了大部分心脏,而3野TD计划射野直接照射心脏,HT计划为了减少肺的低剂量范围也使大部分射野照射到心脏。对于肺,5野TD计划的两个射野均由肺内穿过,其肺的受量最高;3野TD计划的射野很好地避开了肺;而HT计划为保护肺大部分穿过肺的射野均通过勾画遮挡区而被屏蔽,极大地降低了肺的受量。对于肝,5野和3野TD计划均有射野由肝内穿过,只有HT计划可通过勾画遮挡区屏蔽照射肝的射线。对于肾,5野TD计划中肾的受量极大地依赖于照射椎体部分两个射野的角度,此角度照射到肾的射野多,则肾所受剂量高,反之亦然。同时本研究也发现,对于成人,肾与椎体间距离略远,对肾的保护有利,但对于儿童,肾离椎体较近,肾的受量会略高。

此外,5野TD计划执行时间与HT相比可减少约25%,机器跳数更是减少了30%;而与3野TD计划相比,其计划执行时间和机器跳数均具有优势,可见对于同一处方剂量,当调制因子、铅门宽度、螺距等因素一定时,射野的增加不一定会造成治疗时间和机器跳数的增长;同时,虽然随射野增加低剂量范围会随之有所加大,但靶区的适形性和均匀性得到明显改善,可见本研究所选择的5个射野方向对于全脑全脊髓的靶区是适用的。

需要提出的是,本研究中的TD计划均为固定铅门,即对整个治疗靶区铅门固定为5 cm,此种设定必然造成在头脚方向变化大的靶区层面及临界靶区层面剂量变化缓慢,容易对这些层面中临近靶区的危及器官受量产生较大影响。研究发现,尤其对于TD计划,射野角度固定,当危及器官恰好处于射野中甚至射野边缘时,均会对此层面及临近层面剂量分布造成巨大的影响,可能出现靶区内的欠量和靶区外的剂量热点。本研究中有2例女性儿童患者,在5野TD计划中,两照射脊髓的后斜野无法避开患者卵巢。若需要保护患者卵巢,使其受量低于5 Gy,会造成卵巢附近靶区的欠量。如若使用动态铅门,或许能更好地处理此种情况^[10]。

综上所述,HT虽然在剂量分布上略占优势,但治疗时间长;3野TD计划治疗时间较HT有所缩短,但与5野TD计划相比无优势,且对靶区剂量的牺牲较大;相较之下,本研究所提出的5个固定野的TD计划在计划质量和治疗时间两者间取得了较好的平衡。对于希望减少低剂量范围,且无法坚持长时间治疗的患者(如儿童),可考虑使用5野TD技术进行全脑全脊髓放疗。