2017, Vol. 37
螺旋断层放疗(helical tomotherapy,HT)和多等中心放疗(multi-ISO radiotherapy,M-ISO)是目前运用在全中枢神经系统放疗(craniospinal irradiation,CSI)最为广泛的两种技术[1-4]。由于临床上全中枢神经系统放射治疗给出的总剂量较低(一般为30.6~36.0 Gy),各危及器官的受量均在耐受范围以内,因此,患者有效剂量往往被忽略。但是患者有效剂量与患者的辐射风险密切相关[5-9],本研究将比较HT和M-ISO两种放疗技术对患者有效剂量的差异,为临床计划设计提出一些合理建议。
资料与方法1. 研究对象:选取2013年8月至2016年2月在四川省肿瘤医院接受放射治疗的CSI儿童患者9例(男4例,女5例,中位年龄10岁,其中松果体区生殖细胞肿瘤7例,髓母细胞瘤2例),将其CT图像经网络分别传输至Eclipse 11.0(美国Varian公司)和HT计划系统(美国Accuray公司),分别在Eclipse计划系统和HT计划系统上进行多等中心计划和螺旋断层计划设计,统计靶区及危及器官的剂量学参数,并计算两组计划中患者的有效剂量。
2.治疗计划设计与评估:多中心计划设计采用旋转调强(intensity-modulated arc radiotherapy,IMAT)的方式进行;加速器能量为6 MV X射线,60对多叶光栅,整个多中心计划运用4个弧,弧长为179°~181°,准直器角度设置为10°,多等中心计划可完全覆盖长度超过40 cm的靶区,由于该计划是在一个调强计划中完成优化,因此,可以严格控制该计划中的冷、 热点以及靶区和危及器官的受照剂量。螺旋断层放疗计划的设计参数为:调强计划的调制因子(modulation factor,MF)均选用3.5,螺距比(pitch)均为0.43,射野宽度(field width,FW)选择5.02 cm。两组计划处方剂量以及分割方式一致,均为计划靶区体积(planning target volume,PTV)CSI 临床处方剂量为 36 Gy/18次,单次剂量2 Gy;危及器官(organs at risk,OAR)的受量以及正常组织(体表轮廓减去靶区的体积)受照剂量尽量低。
3. 治疗计划评估:对靶区以及危及器官受照剂量行统计学分析,PTV(全中枢神经系统)的分析指标包括D98%、 D95%、 D50%、 D2%、 Dmean、 均匀性指数(heterogeneous index,HI)和适形指数(conformal index,CI)。Dx%表示x%的靶区体积受到的照射剂量,Gy;Dmean为平均剂量,Gy;HI的计算公式为:HI=(D2%-D98%)/D50%。HI取值越接近0,表示均匀性越好[10]。CI的计算公式为:CI=VPIV/VPTV,式中,VPIV为参考等剂量线包绕的所有区域的体积,cm3;VPTV为靶区体积,cm3;CI值越接近1,适形度越好。对危及器官均评估Dmean。
4. 有效剂量:有效剂量的计算是按照国际放射防护委员会(ICRP)103号报告[11]给出的器官组织权重因子乘以器官所受照剂量的平均值加权求和得出。器官组织权重因子(性腺、 红骨髓、 结肠、 肺、 胃、 膀胱、 乳腺、 肝脏、 食管、 甲状腺、 皮肤、 骨表面、 大脑、 唾液腺、 剩余组织分别为0.08、 0.12、 0.12、 0.12、 0.12、 0.04、 0.12、 0.04、 0.04、 0.04、 0.01、 0.01、 0.01、 0.01、 0.12),大部分器官受照剂量的平均值可由计划系统直接给出,红骨髓和骨表面在计划系统中不能直接进行计算,其受照剂量需要进一步换算。红骨髓和骨表面受照剂量由头骨、 下颚骨、 锁骨、 肩胛骨等不同骨骼部分的剂量乘以不同系数加权后获得[12-14]。红骨髓的加权系数为红骨髓活性成分在各个骨骼(包括头骨、 颈椎、 胸椎、 腰椎、 胸骨等)中的比重[15],骨表面的加权系数为各个骨骼的体积比重;皮肤是外轮廓内缩3 mm生成的环状器官,剩余组织是外轮廓除去危及器官剩下的组织。
5. 统计学处理:分析指标及有效剂量数据以x±s表示,采用SPSS 19.0软件进行统计学分析,两种计划剂量学参数是同一受试对象的两组一一对应数据,计算该对应数据之间的差值,并计算所有差值之间的平均数、 标准差,故而采用配对t检验。P<0.05为差异有统计学意义。
结果1. 靶区剂量学参数比较:HT和M-ISO两种技术靶区参数统计学比较结果列于表 1。两种计划方法PTV的D95%差异无统计学意义,D98%、 D2%和HI参数HT组的结果优于M-ISO组(t=2.762、 2.413、 4.563,P<0.05),D50%、 Dmean和CI参数M-ISO组优于HT组(t=5.259、 3.685、 7.815,P<0.05)。
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表 1 HT和M-ISO两种技术靶区参数统计学比较(x±s) Table 1 Statistical analysis of the dose distribution of the targets between HT and M-ISO(x±s) |
2. 有效剂量:HT组9例患者有效剂量总和分别为8.32、 7.95、 8.13、 8.26、 8.11、 8.15、 7.98、 8.17、 8.28 Sv;M-ISO组9例患者有效剂量总和分别为8.03、 7.75、 7.98、 7.68、 7.51、 7.63、 7.64、 7.55、 7.93 Sv。两种计划方法患者全身有效剂量有统计学差异,M-ISO组优于HT组(t=5.921,P<0.05)。
3. 危及器官受照剂量及有效剂量比较:9例患者组织器官平均受照剂量分析结果列于表 2。两种计划方法得到的危及器官受照剂量各有优势。在对于性腺、 膀胱、 乳腺、 心脏和胰腺的保护两组计划差异无统计学意义(P>0.05);HT组在胃、 食管、 甲状腺、 大脑、 眼晶状体、 中耳、 视神经和肾脏的保护优于M-ISO组(t=2.486、 3.047、 3.524、 3.786、 3.315、 2.513、 2.652、 3.967,P<0.05);而M-ISO组红骨髓、 结肠、 肺、 肝脏、 皮肤、 骨表面、 唾液腺、 剩余组织、 腮腺和小肠的受照剂量优于HT组(t=3.124、 2.683、 3.124、 2.498、 4.213、 4.015、 4.153、 3.124、 5.124、 3.314,P<0.05)。
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表 2 组织器官平均受照剂量分析(Gy，x±s) Table 2 Statistical analysis of the mean dose and the effective dose of the organs(Gy，x±s) |
讨论
CSI作为预防性或治疗性放疗方法,是多种常见中枢神经系统肿瘤(包括髓母细胞瘤、 生殖细胞瘤等)的主要治疗手段[16]。随着放射治疗技术的发展,HT和M-ISO技术是目前运用最为广泛的两种技术,与传统技术相比,这两种技术在剂量学方面有明显优势。国内外研究表明,HT与M-ISO两种技术在CSI的剂量学方面各有优劣,M-ISO可以在普通加速器上进行实施和推广,而HT技术受机器类型限制[4,7]。
CSI患者照射范围较广,受到低剂量辐射的范围随之扩大,全身重要器官均在照射范围以内,由于CSI患者放射治疗总剂量比较低,危及器官受量均在耐受范围以内,患者有效剂量容易被忽略。患者有效剂量与患者发生辐射致癌的风险密切相关,需要特别指出的是儿童CSI患者,其治愈率高、 生存时间长,辐射不良反应随着吸收剂量的增加而增大,严重的甚至可能会影响儿童的生长发育[7]。目前的研究多聚焦在保障疗效的前提下,尽量减少照射体积以及探寻最佳照射剂量以减少并发症的产生,故探寻最佳的照射方式具有重要意义。本研究将目前在CSI中应用最为广泛的两种放疗技术进行剂量学比较,结果显示HT与M-ISO两组计划均能满足临床剂量要求,靶区内剂量分布各有优势;两种放疗技术对危及器官的保护,经统计学分析得知HT组在胃、 食管、 甲状腺、 大脑、 眼晶状体、 中耳、 视神经和肾脏的保护优于M-ISO组;而M-ISO组红骨髓、 结肠、 肺、 肝脏、 皮肤、 骨表面、 唾液腺、 剩余组织、 腮腺和小肠的受照剂量优于HT组;两组计划患者有效剂量具有统计学差异,M-ISO组优于HT组;M-ISO技术没有机器设备限制,可以大范围推广应用,HT技术受到设备限制。
由靶区剂量学统计可知,HT组对靶区范围内的剂量冷热点控制优于M-ISO组,主要参数D98%、 D2%和HI均具有统计学差异,该结论与国内外多项研究结果一致;HT组CI参数劣于M-ISO组,且数值大于1,表明处方剂量包绕的总体积超出了靶区体积,该结果导致位于靶区附近的危及器官如颈椎、 胸椎和腰椎等受照剂量升高,故而在危及器官的剂量统计学结果中红骨髓、 骨表面剂量HT组高于M-ISO组;结肠、 膀胱、 乳腺、 肺、 肝脏、 皮肤和剩余组织等危及器官受量均较低(平均剂量<9 Gy),属于低剂量范畴,该结论与Majek和Filace[18]与Sugie等[19]得出HT技术低剂量区域较加速器偏高的结论相一致。低剂量区域相对偏高占总体偏高剂量的64.5%,因此,降低HT组低剂量辐射区域有重要临床意义。Qiu等[20]和朱夫海等[21]通过勾画辅助结构,控制射线的入射方向,可以显著减小低剂量区域范围。文婷等[22]通过在胸腹部设计一定的区域禁止射线穿过,能够保证胸腹部一定区域不接受照射,减少了低剂量区域的范围。徐英杰等[23]应用TomoDirect技术可以减小低剂量辐射范围。本研究中计划设计部分两组计划均未对射线的入射方向进行控制,也没有勾画辅助性的结构对某些特定的器官进行保护,故而增大了低剂量区域的范围,增大了患者有效剂量。
全中枢神经系统放射治疗照射范围广,计划设计过程中应当关注低剂量辐射范围,运用适当设计手段尽量减少患者有效剂量,从而降低患者辐射副作用的风险,提高患者放疗后的生活质量。
利益冲突 本研究在四川省肿瘤医院放疗中心完成,本人与本人家属、 其他研究者,未因进行该研究而接受任何不正当的职务或财务利益,在此对研究的独立性和科学性予以保证作者贡献声明 廖雄飞负责设计研究方案,收集数据后统计并起草论文;李厨荣协助提供符合入组病例;黎杰、 陈亚正、 袁珂负责数据、 结果分析;王培指导、 监督试验进行和修改论文
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