中华放射医学与防护杂志  2019, Vol. 39 Issue (9): 658-662   PDF    
引用本文
王海洋, 皮一飞, 郭跃信. 螺旋断层固定野和旋转调强放疗技术在全身照射中的应用对比研究[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2019, 39(9): 658-662, DOI: 10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2019.09.004.
螺旋断层固定野和旋转调强放疗技术在全身照射中的应用对比研究
王海洋 , 皮一飞 , 郭跃信     
郑州大学第一附属医院放射治疗部, 郑州 450052
收稿日期: 2019-03-05
基金项目: 河南省科技计划项目（182102310578）
通信作者: 郭跃信, Email:guoyx0371@126.com
[摘要] 目的 探究使用螺旋断层固定野调强（TD）和螺旋断层旋转调强（HT）放射治疗技术在全身照射（TBI）中的应用对比，并评估TD治疗技术下计划的质量和执行效率，指导临床选择最佳的计划设计方案。方法 对郑州大学第一附属医院收治的8例身高在120 cm左右的已行TBI的急性白血病患者进行回顾性研究，分别选择TD和HT治疗技术进行计划设计，其中TD分别设计2~12内奇数个均分射野的计划，且起始角度分别从180°和0°开始，其余计划参数都保持一致。最后对设计好的计划剂量分布进行统计，比较TD与HT治疗技术下的计划在靶区的平均剂量（PTVDmean）、均匀性指数（HI）和危及器官（OARs）受量，以评估计划质量，并比较治疗出束时间以评估治疗效率。结果 9野的TD计划相对于HT计划在PTVDmean和靶区HI能达到一致效果，差异无统计学意义。但TD＜9野的计划相对于HT计划在PTVDmean（t=-3.12、-5.41、-20.33、-4.56、-7.22、-11.27，P＜0.05）和靶区HI（t=-2.94、-5.18、-15.66、-4.31、-5.51、-9.13，P＜0.05）无剂量学优势，差异有统计学意义。同时TD计划中起始角度对PTVDmean和靶区HI没有影响。在危及器官方面，≥ 7野TD计划与HT计划在左肺平均剂量与右肺平均剂量差异无统计学意义；左眼晶状体计划危及体积（PRV）的最大剂量（2.14±0.60）Gy与右眼晶状体PRV最大剂量（3.05±0.10）Gy在3野TD计划与HT计划差异有统计学意义（t=0.77、0.63，P＜0.05），眼晶状体PRV在最大剂量方面具有一定优势。治疗出束时间差异无统计学意义。TD计划中起始角度对左右眼晶状体PRV最大剂量、左肺平均剂量及治疗出束时间没有影响。结论 对于≥ 9野的TD调强计划相对于HT计划在靶区、危及器官及治疗出束时间方面能达到一致的结果，但在眼晶状体PRV最大剂量方面具有一定优势。
[关键词] 全身照射    螺旋断层固定野放疗    螺旋断层旋转放疗    
Dosimetric comparison between TomoDirect and Helical Tomotherapy in total body irradiation
Wang Haiyang , Pi Yifei , Guo Yuexin     
Department of Radiation Oncology, The First Affiliated Hospital of Zhengzhou University, Zhengzhou 450052, China
Fund programs: Science and Technology Project of Henan Province (182102310578)
Corresponding author: Guo Yuexin,Email:guoyx0371@126.com
[Abstract] Objective To investigate the dosimetric differences between TomoDirect (TD) and Helical Tomotherapy (HT) in total body irradiation (TBI), as well to evaluate the plan quality and delivery efficiency of TD. Methods Eight patients with acute leukemia at an average height of about 120 cm who had undergone TBI in the first affiliated hospital of Zhengzhou university were retrospectively reviewed and replanned with the TD and HT techniques for dosimetric comparison. Identical planning parameters were configured for both techniques except that TD plans were designed with 2-12 equally spaced odd number fields and with an initial angle of 180 or 0 degree. Dosimetric differences in mean dose of plan target volume (PTVDmean), homogeneity index (HI), dose of organs at risk (OARs), as well as delivery time were compared between the TD and HT plans. Results The TD plans with 9 fields or more had similar PTVDmean and HI compared with HT plans, while TD plans with less than 9 fields had a significant different PTVDmean (t=-3.12, -5.41, -20.33, -4.56, -7.22, -11.27, P < 0.05) and HI (t=-2.94, -5.18, -15.66, -4.31, -5.51, -9.13, P < 0.05) compared with those of HT. In terms of OARs, the TD plans with 7 fields or more had no significant dosimetric differences in the mean dose of left and right lung compared with the HT plans. The TD plans with 3 fields had significant different maximum dose in the left lens plan risk volume(PRV) (2.14±0.60) Gy and the right lens PRV (3.05±0.10) Gy (t=0.77, 0.63, P < 0.05) compared with the HT plans. No significant difference in delivery time was observed. The initial angle of the TD plans had no effects on PTVDmean, HI, OAR dosimetry and delivery time. Conclusions The TD plans with 9 fields or more can achieve similar plan quality in terms of target coverage, OAR sparing and delivery time, but have an advantage in the maximum dose to lens PRV compared with the HT plans.
[Key words] Total body irradiation    TomoDirect    Helical tomotherapy    

全身照射是放射治疗中的一种特殊照射方法，也是造血干细胞移植预处理中的一个重要组成环节。传统的治疗方式采用常规加速器执行，主要包括延长源皮距照射法、平移照射法、对穿照射法等[1]。随着调强技术的出现，固定野调强照射法与旋转调强照射法逐渐应用到了临床中[2-3]，但只能治疗40 cm以内靶区。若要实现全身照射(TBI)治疗，需通过分段计划衔接在一起完成，同时在靶区分段衔接处会产生剂量重叠的问题。螺旋断层旋转调强(HT)是一种全新的图像引导调强放疗设备，以螺旋断层模式进行治疗，能够实现160 cm×40 cm超长靶区的治疗，故HT是实现TBI治疗的首选技术手段之一[4]。随着HT技术的逐步发展，螺旋断层固定野调强(TD)治疗技术被加入其中，其固定野调强与常规加速器相似，但又具备多达12个固定野的特点。TD照射技术是螺旋断层放疗的固定野调强形式[5]。本研究通过比较TBI治疗中不同射野数的TD治疗计划和HT治疗计划的剂量学差异，评估何种计划能在保证靶区剂量分布时同样能更好地保护周围的危及器官，为临床治疗TBI放疗技术模式的选择提供剂量学依据。

资料与方法

1.病例资料：郑州大学第一附属医院放射治疗部近两年收治的8例行骨髓移植的白血病患者。其中6例男性患者，2例女性患者，年龄5~12岁，中位值10岁，诊断结果：急性淋巴白血病(L1、L2型，T、B细胞型)，身高109~130 cm，中位值121 cm。

2.固定方法：使用多功能一体化碳纤维定位体架，头颈肩部和胸腹部均采用热塑膜进行体位固定，下肢采用真空垫进行体位固定，确保患者体位的舒适性与重复性。

3. CT扫描：使用德国西门子公司Definition AS大孔径定位CT机完成图像扫描，图像层厚5 mm，采用仰卧位头先进，扫描范围为颅顶到脚趾。

4.靶区勾画：扫描获取的CT图像传输到美国瓦里安Eclipse 13.5医生工作站进行勾画，其中靶区为全身外轮廓且内收3 mm再减去眼晶状体、肺等危及器官[6-7](图 1)。

注：绿色为患者轮廓，红色为靶区，蓝色为左右肺，粉色为左眼晶状体，浅蓝色为右眼晶状体 图 1 TBI患者靶区及危及器官结构示意图A.俯视图；B.眼晶状体横截面；C.肺部横截面 Figure 1 TBI patient target volume and organs at risk A. Top view; B. Cross section at lens; C. Cross section at lungs

5.计划设计：将勾画好的靶区和图像传送至Tomotherapy HD V5.01计划系统进行计划设计。处方剂量12 Gy，分割次数为6次，单次2 Gy[6-7]。分别设计不同射野的TD计划与HT计划，其中TD计划设计2~12内奇数个均分射野，同时每个计划分别设计0°和180°起始角的计划，计划要求至少95%的靶区达到处方剂量，其中铅门宽度5 cm，调制因子1.8，螺距0.43，计算网格(Fine：0.129 cm× 0.129 cm)，其余计划参数都保持一致。

6.评估方法：靶区的平均剂量(PTVDmean)、均匀性(HI)指数。其中HI=D5/D95，D5为靶区5%的体积受到的照射剂量；D95为95%靶体积受到的照射剂量；HI为靶区均匀性指数，值越接近1，表明靶区均匀性越好。OARs的评估指标参考国际辐射单位和测量委员会(ICRU)83号报告，包括双眼晶状体计划危及体积(PRV)最大剂量(D2)、双肺的平均剂量(Dmean)，其中眼晶状体PRV通过裸眼晶状体均匀外扩3 mm而来。危及器官限制要求：眼晶状体PRV＜9 Gy，肺的平均量＜10 Gy。加速器执行效率评估选用计划出束时间。

7.统计学处理：用SPSS 19.0软件进行分析，利用双侧配对t检验，对TD和HT治疗计划的剂量学差异、出束时间进行分析。计量资料符合正态分布，结果以x±s表示。P＜0.05为差异有统计学意义。

结果

1.靶区与危及器官的剂量学比较及治疗出束时间的对比：不同射野角度TD计划与HT计划的靶区和危及器官剂量学比较列于表 1，TD计划射野≥9个时与HT计划的PTVDmean和靶区HI值差异无统计学意义(P＞0.05)。但＜9野的TD计划相对于HT计划在PTVDmean(t=-3.12、-5.41、-20.33、-4.56、-7.22、-11.27，P＜0.05)和靶区HI(t=-2.94、-5.18、-15.66、-4.31、-5.51、-9.13，P＜0.05)无剂量学优势，差异有统计学意义。临床中欠量区域落在软组织处时暂可以接受，若落在全身骨髓、全身淋巴系统等处则可能存在复发的情况。

表 1 不同射野角度及不同起始角度TD计划与HT计划之间靶区和危及器官剂量学比较(Gy，x±s) Table 1 Dosimetric comparisons for PTV and OARs between TD plans and HT plans with different field angles and different starting angles(Gy, x±s)

对于危及器官的剂量比较：≥7野TD计划与HT计划在左肺平均剂量与右肺平均剂量差异无统计学意义(P＞0.05)；左眼晶状体PRV的最大剂量与右眼晶状体PRV最大剂量在3野TD计划与HT计划差异有统计学意义(t=0.77、0.63，P＜0.05)。治疗出束时间差异无统计学意义(P＞0.05)。临床治疗过程中，需确保危及器官剂量限值在安全范围内。

2.不同起始角度剂量分布比较：不同起始射野角度TD计划的剂量学比较列于表 1，对于起始角度从0°和180°的3F、5F、7F、9F、11F的计划，靶区、危及器官与治疗出束时间差异无统计学意义(P＞0.05)，即TD计划起始角度无论从0°或者180°开始的均分射野计划没有任何区别，在进行计划设计时可以不用考虑起始角度因素，只需确定好均分射野数目即可。

综上，在行TBI治疗时，不仅可以使用常规的HT模式，同时还可以使用TD模式下9或11个均分射野进行计划设计和治疗，其结果一致，同时不用考虑均分射野起始角度的因素。这对于需进行TBI治疗的患者，将有更多的治疗方式可供选择。

讨论

TD照射技术是临床治疗研究与应用的热点。首先是TD照射技术在乳腺癌照射中的应用是研究热点，其中包括在单侧乳腺癌[8-10]和双侧乳腺癌[11-12]的应用，以及TD在全中枢治疗[13-14]和食管癌中的应用研究[15-16]。

Salz等[17]最早研究使用TD进行TBI治疗，采用了12个固定照射野，所有射野从15°开始均分，形成6组对穿野，每个射野在最边缘处外扩5个叶片，调制因子选择1.5，螺距0.25，铅门宽度选择2.5和5 cm进行了剂量学对比，但是仅研究了12个均分照射野，没有对＜12个照射野进行研究，而且也没有考虑起始角度对均分照射野的影响。本研究从临床使用角度出发，选择铅门宽度5 cm，执行效率最高，调制因子选择默认值1.8，螺距选择默认值0.43，每个射野在最边缘处外扩5个叶片，重点研究了从2~12内奇数个均分照射野出发，同时加入不同起始角度的影响因素，探究TD照射技术与HT照射技术在射线利用率和治疗时间方面是否具有优势，为临床治疗TBI提供更多的放疗技术模式。

螺旋断层放疗系统已经发展至第3代，其中第1代无固定野照射模式，从第2代开始到第3代均加入了固定野照射功能，所能实现的功能与常规加速器一致：即三维适形放射治疗(three-dimensional conformal radiotherapy，3D-CRT)、固定野调强放射治疗(intensity-modulated radiation therapy，IMRT)和旋转调强放射治疗(volumetric-modulated arc therapy，VMAT)，但自身特有的属性又使其在应用过程与临床结果方面区别与常规加速器。本研究正在使用的是第2代HT型号，可实现以上3种治疗模式。本研究的内容对于第2代和第3代型号的机器均适用，而由于第1代HT无所述功能，所以上述研究结果不适用。

TD治疗技术中最多可以增加到12个照射野[5]，如果考虑均分的话，偶数射野存在对穿照射，不利于强度调节，因此本研究未进行探究。本研究重点研究射野个数＜12的奇数均分射野，同时由于在常规加速器进行固定野调强设计时需考虑起始角度问题，所以在本研究中加入了对均分射野的起始角度的研究。

从常规加速器调强技术出现开始，便有学者开始研究使用IMRT来取代传统3D照射技术来实现TBI治疗。Yamamoto等[18]使用IMRT技术实现了TBI治疗，靶区的均匀性显著优于传统3D照射技术，同时危及器官(肺、肾脏)的平均量也显著低于传统3D照射技术，具有明显的剂量学优势。Springer等[2]使用瓦里安的RapidArc将人分成8段实现了TBI治疗，靶区能达到满意的剂量分布，同时肺的平均量能降到处方剂量的80%，而肺中心区域能降到处方剂量的50%；肾脏功能不全患者的肾脏平均剂量能降到50%，同时所有高剂量区域都控制在危及器官以外，确保了治疗的安全。随着技术的不断进步，由于全身骨髓照射(TMI)治疗具有处方剂量更高、危及器官受量更低及相应的不良反应少等优势，将成为未来TBI治疗发展的方向[19]。

本研究内容仅对比了TOMO自带的HT和TD两种治疗模式，没有对比常规加速器利用IMRT或VMAT通过多中心拼接实现TBI治疗的计划。这种模式涉及到计划射野的衔接问题，再加上计划设计的鲁棒性影响，很难处理好多个衔接区域剂量的分布，因而对靶区剂量影响非常大，所以并未将其加入其中进行对比研究。

综合考虑，TD技术在TBI治疗的应用中，如果想达到与HT技术一致的效果，可以使用≥9个的均分射野计划，不用考虑初始射野角度的问题。如果患者危及器官关注度大于肿瘤靶区时，也可通过使用TD技术来实现。该研究表明TD技术在TBI治疗中具有应用价值，可以为TBI治疗提供更多的治疗模式选择。

利益冲突 无
作者贡献声明 王海洋负责课题方向选择、实验思路、数据整理、论文起草；皮一飞负责计划设计和数据统计；郭跃信负责总体设计、指导论文写作
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