全身定位技术在全脑全脊髓调强放疗中的应用研究

全身定位技术在全脑全脊髓调强放疗中的应用研究

【作 者】杨海芳1，刘建平1，张晓斌1，时秀菊1，姜斌1，徐寿平2，王静1

1 河北省唐山市人民医院放疗中心, 唐山市, 063001 2 解放军总医院放疗科, 北京市, 100853

利用全身定位体架及基部剂量计划补偿（BDPC）技术研究一种全脑全脊髓放疗方法。对本院11例中枢神经系统恶性肿瘤患者进行研究。采用全身定位体架配合头颈肩模和体膜进行患者体位固定并利用基部剂量计划补偿（Base Dose Plan Compensation，BDPC）模块进行调强优化。评价靶区适形度指数（CI）、均匀性指数（HI）和危及器官（OAR）受量及射野衔接处剂量。此种方法提高了靶区适形度和均匀性，简化了计划设计过程，提高了摆位精度并保证了重复性。射野衔接处未出现剂量冷热点，与计算值基本一致。通过本研究证明全身定位技术联合BDPC优化方法在全脑全脊髓放疗中能满足临床剂量学要求，操作简便，提高计划设计效率。

全身定位；射野衔接；BDPC；全脑全脊髓放疗

全脑全脊髓放疗是一种技术要求比较高的治疗方法，主要用于中枢神经系统恶性肿瘤等病种[1-3]。靶区需覆盖全部大脑和全长度的脊髓，超过加速器最大照射范围，且传统定位方法容易在射野衔接处出现剂量冷热点，影响治疗效果[4]。全身定位架可实现全身精准定位，减少摆位误差，降低分次间和分次内误差[5]。Eclipse计划系统的基部剂量计划补偿（Base Dose Plan Compensation，BDPC）模块能够在调强优化时考虑到基部剂量，调整多靶区计划时能够对靶区间剂量造成的影响进行补偿，使剂量更加均匀，射野衔接处冷热点得到修正，得到较好的整体靶区剂量分布，简化整个计划过程[6]。本文利用全身定位架的摆位精度提出了一种基于BDPC模板技术的全脑全脊髓放疗方法，节省整体计划设计时间，简化摆位过程，提高治疗精度。

1 资料与方法

1.1 病例选择

选取2011年2月至2016年8月在本院需要全脑全脊髓放疗的患者11例，男性6名，女性5名，其中9名为7岁至14岁儿童，2名为成年人，脊髓平均长度62 cm，最短41 cm，最长73 cm。靶区单次处方剂量为180 cGy，共计17次，总剂量为3 060 cGy。

1.2 体位固定、CT扫描与轮廓勾画

体架为全身定位架（图1），患者仰卧位，双手自然并于身体两侧，平躺于体架中间位置，选择合适的头枕，双肩部顶住顶肩板，在患者身体表面画两组标记线，分别标记胸部及腹部在定位架的位置。取下顶肩板后，同时使用头颈肩膜及体膜制作热塑膜，待热塑膜冷却20 min后在患者体表画出膜的上下界[7]。在头部两侧和额前放置铅粒，作为全脑计划的中心点。利用CT模拟定位机增强扫描，层厚为5 mm。将DICOM图像传输至Eclipse治疗计划系统，医师勾画靶区和危及器官。

图1 全身定位架Fig.1 Body positioning frame

1.3 治疗计划设计与执行

由于靶区超过加速器最大射野范围，将靶区分割成全脑、脊髓上段、脊髓下段三个部分。分别制作名为Plan-Brain，Plan-Cord-up及Plan-Cord-down的三个调强计划，并保存为模板以便改变射野衔接位置时使计划设计更简便。

1.3.1 Plan-Brain计划设计

靶区范围包括全部脑组织，下界为第一颈椎下缘。射野为平行对穿的共面滑窗照射野，中心选取为定位原始坐标，进行IMRT优化。优化过程中，注意保护眼晶体，尽量使靶区剂量均匀，最终剂量算法采用AAA算法，计算网格为2.5 mm。

1.3.2 Plan-Cord-up计划设计

靶区范围为第二颈椎上缘至第十胸椎下缘。治疗时采用Plan-Brain计划治疗完成后直接移床方法，以避免二次摆位误差，故Plan-Cord-up计划中心位置需根据Plan-Brain中心进行调整，即左右方向（X），前后方向（Z）均为0，头脚方向（Y）距离Plan-Brain中心25 cm。本计划采取三个共面滑窗野，一前两斜后。在优化过程中将Plan-Brain计划设定为基部剂量，将两个计划关联，使得脊髓部分靶区剂量分布更加均匀。调整好后，再次调整Plan-Brain计划，使用同样的方法，使得脑组织靶区剂量均匀。反复调整，使得连接处不出现冷热点。

1.3.3 Plan-Cord-down计划设计

靶区范围为第十一胸椎上缘至尾椎。等中心头脚方向（Y）距离Plan-Cord-up计划中心25 cm，其余方向坐标为0。三个计划的等中心在一条直线上，并与加速器枪靶方向平行。设计方法与Plan-Cord-up计划相同。最后将三个计划综合考虑，反复调整，使得整体靶区范围内剂量均匀，符合临床要求。

治疗时为了避免摆位和患者移动带来的误差使脊髓重叠受量，需每隔5次移动三段靶区上下界，再次进行剂量计算，调用已存储的优化模板直接进行剂量优化。经过三次调整后，组成三个疗程，前两个疗程为5次，最后一个为7次，共计17次。每疗程治疗中心不变，单次剂量相同均为180 cGy，综合评价脊髓不超量。

在实际治疗过程中先执行Plan-Brain计划，技术员根据标记进行摆位。治疗前进行CBCT图像引导，调整摆位误差。实施其余计划时不进行摆位，而是根据计算好的两个计划中心差值，直接进床到治疗中心位置。

1.4 剂量验证

本文使用Delta4进行剂量验证。为了保证两个计划射野衔接处位于模体中心，将Plan-Brain中心移植到验证模体前1/3的中心，出束完成后进床25 cm，调用Plan-Cord-up计划，测量第一段衔接处剂量分布。同样的方法测量第二段衔接处的剂量分布。

1.5 靶区剂量评估

靶区PTV的指标主要包括：最高剂量Dmax；近似最高剂量D2% ；近似最低剂量D98%；中位剂量D50%；适形指数（CI）[8]。CI=(TVR1/TV)×(TVR1/VR1)，其中，TV是靶区体积，TVR1为处方剂量包绕的靶体积，VR1为处方剂量包绕的所有体积，CI取值为0～1，越是接近1，说明靶区适形性越好；均匀性指数（HI）[9]，HI=（D2%-D98%）/ D50%，HI值越大说明该计划的剂量分布均匀性越差。

表1 11例患者靶区剂量体积参数统计Tab.1 Statistical analysis of target does-volume parameters in 11 patients

2 结果

2.1 靶区剂量评估

统计11例患者靶区剂量体积参数见表1。由表1中可知，此种计划方法靶区剂量分布符合临床要求，整体靶区范围内，剂量比较均匀，射野衔接处剂量未出现冷热点。

2.2 危及器官剂量分析

因照射范围广泛，危及器官较多，且处方剂量较低，选取有代表性的四种正常组织：肾、全肺、心脏、视网膜，11例患者危及器官剂量体积参数统计见表2。

表2 11例患者危及器官剂量体积参数统计Tab.2 Statistical analysis of organs at risk does-volume parameters in 11 patients

由表2可以看出，基于BDPC模块的IMRT计划完全符合临床要求，危及器官受量均在限值范围内。

2.3 剂量验证结果

本研究使用Delta4进行剂量验证，11例患者计划γ验证通过率均在95%以上，均大于90%，满足临床需求。此外着重分析了射野衔接处的剂量分布，发现实际测量中射野衔接附近剂量梯度没有发生明显的波动，相对平滑，未出现剂量冷热点，并且测量值与表1计算结果相吻合。

2.4 位置误差及剂量偏差

（1）首次摆位后的摆位误差。11例患者共计进行220次首次摆位后的CBCT。Plan-Brain计划中心系统误差（均数）±随机误差(标准差)在左右（X）、头脚（Y）、前后方向（Z）上分别为(3.1±1.4) mm、（5.4±1.8）mm、（2.9±1.5）mm。

（2）位置误差导致剂量偏差。以第一段射野衔接处为例，当Plan-Brain与Plan-Cord-up计划中心相互靠近与远离2 mm、5 mm时剂量参数。由表3可知，当位置有所偏差时对靶区Dmax影响较大，且位置偏差越大，Dmax变化越剧烈。11例患者位置误差导致靶区剂量参数的变化见表3。

表3 11例患者位置误差导致靶区剂量参数的变化Tab.3 11 patients with positional errors lead to changes in target dose parameters

3 讨论

全脑全脊髓照射技术最关键的是射野衔接。传统做法需要使用半束分野、旋转治疗床与光栏等技术，理论上应用这些技术会使剂量均匀，但是在实际治疗中因为存在摆位误差，会导致衔接处出现较大的剂量差异[10]。螺旋断层放疗与容积调强放疗能很好地完成全脑全脊髓放疗，但所需的设备昂贵，费用较高，只有少部分患者受益[11]。一个完整的放疗计划涉及定位、计划设计和计划执行三个环节。本研究从这三个方面对全脑全脊髓照射进行改进。

（1）模拟定位。全身定位架联合使用头颈肩膜与体膜，大大降低了患者在整个治疗过程中不自主的移动，降低分次内误差，且患者仰卧位，使得舒适性有很大的提高。降低了技术员摆位复杂性，提高了摆位重复性与准确性。

（2）计划设计。在调强过程中使用BDPC模块调节射野连接处的剂量分布能在较大程度上改善靶区剂量均匀性，提高剂量适形度，进一步发挥IMRT优点[6]。计划方法简单，只需将同时执行的计划设定为base dose，优化其他计划时补偿前个计划造成的影响，即可消除剂量冷热点，降低了计划设计难度。

（3）计划执行。本文采用的是利用TPS改变射野衔接位置，组成多疗程的方法。主要是三个方面的优点：一是较方便改变靶区分界，利用已存储的模板重新计算，即可获得新疗程计划，无需手动调节MLC位置，即可达到较好的剂量分布。二是由于全身定位架的使用，降低了分次内误差，减少了患者在治疗过程中的移动，降低射野衔接处的剂量偏差[12]。三是减少CBCT的使用，降低患者额外受量，缩短治疗时间。脊髓是严格的剂量限制器官，对所受剂量最大值较为敏感[13]。射野衔接处剂量冷热点的产生有一重要原因是由于第二段放疗计划摆位误差导致的。大部分研究者均是利用多次CBCT来降低分次内误差。CBCT成像在放疗过程中的累积剂量及其远期风险不可忽略，应当被合理管控[14]。且由于计划CT获得的是治疗前某一时刻的瞬时图像，而CBCT图像的获得需要（30～60）s，图像有少许失真，图像匹配存在一定的误差[15]。对于较长靶区，即使很小的旋转误差就可以导致靶区剂量分布的改变，影响危及器官受量，需要做六自由度的误差校正[16]。六自由度的治疗床价格昂贵，只有少数单位才具有。治疗前做一次CBCT降低分次间误差，应用全身定位架降低分次内误差，依靠治疗床到位精度，通过TPS更改靶区边界即可完成射野衔接，避免因摆位误差造成脊髓的重复照射。

总之本文提出利用全身定位架，基于BDPC模块的IMRT技术设计全脑全脊髓放疗计划改善射野衔接处的剂量分布，节省了计划设计时间，简化整体治疗过程，保证了治疗准确度。

[1] 殷蔚伯, 谷铣之. 肿瘤放射治疗学［M］. 北京: 中国协和医科大学出版社, 2002.

[2] Cao F, Ramaseshan R, Coms R, et al. Athree-isocenter jaggedjunction IMRT approach for craniospinal irradiation without beam edge matching for field junctions[J]. Int J Radiat Biol Phys, 2012, 84(3): 648-654.

[3] Miralbell R, Belher A, Huguenin P, et a1. Pediatric medulloblastoma ：radiation treatment technique and patterns of failure[J]. Int J Radiat Biol Phys, 1997, 37(3): 523-529．

[4] 张松方, 查元梓, 蒋马伟.一种全颅全脊髓适形照射野的布野方案[J]. 中国医学物理学杂志, 2016, 33(3): 301-303.

[5] 雒书朋, 纪文达, 王丽玲, 等. 不同体位定位架在胸腹部肿瘤放疗摆位中的重复性分析[J]. 医疗卫生装备, 2013, 34(11): 85-86.

[6] 陆佳扬, 张诺民, 黄宝添, 等. 一种Eclipse调强放疗计划优化方法在上段食管癌的应用评估[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2015, 35(8): 584-589.

[7] 徐云华, 罗海峰, 宋文立, 等. 热塑型体网伸缩性对放疗定位标记中心影响的初步研究[J]. 中华放射肿瘤学杂志, 2010, 19(6): 536-536.

[8] Feuvret L, Noel G, Mazeron J J, et a1. Conformity index: a review[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2006, 64(2): 333-342.

[9] Manecksha R P, Fitzpatrick J M. Epidemiology of testicular cancer[J]. BJU Int, 2009, 104(9B) : 1329-1333.

[10] 于红, 夏云飞, 王岩, 等. 全中枢放疗精确定位的CT模拟技术[J].中国神经肿瘤杂志, 2008, 6(4): 279-281.

[11] 廖雄飞, 李厨荣, 黎杰, 等. 多等中心计划设计方法在全中枢神经系统调强放疗中的应用[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2015, 35(10): 756-760.

[12] 张恒, 王坤亮, 常浩, 等. 三维适形放疗技术在全脑全脊髓放疗中的应用[J]. 医疗卫生装备, 2013, 34(4): 54-55.

[13] Kirkpatrick J，Kogel A J，Schultheiss T. Radiation dose-volume effects in the spinal cord[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2010, 76(3Suppl): S42-S49.

[14] 张艺宝, 邓军, 胡俏俏. 瓦里安CBCT在ICRP标准人女性模体胸部IGRT剂量及风险[J]. 中华放射肿瘤学杂志, 2016, 25(3): 275-278.

[15] 徐峰, 王瑾, 柏森, 等. 应用锥形束CT分析肿瘤放疗中分次间及分次内摆位误差[J]. 癌症, 2008, 27(10): 1111-1116.

[16] 江萍, 周舜, 王俊杰, 等. 影像引导下放射治疗脊柱肿瘤六自由度摆位误差分析[J]. 北京大学学报, 2015, 47(6): 952-956.

Application of Whole Body Localization Technique in the Craniospinal Intensity-modulated Radiotherapy

【 Writers 】YANG Haifang1, LIU Jianping1, ZHANG Xiaobin1, SHI Xiuju1, JIANG Bin1, XU Shouping2, WANG Jing1
1 Department of Radiation Oncology, Tangshan People’s Hospital, Tangshan, 063001 2 Department of Radiation Oncology, PLA General Hospital, Beijing, 100853

whole body localization, field convergence, BDPC, the craniospinal radiotherapy

R739.4

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2017.04.019

1671-7104(2017)04-0302-04

2016-11-14

杨海芳，E-mail: yang-hai-fang@163.com

刘建平，E-mail: ljp717@sohu.com

【 Abstract 】The craniospinal radiotherapy method was studied by using the whole body positioning frame and base dose plan compensation (BDPC) technique.11 patients with central nervous system malignancies in our hospital were studied. Use whole body positioning frame with the head - neck shoulder and body membrane to immobilize posture, then use BDPC for the intensity-modulated radiotherapy. Target area conformability index(CI), homogeneity index (HI), dose of endangerment organ (OAR) and beam connecting dose distribution are evaluated. The use of base-dosecompensation intensity-modulated plan combined with whole-body positioning technology improves the target area conformability and target uniformity, simplifies the design of craniospinal radiotherapy, improves the placement accuracy and ensure good placement repeatability. We measure beam connecting dose distribution. Cold and hot spots do not appear, and calculated values are basically identical. The application of whole-body positioning technique combined with BDPC optimization method in the treatment of the craniospinal radiotherapy meets the clinical requirements of dosimetry. Moreover, it is simple and can improve the treatment planning efficiency．