三种照射技术在髓母细胞瘤放射治疗中的剂量学分析

王赫隆 云惟康 王业伟 冯丽娜 白彦灵

三种照射技术在髓母细胞瘤放射治疗中的剂量学分析

王赫隆 云惟康 王业伟 冯丽娜 白彦灵

目的探讨调强放射治疗(Intensity modulated radiation therapy，IMRT)、容积调强弧形放疗(Volumetric modulated arc therapy，VMAT)和螺旋断层放射治疗(Helical tomotherapy，TOMO)在髓母细胞瘤放射治疗中的剂量学差异。方法选取10例髓母细胞瘤儿童患者，设计出IMRT(等分5野)、VMAT(双弧)、TOMO三组放疗计划。分析三种计划靶区的适形指数(CI)、均匀指数(HI)、1.07倍处方剂量线所包含的靶区体积(V107)、靶区内最大剂量点剂量值(Dmax)、危及器官(OAR)受量情况、机器跳数和治疗时间。结果对于全脑全脊髓放疗，TOMO组计划靶区PTV的CI、HI、V107、Dmax和OAR受量都优于VMAT组和IMRT(5野)组计划(P<0.05)；TOMO组计划机器跳数最多(P<0.05)，且其治疗时间最长(P<0.05)；TOMO组可以一次完成全脑全脊髓照射，避免了VMAT和IMRT(5野)治疗时人为移床误差。结论在髓母细胞瘤放射治疗中，TOMO组在剂量分布上优于VMAT组和IMRT(5野)组，但其治疗时机器跳数和治疗时间明显增加，它对临床上的影响有待于进一步观察与研究。

调强放射治疗；容积调强弧形放疗；螺旋断层放射治疗

全脑全脊髓放射治疗是髓母细胞瘤治疗的重要手段之一[1]。髓母细胞瘤手术后可以通过脑脊液传播，所以术后的放射治疗显得尤为重要[2]。调强放射治疗(Intensity modulated radiation therapy，IMRT)、容积调强弧形放疗(Volumetric modulated arc therapy，VMAT)和螺旋断层放射治疗(Helical tomotherapy，TOMO)在临床上已经广泛应用，且TOMO系统在治疗复杂靶区上具有明显的优势[3]，但通常大家都认为弧形照射的低剂量区较大[4]。国内在全脑全脊髓放射治疗领域，这三种技术的剂量学差异鲜有报道，所以本研究旨在评估全脑全脊髓的放射治疗三种计划设计方案的剂量学差异，希望给未来全脑全脊髓放疗的临床治疗提供一些剂量学上的参考。

1 资料与方法

1.1 研究对象

选取哈尔滨医科大学附属肿瘤医院2015年11月—2016年11月共10例行全脑全脊髓放射治疗的髓母细胞瘤患者，10例患者均为儿童。其中男8例，女2例，中位年龄5岁(3岁～8岁)。患者均为术后一个月手术刀口完全愈合后进行全脑全脊髓放射治疗。本研究选取患者均为儿童，放射治疗靶区PTV长度均小于70 cm。

1.2 定位机器、计划系统与治疗机器

定位机器为飞利浦大孔径定位CT定位系统，调强放射治疗计划系统为Pinnacle 9.10治疗计划系统。螺旋断层放射治疗计划系统为TomoTherapy Planning Station TomoHDTM Version 2.0.7。治疗机器：(1)医科达公司生产的Versa-HDTM型医用电子直线加速器，医用电子直线加速器配置AgilityTM型机头，其多叶准直器配备80对叶片，每片宽度0.5 cm；(2)安科瑞公司生产的螺旋断层放射治疗系统Helical Tomotherapy治疗机。治疗时均使用6 MV的高能量X射线。

1.3 定位方式与靶区勾画

患者采取仰卧位，双手平放于身体两侧，使用热塑料头颈肩膜进行体位固定，头部使用船型B号枕。使用飞利浦大孔径定位CT进行模拟定位，模拟定位时采取头先进，扫描层厚为3 mm，扫描范围自头顶空白处到尾骨，结束扫描后重建患者CT扫描图像，扫描图像通过DICOM形式传输至Pinnacle9.10医生工作站，医生勾画靶区和周围危及器官结束后传输至相应计划系统上，分别制定出临床可行的放射治疗计划。

1.4 治疗计划的设计

计划靶区(PTV)处方剂量是34 Gy分20次进行照射。目前，常规医用直线加速器最大照射野为40 cm×40 cm，所以IMRT(5野)组和VMAT组计划只能采用多中心的方式来进行。本研究选取的患者均为儿童，靶区PTV长度均小于70 cm，故IMRT(5野)组和VMAT组计划采取两中心设计。IMRT(5野)组计划使用的两个治疗中心分别为ISO1和ISO2。每个治疗中心均采取经典的5野等分布野方式，照射野角度分别为0、72、144、216、288度。VMAT组计划的两个治疗中心分别为ISO3和ISO4，每个中心均使用一野两个弧来实现，起始角度180.1度旋转至180度再返回180.1度。IMRT(5野)组和VMAT组计划的照射野均在射野交界处重合5 cm，以避免射野衔接处剂量冷点和热点的出现。TOMO组计划由于螺旋断层放射治疗系统照射范围为160 cm，所以可以一次完成全脑全脊髓的照射，故采取一个治疗中心进行放射治疗计划设计。

1.5 剂量学分析方法

1.6 统计学方法

所有数据均采用SPSS 19.0分析软件进行统计学分析，计量资料采用均数±标准差表示，三组数据分析方法使用单因素方差分析，P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 靶区PTV参数比较

在CI方面，TOMO组计划CI值最接近于1，故其靶区剂量分布适形度最高(P<0.05)；在HI方面，TOMO组计划HI值最小，其靶区PTV剂量分布均匀性最佳(P<0.05)；在V107方面，TOMO组计划要远远优于VMAT组和IMRT组(5野)(P<0.05)；靶区内Dmax点即热点方面，TOMO组计划优势不大，因VMAT组和IMRT(5野)组Dmax点数值均在处方剂量的1.2倍之内(P<0.05)(表1)。

TOMO组计划根据剂量体积直方图可以直观的看出靶区PTV剂量梯度陡峭，VMAT组、IMRT(5野)组靶区PTV剂量拖尾严重，其剂量分布均匀性不佳(图1)。从剂量分布图中可以直观的看出TOMO组计划低剂量区明显小于VMAT组计划、IMRT(5野)组计划(图2)。

表1 三组计划PTV参数值

图1 剂量体积直方图Figure 1 The dose volume histogram

图2 剂量分布图Figure 2 The dose distribution

2.2 正常组织受量参数比较

在OAR最大剂量点Dmax处，TOMO组计划的晶体、球体、心脏、小肠、肾、肝脏均低于VMAT组计划和IMRT(5野)组计划(P<0.05)；TOMO组计划球体、心脏、小肠、肾脏、肝脏、双肺受到5 Gy剂量照射的体积百分比小于VMAT组计划和IMRT(5野)组计划(P<0.05)；TOMO组计划心脏、小肠、肾脏、肝脏、双肺和肾脏受到10 Gy剂量照射的体积百分比均小于VMAT组和IMRT(5野)组(P<0.05)；特别在双肺受量上，TOMO组计划控制的很好(表2)。

表2 正常器官受量参数

2.3 治疗时间比较

TOMO组计划机器跳数远高于VMAT组和IMRT(5野)组(P<0.05)；其治疗时间分别是VMAT组和IMRT(5野)组计划的1.76倍和1.13倍，这是TOMO组计划相对于VMAT组和IMRT(5野)组计划的一大劣势(表3)。

表3 机器跳数和治疗时间

3 讨论

近年来，髓母细胞瘤的发病率呈上升的趋势，特别在儿童患者方面有明显的增加。据统计该病已经跃居颅内肿瘤发病率的第二位，约占儿童颅脑肿瘤的30%[7-8]。髓母细胞瘤可能通过脑脊液传播，所以术后全脑全脊髓放疗是非常必要的[9-10]。儿童患者放疗引起的不良反应要远高于成年人，因此把不良反应降到最低尤为重要。本研究中患者年龄较小(3岁～8岁)，但治疗配合度较高，仅有两例不积极配合治疗，最终在放疗前对这两例患者实行了灌肠麻醉以避免在治疗期间的活动风险。IMRT(5野)组和VMAT组计划利用逆向调强技术，且照射野均在射野交界处重合5 cm以避免射野衔接处剂量的不均匀和冷热点的出现，但治疗过程中由于常规医用直线加速器最大照射野40 cm×40 cm的限制进行两中心照射的人为移床不可避免。

TOMO放疗技术近来在国内正大规模推广，其靶区的CI和HI的优势也得到了广泛认可，且可以减少OAR受剂量。本研究采用螺旋断层放射治疗技术来实施全脑全脊髓患者的治疗时，TOMO组计划靶区PTV的CI、HI、V107、Dmax优于VMAT组和IMRT(5野)组放疗计划；TOMO组放疗计划OAR受照射剂量低于VMAT组和IMRT(5野)组计划，与Myers等人研究结果表明的TOMO放疗技术优于传统的放射治疗方式相同[11]。但目前低剂量区体积的生物学效应还未明确[12]，有待于进一步的研究。

TOMO放疗系统的最大照射范围为160 cm×40 cm[13]，故本文选取病例靶区PTV的放射治疗可以一次完成，减少了VMAT组和IMRT(5野)组中由于两个中心治疗过程中移床所带来的人为误差；在临床实际治疗中，TOMO组计划治疗时间长，其中靶区长度70 cm患者，治疗时间15 min左右，再加上治疗前的图像引导，完成一次全脑全脊髓的放射治疗需要20 min以上时间[14]，这对儿童患者的治疗是相当大的挑战。VMAT组和IMRT(5野)组计划治疗时需要两次摆位，虽然不同的放射治疗技师摆位时间略有不同，但整体的时间仍然小于TOMO组计划。

综上所述，对于髓母细胞瘤的全脑全脊髓放射治疗，本研究表明TOMO计划在剂量分布上优于VMAT组和IMRT(5野)组计划，但其治疗时机器跳数和治疗时间明显增加。随着计算机技术的飞速发展，在不久的将来TOMO技术在保持剂量学优势的同时治疗时间也会逐渐降低。

1 Nagy Z.A prospective study of supine versus prone positioning and whole-body thermoplastic mask fixation for craniospinal radiotherapy in adult patients[J].Radiother Oncol，2012，102(2)：214-218.

2 Friedrich C，Muller K，von Hoff K，et al.Adults with CNS primitive neuroectodermal tumors：results of multimodal treatment according to the pediatric HIT 2000 protocol[J].J Neurooncol，2014，116(3)：567-577.

3 宋明永，戴相昆，杜乐辉，等.3种调强放疗方式治疗非小细胞肺癌的剂量学比较[J].中国医学物理学杂志，2017，34(2)：121-125.

4 钱建军，孙彦泽，严利明，等.儿童全脑全脊髓容积调强弧形放疗的剂量学评估[J].肿瘤，2016，36(2)：181-186.

5 Chavaudra J，Bridier A.Definition of volumes in external radio-therapy：ICRU reports 50 and 62[J].Cancer Radiother，2001，5(5)：472-478.

6 吴凤，肖建平，张可，等.IMRT和SBRT大分割治疗肺部肿瘤的剂量分布研究[J].中华放射肿瘤学杂志，2009，18(5)：281-284.

7 Spreafico F，Massimino M，Gandola L，et al.Survival of adults treated for medulloblastoma using pediatric protocols[J].Eur J Cancer，2005，41(5)：1304-1310.

8 周开宇.苦参碱对人髓母细胞瘤D341细胞凋亡及相关蛋白表达的影响[J].中国病理生理杂志，2014，30(4)：629.

9 Jensen AW，Laack NNI，Buckner JC，et al.Long-term follow-up of dose-adapted and reduced-field radiotherapy with or without chemotherapy for central nervous system germinoma[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys，2010，77(5)：1449-1456.

10 刘志杰.不同全脑全脊髓放射治疗方式剂量学比较及摆位误差的影响[D].南宁：广西医科大学，2013：1-68.

11 Myers P，Stathakis S，Gutiérrez AN，et al.Dosimetric comparison of craniospinal axis irradiation(CSI) treatments using helical tomotherapy，Smart arcTM，and 3D conventional radiation therapy[J].Int J Med Phys Clin Engin Radiat Oncol，2013，2(1)：30-38.

12 Chen J，Chen C，Atwood TF，et al.Volumetric modulated arc therapy planning method for supine craniospinal irradiation[J].J Radiat Oncol，2012，1(3)：291-297.

13 文婷，李志强，张晋建，等.改进全脑全脊髓螺旋断层放射治疗计划的研究[J].中国医学物理学杂志，2012，29(6)：3737-3741.

14 杨美玲，黎静，李志强，等.螺旋断层放疗与常规放疗在全脑全脊髓照射中的剂量学比较[J].临床肿瘤学杂志，2014，18(8)：718-722.

Dosimetricanalysisofthreekindsofirradiationtechniqueinradiotherapyofmedulloblastoma

WANGHelong，YUNWeikang，WANGYewei，FENGLina，BAIYanling

Department of Radiation Physics，Harbin Medical University Cancer Hospital，Harbin 150081，China

ObjectiveWe aimed to explore the difference of dosimetry among intensity modulated radiation therapy(IMRT)，volumetric modulated arc therapy(VMAT)and helical tomotherapy(TOMO)in the radiotherapy of medulloblastoma.MethodsTen children′s patients with the medulloblastoma were selected and designed in this study.A clinically feasible radiotherapy plan was designed for IMRT(5 fields)，VMAT and TOMO.Conformality index(CI)，homogeneity index(HI)，V107，maximum dose(Dmax)，organ at risk(OAR)dose-volume level，monitor units and treatment time were used to analyze in these groups.ResultsCI，HI，V107，Dmaxand OAR of target areas were significantly superior to VMAT and IMRT in the TOMO group of target PTV for whole brain full radiotherapy.The organ at risk dose-volume level in the TOMO group was lower than that in VMAT and IMRT(5 fields)groups(P<0.05).The TOMO group also had the most monitor units and the longest treatment time(P<0.05).Hence，the patients in the TOMO group could irradiate completely the whole brain and full spinal cord without moving treatment couch to avoid the error from the man-made movement in VMAT and IMRT(5 fields)treatments.ConclusionIn the radiotherapy of medulloblastoma，the dose distribution of patients in the TOMO group are superior to the VMAT and IMRT groups(5 fields).However，the number of monitor units and treatment time is significantly increased during treatment，and its clinical effect needed to be further studies.

Intensity modulated radiation therapy；Volumetric modulated arc therapy；Helical tomotherapy

哈尔滨医科大学附属肿瘤医院放射物理科(哈尔滨 150081)

王赫隆，男，(1987-)，硕士，助理工程师，从事剂量学方面的研究。

白彦灵，E-mail：baiyl2126@126.com

R451

A

10.11904/j.issn.1002-3070.2017.05.009

(收稿：2017-03-30)