野中野正向调强与固定野逆向调强在全脑放疗中的剂量学差异

潘 香, 李 娅, 朱思瑾, 杨 毅

(昆明医科大学第三附属医院, 云南省肿瘤医院 放射治疗科, 云南 昆明, 650118)

20%～40%的肿瘤患者晚期会发生脑转移，而放射疗法是治疗脑转移癌的有效手段，全脑放疗仍是控制疾病进展的有效方法之一[1-4]。研究[5]显示多发性脑转移癌的基础治疗为全脑放疗，全脑放疗对减少颅内新病灶的发生有重要意义，能使脑转移癌患者中位生存期延长3～6个月。目前，临床常用的手段包括常规二维放疗(2D-RT)、三维适形放疗(3D-CRT)、调强放疗(IMRT)和立体定向放疗(SRT)等[6-7]。以往对脑转移癌的治疗研究多集中在靶向治疗、手术治疗、立体定向放射外科(SRS)治疗等方面[8]，对于IMRT在全脑放疗中的临床应用却关注较少。本研究比较野中野正向静态调强(FIF-IMRT)与固定野逆向优化调强(FFIO-IMRT)在全脑放疗中的剂量学指标，评估2种调强治疗技术对靶区覆盖及正常组织保护等效果差异，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取本院2018年10月—2019年6月脑转移癌行全脑放疗的患者20例，其中男12例，女8例; 年龄55～70岁，中位年龄60岁; 肺癌脑转移10例，乳腺癌脑转移8例，其他2例。

1.2 体位固定和CT扫描

放疗前，所有患者均签署肿瘤放射治疗知情同意书。患者取仰卧位，双手自然置于体侧，根据患者头大小、颈部长短选择合适的专用头枕垫于头下，面罩热塑膜固定，激光定位后画出定位标志线，并在激光线交点处放置铅点。采用西门子大口径CT机(Somatom Sensation Open, 直径82 cm)进行定位扫描，扫描范围自颅顶至第4颈椎下缘，层厚为3 mm, 图像数据经网络传至Pinnacle39.10 计划系统。

1.3 靶区及危及器官定义

由同一位医师在增强CT图像上逐层勾画靶区及危及器官。全脑定义为肿瘤临床靶区(CTV); 计划靶区(PTV)在CTV基础上外放3 mm; 危及器官包括晶体、眼球、视神经，脊髓; 处方剂量均为40 Gy, 2 Gy/次，共20次。

1.4 计划设计

由同一位物理师采用Pinnacle39.10治疗计划系统进行计划设计, 2种计划均用美国瓦里安(varian)IX直线加速器的6 MV X射线，等中心均在同一位置。① 野中野正向静态调强计划(FIF-IMRT): 选270°、90°为主野，适当调整准直器角度，使双眼球重叠，在每个主野方向手动添加1～2个小权重的子野来降低高剂量。② 固定野逆向优化调强计划(FFIO-IMRT): 7野均分(即机架角度为180 °、232 °、283 °、334 °、25 °、77 °、128 °), 通过反复修改优化目标参数来达到临床要求的剂量分布。

1.5 计划评估指标

① 靶区的评估指标: 靶区PTV的适形指数(CI)[9-11]。治疗体积与计划靶区体积之比, CI=(Vt, ref/Vt)×(Vt, ref/Vref), 其中Vt, ref为参考等剂量线包绕的靶区体积,Vt为靶区体积,Vref为参考等剂量线所包绕的所有区域体积，参考等剂量线通常取95%的剂量线。CI范围是0～1, 值越大表示适形度越好。均匀性指数(HI)[12]用于衡量靶区内剂量的均匀程度，均匀性指靶区剂量变化的梯度。HI=(D2%-D98%)/D50%, 其中D2%、D98%、D50%分别表示2%、98%、50%的靶区PTV体积接受的剂量; HI越大表示靶区实际接受的照射剂量超过处方剂量越多，靶区的均匀性越差; HI的值越接近0，表示靶区剂量的均匀性越好。② 危及器官的评估最大剂量(Dmax)。③ 子野个数(ZY)、机器跳数(MU)和照射时间(Time)。

1.6 统计学分析

2 结 果

2.1 2种计划的靶区剂量学比较

2种计划的剂量体积直方图(DVH)、等剂量线见图1、2。对PTV而言, FIF-IMRT和FFI-IMRT计划都能够满足临床放射治疗的要求。2种计划PTV的V95%、V105%、V110%、D2%、D50%、D98%、CI、HI比较，差异均有统计学意义(P<0.05), 表现为CI在FFIO-IMRT计划中较好, HI却是FIF-IMRT略占优势; FIF-IMRT的V105%、D2%小于FFIO-IMRT计划，表明FIF-IMRT计划在控制高量方面具有一定的优势。见表1。

图2 FIF-IMRT计划(1)和FFIO-IMRT(2)的等剂量线对比

表1 2种计划的靶区剂量学对比

与FIF-IMRT比较, *P<0.05。

2.2 2种计划的危及器官剂量学比较

2种计划危及器官的DVH见图3。对于危及器官而言, FIF-IMRT和FFI-IMRT计划都能够满足临床的要求，但FIF-IMRT计划的左、右晶体，左、右眼球，左、右视神经以及脊髓的Dmax均小于FFIO-IMRT计划，除左、右视神经外，其他差异均有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表2 2种计划的危及器官剂量学对比

与FIF-IMRT比较, *P<0.05。

2.3 2种计划的机器参数比较

在机器参数方面, FIF-IMRT计划的子野数、机器跳数、治疗时间、计划设计时间小于、短于FFIO-IMRT计划，差异均有统计学意义(P<0.05)。见表3。

表3 2种计划的机器参数对比

与FIF-IMRT比较, *P<0.05。

3 讨 论

放疗在脑转移瘤中占有极其重要的地位。理想的放疗技术应按照肿瘤形状给靶区很高的致死剂量，而靶区周围的正常组织不受到照射[13]。IMRT对于肿瘤靶区有更准确、更均匀、更高的剂量分布，同时对肿瘤周围的正常组织和邻近危及器官有较好的保护作用[14]。固定野逆向优化调强(FFIO-IMRT)是由计算机根据预先给予的一系列约束条件进行射线束的优化计算，直至将优化好的射束通量图转化成可供加速器多叶光栅直接执行的子野序列，实际上是由很多子野甚至小野拼接而成的复杂方案。野中野正向静态调强(FIF-IMRT)则是在左右对穿的3D-CRT基础上进行改良的一种正向调强的方法，先规定照射野情况，再由物理师对各射野手动分配权重，调节剂量参考点等，最后达到剂量学要求。

邹喜等[15]通过对脑转移瘤三维适形放疗(3D-CRT)和调强放疗(IMRT)计划对比研究发现, IMRT较3D-CRT 有更好的靶区适形性，但靶区异质性也较大; 相对于3D-CRT, IMRT对于危及器官的保护方面未体现出明显剂量学优势。本研究结果亦显示, FFIO-IMRT有更好的靶区适形度，而均匀性方面却比FIF-IMRT略差，其原因是FIF-IMRT能够通过手动添加小权重的子野来遮挡靶区内大部分的高量, FFIO-IMRT为保护晶体等会使中间区域的高量增加。陈杰等[16]对14例全脑照射患者分别采用调强放疗技术和常规放疗技术，对比剂量学差异显示，常规计划的皮肤、脑干、视交叉、左右晶体的Dmax、Dmean均显著优于调强计划。本研究结果提示, FIF-IMRT计划的左右晶体、眼球、视神经的Dmax都低于FFIO-IMRT计划。由于晶体体积较小, FIF-IMRT在牺牲部分靶区的包绕和适形性保护上是很容易实现, FIF-IMRT只需要用多叶光栅挡住眼球和晶体，即可使晶体受量在4 Gy以下，而FFIO-IMRT布野时照射野不可避免地经过眼晶体，设置优化参数时又要兼顾到靶区剂量均匀等，导致眼晶体受量很难降低(最大剂量都在6.8 Gy左右)，故FIIF-IMRT在保护危及器官方面体现出了较明显的优势。

Bese等[17]的前瞻性随机对照试验表明，放疗时间的延长会直接降低肿瘤的局部控制率，尤其是对头颈部肿瘤或非小细胞肺癌、小细胞肺癌、宫颈癌等增殖较快的肿瘤。本研究结果显示, FIF-IMRT计划的子野个数、机器跳数、治疗时间、计划设计时间远远小于、短于FFIO-IMRT计划，减少了由器官运动造成的误差，对机器损耗也更小，显著提高机器的使用效率。正是由于FIF-IMRT与FFIO-IMRT的正逆向运算方式计划制定特点，在MU方面体现得尤为明显。FFIO-IMRT的子野拼接方式能使射束使用效率大大降低，因此，机器需要更多的出束时间来补偿低效的射束利用率以达到需要的剂量要求。

研究[18-20]表明海马中的神经干细胞是神经认知缺陷发病机制的中心，海马中的神经干细胞对放射线非常敏感，放疗中海马受到的照射剂量大小直接影响神经干细胞增殖数量、凋亡速度，这些认知副作用可以通过照射中对海马的保护来减少。随着综合治疗技术的进步和患者生存率的提高，全脑靶区未来可能需要保护特定部位，这时就要用更好的调强放疗技术来满足临床的需要。

综上所述，在全脑放疗中，野中野正向静态调强技术能减少全脑高剂量照射的区域，靶区剂量分布均匀度和适形度也可满足治疗要求; 射野方向只有2个，子野数少，治疗时间短，至少节省一半的时间; 子野面积大，由器官运动造成的误差也会减小; MU跳数少，对机器损耗也更小，显著提高机器的使用效率，在基层医院也更容易实施。