偏中心调强布野对中枢神经系统儿童放射治疗首次摆位的影响

2020-12-30黄庆荣周巧敏罗日顺邓官华罗龙辉蔡林波

中国医学装备 2020年12期

吴伟黄庆荣周巧敏罗日顺邓官华张平戴鹏罗龙辉蔡林波*

中枢神经系统肿瘤是儿童最为常见的恶性实体肿瘤，发病率仅次于白血病，约占全部儿童肿瘤的15%[1-3]。目前，对于儿童中枢神经系统肿瘤较为有效的治疗手段之一是行全中枢放射治疗[4-6]。调强放射治疗(intensity-modulated radiotherapy，IMRT)技术与传统三维适形技术相比，能够在满足靶区适形的基础上通过多叶准直器(multi-leaf collimator，MLC)的运动，最大程度保护危及器官(organ at risk，OAR)，并已广泛应用于头颈部、胸腹部以及中枢神经系统肿瘤[7]。常规的全中枢IMRT计划为多等中心设计，治疗前需要将肿瘤中心移至等中心处，并拍片验证肿瘤位置是否准确，因而常导致在首次治疗时需要耗费较多时间进行位置验证[8-10]。然而，过长的摆位治疗时间必然会导致患儿身体不适，体位移动概率增大，使放射治疗剂量的准确性受到影响。因此，缩短拍片验证时间，减小摆位误差，对于行全中枢IMRT计划患儿至关重要。为此，本研究将基于IMRT的剂量调制功能，进行偏中心的全中枢IMRT设计，以减少放射治疗中的拍片验证时间，从而提高患儿治疗舒适度。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2014年1月至2020年1月于广东三九脑科医院肿瘤综合治疗中心行全中枢IMRT放射治疗的102例患儿，根据IMRT治疗中布野方法的不同，将其分为观察组(50例)和对照组(52例)；观察组行偏中心调强布野，对照组行等中心调强布野。观察组中男患儿32例，女患儿18例，年龄8～12岁，平均年龄(10.2±2.2)岁。对照组中男患儿37例，女患儿15例，年龄9～15岁，平均年龄(10.2±2.5岁)。两组一般临床资料比较差异无统计学意义，具有可比性。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①年龄≤18岁，行全中枢IMRT患者；②能够自主配合摆位治疗。

(2)排除标准：①年龄＞18岁，全中枢三维适形放射治疗患者；②躁动、不能配合全中枢摆位患儿。

1.3 仪器设备

采用UNIQUE 6 MV直线加速器(美国瓦里安公司)，配备120片高分辨MLC系统(HD MLC-120)，采用滑窗调强运动模式；Eclipse 13.6治疗计划系统(美国瓦里安公司)；SOMATOM Definition AS型大孔径放射治疗专用CT(德国西门子公司)，DORADO激光定位系统(德国镭尔谱公司)；R609-VFCF3型碳纤维一体化底座上(广州科莱瑞迪公司)。

1.4 定位方法

选择大小合适的真空负压垫平置于R609-VFCF3型碳纤维一体化底座上，患儿采取仰卧位躺下，双肩自然下垂，双手置于身体两侧，调整患者体位，使头颅、躯干矢状面始终保持在同一体中线上，摆好体位后，对真空垫抽真空[11]。采用头颈肩热塑面膜、体膜和真空垫固定，固定膜均放入70 ℃恒温水箱中，静置3～6 min待透明后取出，清除水渍后敷于患儿体部[12]。

根据肿瘤大致位置，通过激光定位系统设置3组标记点。标记点由3个“＋”字组成，依次贴上铅点并行螺旋CT扫描，扫描层厚为5 mm，扫描范围上界至颅顶，下界至骶骨下缘5 cm，包含全脑和全脊髓。CT扫描过程中，嘱咐患儿保持体位固定[13]。CT扫描结束后，将图像传输到放射治疗计划系统Eclipse 13.6上。

1.5 靶区勾画及计划设计

根据国际辐射单位与测量委员会(International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)83号报告等[14-16]的推荐，在三维重建CT图像上完成全脑与全脊髓的放射治疗靶区和OAR的勾画。所有患儿均采用IMRT技术照射，并将靶区分为全脑、颈胸及腰骶，3段共7个射野，见图1。

图1 全中枢调强放射治疗计划示意图

全脑靶区照射由两个等中心对穿射野(机架角度分别为90°和270°)外加一个前颅射野(机架角度30°～50°，床角270°)组成。全脊髓靶区照射分为两个中心(颈胸和腰骶)，共4个侧向射野(机架角度分别为140°和220°)，每段计划在衔接处设置约有3 cm射野重叠区域-“衔接剂量缓冲区”[12]。

观察组不移动射野中心位置，即射野中心与铅点位置一致，利用IMRT计划的调制功能实现靶区的偏中心照射；对照组则将射野中心放置于靶区内，即将颈胸和腰骶段的射野中心由铅点处移置于靶区内。采用各向异性解析算法(analytical anisotropic algorithm，AAA)计算照射区域剂量，计划靶区(planning target volume，PTV)处方剂量为36 Gy/20次。OAR和正常组织的受照射剂量尽量低。IMRT计划优化完后由医生评估确认。

1.6 观察与评估指标

首次治疗时，放射治疗技师利用UNIQUE直线加速器自带的非晶硅平板探测器拍摄患儿全中枢治疗的位置验证片(0°和90°)，机器跳数为1 MU，6 MV单曝光模式。按骨性解剖标记匹配电子射野影像装置(electronic portal imaging device，EPID)系统和数字化重建影像(digitally reconstructed radiograph，DRR)的图像[17]。记录两组患儿在X轴(左右)方向、Y轴(头脚)方向及Z轴(腹背)方向的平移量，即首次摆位误差。同时设定误差范围0～5 mm，当摆位误差超过设定误差范围时重新摆位，直至摆位误差在允许范围内，记录摆位通过时间。

PTV的剂量评价包括D2%、D98%、Dmean以及剂量分布的适形度和均匀性。剂量分布的适形度和均匀性分别用适形性指数(conformal index，CI)以及均匀性指数(homogeneity index，HI)来表示[18-19]。CI和HI计算为公式1和2：

式中TVPV为接受处方剂量照射的靶区体积，TV为靶区体积，PV为处方剂量照射的体积，D2%为2%靶区体积的受照射剂量，D98%为98%靶区体积的受照射剂量，Dmean为靶区的平均剂量。

表1 两组全中枢调强放射治疗患儿治疗计划剂量学参数及拍片时间比较()

注：表中D2%为2%靶体积的受照射剂量；D98%为98%靶体积的受照射剂量；Dmean为靶体积的平均剂量；CI为适形性指数；HI为均匀性指数

1.7 统计学方法

采用SPSS21.0统计软件对数据进行分析，计量资料采用均值±标准差()表示，采用Kolmogorov-Smirnov检验数据正态性，正态分布数据组间比较采用t检验，非正态分布数据采用Mann-Whitney U秩和检验；计数资料采用x2检验，以P＜0.05为差异有统计学意议。

2 结果

2.1 两组剂量学参数及拍片时间比较

两组计划的D2、D98、Dmean、CI及HI比较，差异均无统计学意义，观察组拍片验证时间为(21.1±2.67)min，显著低于对照组的(33.3±4.48)min，两组比较差异有统计学意义(Z=-5.375，P＜0.05)，见表1。

2.2 两组不同方向摆位误差比较

观察组和对照组摆位误差在X轴方向分别为(0.13±0.11)mm和(0.15±0.13)mm；Y轴方向分别为(0.17±0.09)mm和(0.17±0.13)mm；Z轴方向分别为(0.09±0.09)mm和(0.4±0.11)mm。两组患者在X轴和Y轴方向摆位误差无统计学差异，而在Z轴方向摆位误差比较，差异有统计学意义(Z=-2.727，P＜0.05)，见表2。

表2 两组全中枢调强放射治疗患儿不同方向摆位误差()

2.3 两组全中枢IMRT计划剂量分布

观察组和对照组患儿全中枢IMRT计划剂量分布见图2。

3 讨论

图2 两组患儿全中枢调强放射治疗计划95%剂量分布示图

随着放射治疗技术的发展，全中枢放射治疗已经从最初的三维适形放射治疗进入到IMRT时代[7]。IMRT的成功与否不仅取决于精准的射野设计，同时还取决于治疗时摆位的重复性[20]。患者在接受分次放射治疗时，身体位置和形状的改变，可能会导致体内靶区和OAR的相对位置发生变化。由于摆位造成的误差很有可能会改变原计划的剂量分布，使得肿瘤未能得到充分照射，肿瘤局部控制率下降，进而影响IMRT疗效[21]。因此，如何能消除或减少摆位误差，提高放射治疗摆位精度，一直是放射治疗工作者追求的目标。

全中枢IMRT的治疗中心及射野数目较多，治疗时间较长，在整个治疗过程中要求患者保持体位不变，无论是对儿童还是成年患者而言，显然较为困难[20]。对于＜7岁的儿童，由于其自身理解能力及自制能力均较弱，外加经历手术、腰穿骨髓活检等治疗[22]手段后，形成的医疗恐惧感，使得低龄儿童在放射治疗过程中容易产生抵触情绪，哭闹不配合等情况，经常出现因无法较长时间忍受面模固定而中断治疗。为了解决上述问题，近年来许多学者开展了相关研究，业内较为常见的方法是每次放射治疗前，给予患儿服用水合氯醛等镇静药物，确保患儿处于一个相对安静状态。然而，镇静麻醉药物的使用可能会给患儿带来不可预知的风险，如过敏导致的呼吸心跳停止等。肖青等[22]研究了心理干预在儿童神经肿瘤放射治疗中的应用，结果显示心理干预能有效减少儿童患者的摆位误差。然而，在该方法中需配套一名心理咨询师，对于一些经济较为落后的地区而言，难以实施。

本研究探讨了偏中心调强布野在全中枢神经系统儿童患者放射治疗中的应用，其结果显示，偏中心调强布野能够显缩短儿童患者首次摆位时间和减少Z轴方向摆位误差，而在PTV剂量学参数，X轴和Y轴方向摆位误差均无统计学意义。理想状态下，全中枢3组铅点位置刚好处于靶区中心。然而，由于经验等因素的影响，放射治疗技师无法完全将铅点中心置于靶区内，常规的处理方法是物理师在放射治疗计划设计时调整颈胸和腰骶段射野中心位置，使射野中心处于靶区内。本研究不改变射野中心位置，即颈胸和腰骶段射野中心与铅点位置重合，利用IMRT计划的剂量调制功能，通过MLC的运动实现靶区剂量覆盖和危机器官保护。根据误差传播[23]理论，射野中心移动距离越大，造成的摆位误差越大。在本研究中，对照组颈胸和腰骶段射野中心常需要在Z轴方向移动2～3 cm，因而观察组在Z轴方向摆位误差优于对照组。此外，虽然在X轴和Y轴方向，两组患儿摆位误差无统计学差异，但观察组摆位误差主要集中在≤±3 mm，相比于对照组的摆位误差偏差更为稳定。此外，本研究的偏中心调强布野方式还能有效缩短患儿首次拍片验证时间，最大限度提高患儿舒适度体验。