容积旋转调强放射治疗技术行全骨髓照射的可行性研究*

解传滨 徐寿平 俞 伟 曲宝林* 鞠忠建 葛瑞刚 巩汉顺 徐 伟 丛小虎

容积旋转调强放射治疗技术行全骨髓照射的可行性研究*

解传滨①徐寿平①俞 伟①曲宝林①*鞠忠建①葛瑞刚①巩汉顺①徐 伟①丛小虎①

目的：探讨RapidArc容积旋转调强放射治疗技术(VMAT)行全骨髓照射(TMI)的可行性及其剂量学特点。方法：选取8例已行全身扫描的患者，照射靶区包括除前臂和手以外的全身骨髓，采用Eclipse 10.0计划系统自动勾画模块进行靶区勾画并外放3 mm生成PTV，处方剂量为12 Gy/10 F，采用单弧多中心衔接的方法设计旋转调强放射治疗计划。治疗计划的剂量验证采用ArcCHECK验证系统，通过剂量体积直方图(DVH)评价和分析靶区和危及器官的剂量分布，并评估治疗计划的总机器跳数(MU)和治疗时间，通过分析各部位剂量验证的通过率评估其临床实施的安全性及准确性。结果：容积旋转调强全骨髓照射计划的靶区平均Dmean、Dmax分别为12.85 Gy和14.85 Gy，平均D1、D99分别为11.25 Gy和13.77 Gy，除脑、眼球、口腔及腮腺等头颈部器官外，其他器官Dmean均＜6 Gy，平均机器跳数和计划实施时间为2608 MU、30 min，头颈、胸腹及盆腔3部分的计划验证通过率分别为(98.9±1.9)%、(98.4±1.8)%及(97.4±2.1)%。结论：RapidArc技术能较好地实现全骨髓照射且实现射野间的无缝衔接，具有较高的射线利用率，可以应用于全骨髓的临床照射。

骨髓移植；全骨髓照射；容积旋转调强放射治疗

解传滨,男,(1983- ),硕士，主管技师。解放军总医院放疗科，研究方向：医学物理和肿瘤精确放疗。

[First-author’s address]Department of Radiation Oncology, PLA General Hospital, Beijing 100853, China.

在骨髓移植或造血干细胞移植的预处理方案中，全身照射(total body irradiation，TBI)已广泛用于某些白血病、恶性淋巴瘤和晚期全身转移的恶性肿瘤的治疗[1-2]。由于传统照射方法使正常器官受量过大而致较多的并发症，近年螺旋断层放射治疗(helical tomotherapy，HT)技术作为一种新型旋转调强治疗技术开始用于TBI，以其高度的靶区适形度、均匀性以及对正常器官的最大限度保护克服了传统方法的缺点[3-5]。但由于其较长的出束时间带来的过度机器损耗以及患者治疗时体位的移动给临床实施带来挑战。而新兴的容积弧形调强放射治疗(volumetric intensity modulated arc therapy，VMAT)在普通加速器上实现了旋转调强的治疗方式，同时配合影像引导技术，实现了治疗的高效性和准确性，使其在全身照射的临床应用成为可能。本研究选取8例在医院接受全身CT扫描的患者图像，对RapidArc在全身照射应用中的剂量学特性进行初步的临床分析，为临床应用标准的选择提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料与定位方法

选取2012年6月至2013年6月在解放军总医院接受全身CT扫描的8例患者图像，其中男性5例，女性3例。所有患者均采用仰卧位，S型头颈肩-热塑体模-般资料体板固定，扫描范围自头顶至股骨中段，扫描层厚为5 mm。

1.2 靶区定义与处方剂量

患者靶区要求包括除前臂和手以外的所有骨髓，应用Eclipse 10.0计划系统自动勾画模块进行全身骨骼的定义生成并以此作为临床靶区(clinical target volume，CTV)，并外放3 mm生成计划靶区(planing target volume，PTV)，其中正常器官包括全脑、眼球、晶体、口腔、腮腺、肺、心脏、肝脏、胃、小肠、肾脏、膀胱及直肠等。处方剂量为12 Gy/10 F。

1.3 计划设计与评估方法

采用瓦里安Eclipse 10.0计划系统、Clincal IX5230直线加速器6 MV X射线对病例制定VMAT计划，计划设计采用单弧330o多中心衔接的方法，为实现对靶区更好的旋转覆盖，机头旋转90o并根据实际情况设定Y轴方向铅门宽度，而X轴铅门采用动态调强的推荐宽度为15 cm。为避免射野衔接处冷热点的出现，各相邻射野重叠≥2 cm，照射弧角度为顺时针195～165o，逆时针165～195o，并采用顺-逆-顺相接的方式以提高计划的实施效率(如图1所示)。计划完成后通过剂量体积直方图DVH评价和分析靶区和危及器官的剂量分布，并评估治疗计划的总机器跳数(MU)和治疗时间。

图1 单弧多中心容积旋转调强放疗计划影像图

1.4 剂量验证

治疗计划的剂量验证采用ArcCheck验证模体Merge方式分头颈、胸腹和盆腔3部分进行，每部分包括3个照射弧，以中间弧的中心作为原点制定验证计划，验证实施过程中按照相邻照射弧中心的距离移动治疗床以实现3个衔接照射弧的整体数据采集(如图2所示)。

图2 头颈部ArcCheck模体merge验证计划示图

2 结果

8例患者的PTV平均体积为6386.5 cm3，平均高度为99.3 cm，平均最大宽度为36.8 cm。容积旋转调强全骨髓照射计划的靶区平均Dmean、Dmax分别为12.85 Gy、14.85 Gy，平均D1、D99分别为11.25 Gy、13.77 Gy，实现了处方剂量对靶区的较好覆盖。正常器官的受量情况见表1，除脑、眼球、口腔及腮腺等头颈部器官平均剂量稍高外，其他器官均＜50%的处方剂量(6 Gy)。

表1 各危及器官的剂量统计结果

表1 各危及器官的剂量统计结果

器官DminDmaxDmean脑1.94±0.1815.77±0.507.93±0.56眼睛3.32±0.6714.14±0.837.58±0.95眼晶体3.38±0.684.44±0.763.70±0.64口腔3.08±1.5613.03±5.267.98±3.58腮腺3.47±0.4913.84±0.907.01±0.83肺3.50±0.4414.99±0.487.65±0.40心脏3.45±0.5913.22±1.236.93±1.05肝脏2.31±0.5514.41±0.286.00±0.30胃2.80±0.6512.12±2.395.30±0.50肾脏2.56±0.3512.11±1.335.13±0.54肠1.87±0.3213.66±1.045.87±0.55膀胱2.36±0.4413.65±0.525.41±0.61直肠2.80±0.1912.72±2.114.99±0.69

处方剂量线在较好覆盖靶区的同时实现了对周围正常器官的避让，在8例患者平均剂量-体积直方图(dose volume histograms，DVH)中同样得到充分的体现(如图3所示)，等剂量曲线分布如图4所示。

图3 8例患者的平均DVH

图4 等剂量曲线分布图

8例患者计划的平均机器跳数为2608 MU，计划平均实施时间为30 min。头颈、胸腹、盆腔3个部位的验证测量结果与计算结果进行分析，采用3 mm，3%的标准得到的r通过率分别为(98.9±1.9)%、(98.4±1.8)%、(97.4±2.1)%(如图5所示)。

图5 某患者的头颈部验证分析图

3 讨论

众多临床研究结果表明，进一步增加全身照射剂量可以降低白血病患者经异基因移植后的复发率，但是与TBI治疗相关的并发症同样也会增加，包括白内障，间质性肺炎，儿童生长发育迟缓，继发性肿瘤等，这就否定了其潜在提高生存率的优势[6-13]。因此，为了提高治愈率、降低治疗的不良反应，发展一种更加适形的TBI技术毫无疑问是必需的[14]。本研究对全骨髓照射的单弧多中心衔接旋转调强治疗，包括全骨髓照射计划设计方法、计划评价及剂量验证等进行分析探讨。采用VMAT照射方法，相对于传统的TBI技术，在提高了靶区剂量的同时进一步减少了周围正常组织和器官的受量，不仅可降低周围正常组织相关并发症的发生率，也为进一步提升处方剂量提供了依据。

Aydogan等[15]在普通加速器上采用了三中心、每中心九野的布野方式，需完成3个计划的优化，其最大治疗长度为90～110 cm，因而存在两个计划的剂量衔接问题，而该研究中的多中心是在同一个计划中完成，在计划以及验证的剂量分布上无冷热点的出现，正如图4所示的绿色定位线即为两野衔接区域，其计算值与测量值表现出了高度的一致性，真正实现了射野间的无缝衔接。Wilkie等[16]采用三段法模体计划共需5631 MU，整个实施过程为1 h，PTV的剂量分布为1018～1494 cGy，靶区剂量均匀性与本研究方法相当，但在计划的实施效率上提高了50%，而其危及器官剂量都非常接近。因此，与普通调强技术相比，单弧多中心旋转调强技术可以保证更好的靶区剂量分布，更低的危及器官剂量。

由于全骨髓照射靶区的最大宽度接近40 cm，为了实现照射野在旋转过程中对靶区较高的覆盖度，从而提高其对复杂靶区的调制能力，在计划的设计时将机头角度进行了90o的旋转设置，使得最大开度为40 cm的Y轴铅门与旋转弧的切线方向垂直，进而实现单弧照射即可达到较好剂量分布的效果。但由于多叶光栅(MLC)运动方向(X轴)的铅门宽度在旋转调强过程中最大只能达到15 cm，为了实现对照射靶区长度的全覆盖，采用增加照射中心的方法，然而却给技师的治疗摆位带来挑战。

本研究在计划的剂量验证时将人体分为头颈、胸腹和盆腔3部分进行，并且每部分包括原计划的3个照射弧，由于每部照射长度超出了验证模体的长度，为解决模体散射条件对通过率的影响，采用了ArcCHECK模体的融合功能，将验证长度增加到36 cm，从而完成了对治疗计划进行全面的验证，尤其是在重点关注的射野重叠部分进行仔细分析，得到较高的通过率。本研究充分证明，单弧多中心旋转调强放射治疗技术方法具有准确性与安全性。

综上所述，RapidArc单弧多中心旋转调强放射治疗技术能较好地实现全骨髓照射且实现射野间的无缝衔接，并具有较高的射线利用率，可以应用于全骨髓的临床照射。

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The feasibility study on total marrow irradiation with rapid arc volumetric arc therapy/

XIE Chuan-bin, XU Shou-ping, YU Wei, et al// China Medical Equipment,2014,11(12):118-121.

Objective:To explore the feasible and dosimetry characteristics of a volumetric arc therapy (VMAT) total marrow irradiation (TMI) technique for patients with hematologic malignancies.Methods:VMAT planning was performed for 8 patients using RapidArc technology. The planning target volume consisted of all the bones in the body from the head to the mid-femur, excluding the extremities, except for the humerus, plus a 3.0-mm margin. The plans were prescribed to ensure, at a minimum, 95% planning target volume dose coverage with the prescription dose(12 Gy/10 F). The treatments were delivered and verified using ArcCHECK measurements. The plans were evaluated using isodose plots, dose volume histograms, dose homogeneity indexes, total MU and treatment times.Results:The VMAT-TMI technique reported in the present study provided preferable dose distributions, The average mean dose and maximum dose for PTV were 12.85 Gy and 14.85 Gy, The average D1 and D99 were 11.25 Gy and 13.77 Gy. The mean dose for organs were less than 6 Gy beside the head and neck organs such as brian,eye,oral cavity and paritid. The machine MU and treatment delivery time were 2608 MU and 16.5 minutes. the γ-analysis pass rate for head-neck, chest-abdomen, pelvic were 98.9%±1.9%,98.4%±1.8%,97.4%±2.1% for all RapidArc plans.Conclusion:The RapidArc VMAT technique improved the treatment planning and achieved seamlessly between the beams, most importantly, treatment delivery efficiency. The results from our study suggest that the RapidArc VMAT technology can be expected to facilitate the clinical transition of TMI.

Hematologic malignancies; Total marrow irradiation; TMI, Volumetric arc therapy;

1672-8270(2014)12-0118-04

R730.55

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.12.045

2014-01-16

解放军总医院科技创新苗圃基金项目(13KMM09)“基于旋转调强全身照射新技术的临床研究”

①解放军总医院放疗科 北京 100853

*通讯作者：qubl@sohu.com