全中枢神经系统调强放疗技术的应用

谢秋英 石锦平 张利文 滕建建 胡学锋

全中枢神经系统放疗(craniospinal irradiation,CSI)在临床上应用于恶性程度较高、易发生脑脊液播散的中枢神经系统肿瘤，如髓母细胞瘤、中枢神经系统恶性淋巴瘤、生殖细胞瘤等[1]。传统的CSI适形照射方法存在许多不足，如：定位方法复杂，靶区剂量分布不均匀，射野衔接困难等。为较好地解决以上问题，我们研究采用了调强“射野叠加优化”技术，逆向优化靶区和衔接区域剂量均匀性，靶区适形度和衔接区域剂量均匀性均明显改善，现将结果报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2011年4月至2012年7月我院收治的CSI患者6例，其中男性3例，女性3例。年龄13～62岁，平均年龄29.3岁，中位年龄20岁。脊髓平均长度74.1 cm(69.5～80.0 cm )。

1.2 设备材料

瓦里安Trilog直线加速器(其最大野为40 cm ×40 cm，配有60对多叶光栏(MLC)，中心处20 cm×20 cm范围内叶片宽度为5 mm)、瓦里安CBCT图像引导放疗系统和Eclipse 计划系统(8.6版本)、飞利浦 Brilliance Big Bore CT模拟机。

1.3 体位固定及轮廓勾画

患者取俯卧位或仰卧位，在常规模拟机下进行透视和调整，使两侧外耳孔重合，整个脊髓、头颅矢状面保持在同一体中线上。头颈部使用热塑面罩固定，体部予真空袋和体罩固定，双手自然垂放身体两侧。

CT扫描层厚3 mm,范围应从头顶一直到骶4下缘,包括全脑和全脊髓。在CT断层上勾画靶区和危及器官结构，另外将衔接区域中的脊髓单独勾画出来，以方便衔接区域剂量分布的分析比较。

1.4 治疗计划的设计

针对每位患者分别采用2组计划设计(图1)。

图1 2组计划射野示意图

常规组(CRT)：采用常规适形照射技术，即全脑照射采用等中心水平对穿照射，适当旋转光栅角度使全脑野下界与脊髓野上界吻合。脊髓野采用源皮距照射，视患者躯干长度分为1～2个照射野，为避免脊髓超量，相邻射野边界间须空开一定间隙，通常在脊髓前缘衔接。

调强组(IMRT)：采用调强射野叠加优化技术。全脑照射与上段脊髓野同中心，采用两野水平对穿半束照射，脊髓照射采用等中心单后野垂直照射，相邻射野间设置约5 cm射野重叠区—“衔接剂量缓冲区”。计划优化采用调强固定射野大小进行逆向计划优化，优化时考虑全脑野的剂量贡献，可消除全脑野半影和脊髓调强射野的半影不一致的影响，衔接处剂量更均匀。旋转光栏90°可消除叶片宽度影响。另外由于全脑野在筛骨板、颈椎等附近通常会有-7%左右的低剂量区,可根据低剂量区的分布增加一个小权重的子野，以提高脑部靶区剂量均匀性。

1.5 剂量学评估

对比2组计划的剂量学分布，并根据ICRU 83号报告[2]，采用近似最大剂量D2%、近似最小剂量D98%和中位剂量D50%，95%剂量V95%等指标来评估靶区的均匀性和剂量覆盖程度。

1.6 统计学方法

采用SPSS 13.0统计软件行t检验分析。检验水准α=0.5。

2 结果

2.1 正常组织受量评估

靶区周围正常器官剂量对比直方图(DVH)见图2，调强组的正常组织高剂量体积降低，特别是心脏、肝脏和小肠等胸中段及腹部的器官结构保护更有优势。

2.2 靶区剂量评估

常规组靶区整体剂量分布高低不均，调强组靶区整体剂量适形度及均匀性均明显提高，剂量随脊髓生理弯曲适形，正常组织得到了很好保护。6例CSI病例的脊髓靶区剂量参数对比见表1，各项指标均优于常规组，P值均<0.01，差异均具有统计学意义。

2.3 射野衔接效果分析

常规组衔接区域剂量冷热点差异显著，特别是胸段脊髓衔接区域前方正常组织有较大面积处于高剂量范围，最大剂量高达处方剂量的160%，而衔接后方脊髓靶区低量区域仅60%左右。采用射野叠加优化法衔接区域剂量分布平滑均匀，衔接区内脊髓剂量梯度由60%～115%提高到98%～107%。模拟头脚方向摆位误差±5 mm引起的衔接区域脊髓中轴剂量变化由160%～35%降低到110%～95%。

靶区处方剂量30 Gy。

3 讨论

表1 6例病例2种方法脊髓靶区剂量参数对比/%

注：Dx%为x%的靶体积所受到的照射剂量(用处方量%表示)，Vx%为≥x%的处方剂量所覆盖的靶区百分体积数。

常规二维放射治疗作为全中枢的标准放疗技术已有几十年，但该技术存在定位方法过程繁复、误差较大，靶区剂量分布不均匀，射野衔接困难等不足。以往的研究表明放射治疗实施的质量对治疗效果有明显的影响,为了提高CSI放疗精度和安全舒适性,需要在放疗技术和体位固定方面做进一步改进。

传统CSI患者体位为俯卧位，这种体位可方便技术员在帮助患者源皮距摆位时做体表线衔接。然而由于摆位治疗时间较长,在照射过程中长时间保持体位较为困难，对于俯卧位不合作的儿童和重病患者，甚至无法进行放射治疗。另外由于脊髓深度差异较大，单一的处方剂量必然会造成靶区剂量分布不均，射野衔接区剂量变化较大，冷热点并存，脊髓靶区存在超高剂量风险。而衔接区域前缘出现的超高剂量可使心脏肝脏等器官受到损害，进而增加儿童未来心脏病等晚期疾病的发病率[3],脊柱受量不均匀也会影响儿童生长发育等[4]。

为解决上述问题，近年来国内外学者开展了CSI仰卧位等中心放疗技术研究，结果认为这种患者较舒适的体位摆位重复性较好。我院放疗中心2011年4月至2012年7月曾对6位CSI患者行仰卧位调强放射治疗，效果良好。30次CBCT图像引导分析摆位误差显示,患者体部左右方向及背腹方向平均误差分别(2.1±1.4)mm、(1.6±1.2)mm，头脚方向平均误差为(2.7±1.3)mm。剂量优化技术方面，我们将等中心调强照射技术及半束照射技术应用于全中枢的放射治疗，依照脊髓靶区深度调整优化剂量，靶区剂量分布均匀合理。表1可见与常规组相比，95%处方量包绕靶区体积V95%平均值由常规的88.6%提高到98.1%，而大于处方量110%的高量体积由常规组的25.4%降低到11.9%。脊髓剂量梯度96.5%～108.8%明显优于常规组57.7%～118.5%。靶区剂量适形度及均匀性均得到了极大改善。

关于射野衔接的问题，一些治疗中心采用旋转光栏和治疗床的方法使全脑野与脊髓野在几何上相匹配[5]，这种方法理论上剂量分布均匀，但在遇到系统误差或随机摆位误差时，衔接区域仍然存在较大的剂量变化。所以目前国内大多数中心在治疗期间需要多次移动衔接线,以消除该区域内的冷点或热点。这种多次变动射野位置的做法增加了治疗的复杂性和误差。近年来不少国内外学者对CSI技术做了进一步改进。有研究报道[6-8]通过手工设置多个“野中野”正向调强方式羽化衔接线法，可有效降低衔接区域脊髓的分次高量，然而计划设计较麻烦，羽化的效果也有限。对此我们做了衔接方面前期研究[9]，借鉴了Seppala 等[10]射野叠加调强逆向优化衔接区域的方法，并做了进一步改进，将全脑野与上段脊髓野用同一中心半束照射，巧妙地解决了头颈非共面衔接难题。在脊髓邻野衔接区设置约5 cm射野重叠区“衔接剂量缓冲区”，并通过旋转光栏90°优化，消除叶片宽度对衔接区域优化的影响。在衔接区域内真正形成了一个向彼此延伸的平滑楔形剂量分布，如同每次治疗时，衔接线一直做匀速滑窗移动一样，极大消减了摆位误差对射野衔接处剂量的影响。衔接剂量更均匀、且每次的治疗剂量均匀度都达到一定的标准。此计划设计简单，治疗过程简化，无需疗程中多次移动衔接位置。缺点是由于仍沿用单后野照射，背部肌肉组织受量仍较高。

目前有学者主张采用多角度照射全中枢靶区，如固定野多角度旋转照射CSI[11]，旋转断层治疗(Tomotherapy)CSI[12]及容积调强放疗应用[13]等，结果均认为多角度旋转照射可显著降低靶区周围正常组织的高剂量体积，进一步提高靶区适形度和均匀性。然而这种旋转照射带来的全身大面积低剂量照射是否会诱发第二肿瘤风险及是否影响儿童发育等还需进一步的临床观察，亦有不少学者持谨慎态度。另外多角度照射对患者摆位要求更加严格，常规调强多中心多角度旋转照射，治疗时间将加倍，患者易发生移动，旋转容积照射可缩短治疗时间，但昂贵的机器造价不利于在基层医院普及。

除了衔接技术改进，在治疗质控方面，我们在计划设计时将脊髓射野中心与全脑野中心置于同一中轴线上，方便治疗摆位和质控监督。利用远程控制治疗床进出移动固定值的方法，可进一步减少人为摆位误差对衔接区域的影响，同时亦大大缩短了技术员进出机房摆位治疗的时间。值得注意的是机器质控时应注意定期做移床精度的检测，确保精度在2 mm以内。考虑体部摆位仍存在一定的随机误差，放疗应结合图像引导技术校准位置误差，以便进一步提高衔接区靶区剂量分布的均匀性。

[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,2002:1017-1037.

[2] Hodapp N.The ICRU Report 83:prescribing,recording and reporting photon-beam intensity-modulated radiation therapy (IMRT)〔J〕.Strahlenther Onkol,2012,188(1):97-99.

[3] Jakacki RI,Goldwein JW,Larsen RL,et al.Cardiac dysfunction following spinal irradiation during childhood〔J〕.J Clin Oncol,1993,11(6):1033-1038.

[4] Hartley KA,Li C,Laningham FH,et al.Vertebral body growth after craniospinal irradiation〔J〕.Proceedings of the 47th Annual ASTRO Meeting,2005:S443.

[5] 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.

[6] Yom SS,Frija EK,Mahajan A,et al.Field-in-field techniq-ue with intrafractionally modulated junction shifts for craniospinal irradiation〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys,2007,69(4):1193-1198.

[7] Wilkinson JM,Lewis J,Lawrence GP,et al.Craniospinal irradiation using a forward planned segmented field technique〔J〕.Br J Radiol,2007,80(951):209-215.

[8] 傅玉川，李光俊，林大全,等.通过多种技术方法的综合使用优化全脑全脊髓照射技术〔J〕.生物医学工程学杂志，2010,27(1):193-197.

[9] 谢秋英，石锦平，祁振宇，等.全中枢神经系统射野衔接方法研究〔J〕.中华肿瘤防治杂志，2013,20(15):1190-1193.

[10] Seppala J,Kulmala J，Lindholm P,et al.A method to improve target dose homogeneity of craniospinal irradiation using dynamic split field IMRT〔J〕.Radiother Oncol,2010,96(2):209-215.

[11] Parker W,Filion E,Roberge D,et al.Intensity-modulated -radiotherapy for carniospinal irradiation:Target volume considerations,dose constraints,and competing risk 〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys,2007,69(1):251-257.

[12] 王 枫,艾毅钦,李荣清,等.螺旋断层放疗治疗髓母细胞瘤的疗效观察〔J〕.临床肿瘤学杂志,2012,17(12):1125-1127.

[13] Fogliata A,Bergstrom S,Cafaro I,et al.Cranio-spinal irradiation with volumetric modulated arc therapy:A multi-institutional treatment experience〔J〕.Radiother Oncol,2011,99(1):79-85.