全脑及局部转移灶同步推量螺旋断层调强放射治疗与静态调强放射治疗的剂量学比较

刘鹤飞 朱 峰 王 轩 刘 晨 夏廷毅 王颖杰*

全脑及局部转移灶同步推量螺旋断层调强放射治疗与静态调强放射治疗的剂量学比较

刘鹤飞①朱 峰①王 轩①刘 晨①夏廷毅①王颖杰①*

目的：比较不同放射治疗技术实施全脑放射治疗及局部转移灶同步推量放射治疗(WBRT+SIB)中的剂量学差异，为临床脑转移瘤患者提供最合适的放射治疗方案。方法：选取8例接受WBRT+SIB的患者CT图像，分别完成7野静态调强放射治疗(IMRT)及螺旋断层调强放射治疗(TOMO)系统的WBRT+SIB计划，比较两计划间处方剂量覆盖度(V30)、靶区适形指数(CI)、剂量均匀性指数(HI)、重要器官的最高剂量(Dmax)及平均剂量(Dmean)间的差异。结果：TOMO在剂量覆盖度、靶区的适形度以及剂量均匀性方面均优于IMRT，差异有统计学意义(t=-8.74，t=2.88，t=-3.25；P＜0.05)，且能更好的保护正常组织，减少眼球及晶体的照射剂量；两种放射治疗技术CI的差值与转移瘤的个数呈明显的线性相关。结论：在全脑及局部转移瘤的放射治疗中，TOMO在靶区的处方剂量覆盖度、适形指数及均匀性指数上均优于IMRT，正常组织受量低于IMRT。随着转移瘤数目的增加，TOMO在靶区适形度上的优势更加明显，因此TOMO可成为脑转移瘤患者更好的选择。

脑转移瘤；全脑放射治疗；螺旋断层放射治疗；调强放射治疗；剂量学

刘鹤飞,男,(1991- ),硕士研究生。空军总医院肿瘤放疗科，从事临床肿瘤放射治疗的研究。

脑转移瘤系指原发于身体其他部位的肿瘤细胞转移入颅内，累及脑实质、脑脊膜、脑神经和颅内血管的转移性肿瘤，其中脑实质转移最为常见。脑转移瘤大多慢性起病，但病程往往进展迅速，如不行特殊治疗，中位生存时间仅为4周，且预后极差[1]。

放射治疗脑转移瘤可有效改善脑转移瘤患者生活质量，延长患者生存期。目前，对于脑转移瘤的具体放射治疗方案存在较大差异，针对1～3个脑转移瘤且未接受手术切除的患者，推荐行全脑放射治疗(whole-brain radiotherapy，WBRT)的基础上联合局部同期整合推量(simultaneous integrated boost，SIB)的放射治疗方式。由于颅内需要保护的正常组织较多，通常需行调强放射治疗(intensity modulated radiation therapy，IMRT)技术[2]；而螺旋断层调强放射治疗(tomotherapy，TOMO)是一种全新的治疗技术，既能实现优异的调强放射治疗，又能精确保护正常组织。为此，本研究对比两种放射治疗技术的差异，为临床脑转移瘤患者选择最佳的放射治疗方式。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析2011年7月至2015年10月间接受WBRT+SIB的8例脑转移瘤患者，其中男性4例，女性4例；年龄38～65岁，中位年龄为50岁；患者脑转移瘤病灶为2～9个，转移病灶总数为40个，其中解剖位置位于顶叶5个，额叶10个，颞叶8个，枕叶9个，小脑8个。

式中D5为靶区5%体积所受最低剂量；D95为95%体积所受最低剂量；Vt为靶区体积；Vt，ref为靶区内参考等剂量线面所包绕体积；Vref参考等剂量线面所包绕的所有体积。

CI值范围是0～1，值越大，表示适形度越好；HI值越低，表示靶区剂量的均匀性越好。HIGTV和CIGTV表示转移瘤靶区的剂量均匀性和靶区适形度指数，HICTV表示全脑靶区的剂量均匀性指数；评价全脑放射治疗中处方剂量30 Gy覆盖全脑体积的比例(the volume of30 Gy，V30)，越接近100%，覆盖越完全。评价危及器官眼球、晶状体及视神经的最大剂量(maximum dose，Dmax)和平均剂量(mean dose，Dmean)。

1.8 统计学方法

采用SPSS13.0统计软件对数据进行统计分析，计量资料结果用均数±标准差表示(-x±s)，变量间的差异比较采用配对t检验；变量间的相关性采用Pearson相关性检验。全部检验为双侧检验，检验水准为α=0.05，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 IMRT与TOMO计划剂量学比较

(1)IMRT与TOMO的CI和HI相比，TOMO在靶区适形度和靶区剂量均匀性方面均优于IMRT，IMRT与TOMO计划剂量学比较，差异有统计学意义(t=-8.74，t=2.88，t=-3.25；P＜0.05)，见表1。

表1 靶区参数对比(±s)

表1 靶区参数对比(±s)

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(2)IMRT与TOMO两种计划图对比显示，TOMO在靶区适形度、覆盖度均有明显优势，如图1所示。

图1 靶区等剂量曲线分布图

2.2 危及器官受照射剂量比较

TOMO计划与IMRT相比，眼球、晶状体的Dmax和Dmean相比差异显著，有统计学意义(t=-7.06，t=-8.52，t=-13.28，t=-17.56；P＜0.05)。TOMO计划中视神经的Dmax和Dmean虽然比IMRT的高，但明显低于美国肿瘤放射治疗协作组织(radiation therapy oncology group，RTOG)公布的头颈部及QUANTECb正常组织限量，见表2。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①年龄20～90岁；②卡氏性能评分量表(Karnofsky performance status，KPS)评分≥70分；③颅外原发病灶明确，且经病理证实；④患者对放射治疗的依从性好并于放射治疗前签署知情同意书。

(2)排除标准：①恶病质状态；②既往曾有精神系统疾病史患者；③怀孕期及哺乳期的妇女；④不能保持稳定体位。

1.3 仪器设备

采用SOMATOM Emotion 16层螺旋CT(德国西门子)定位；使用TOMO(美国Accuracy公司)和IMRT(ELEKTA Sysnergy，瑞典医科达公司)进行放射治疗。

1.4 体位固定

患者仰卧于CT定位用固定体板上，头垫B枕，双手自然平放置于身体两侧，头部用头颈肩网固定。使用Siemens大孔径16排CT模拟定位机，4 mm层厚增强CT扫描来获得定位图像，扫描范围从颅顶至颅底，定位结束后将扫描图像传送至Elekta Monaco工作站进行靶区勾画。

1.5 靶区勾画

定义肿瘤靶区(gross tumor volume， GTV)为增强磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)或CT影像学检查提示的转移病灶；定义临床靶区(clinical target volume， CTV)为全脑。正常组织包括眼球、晶状体、视神经及脑干。结构勾画完成后传输至Tomotherapy计划工作站，分别设计TOMO计划和固定7野静态IMRT计划。

1.6 放射治疗计划设计

定义95%的GTV和CTV体积分别达到处方剂量50 Gy和30 Gy，分10次，5次/周。重要器官剂量限制要求脑干＜45 Gy；眼球平均剂量＜35 Gy，晶体最大点剂量＜5 Gy；视神经最大点剂量＜50 Gy。其中IMRT的7野调强计划照射野角度均匀分布，避免使用0°野，尽量避开晶体等器官，TOMO计划中将晶体做半遮挡技术处理。

1.7 参数评估

对比GTV及CTV的适形指数(coverage index，CI)和均匀性指数(homogeneity index，HI)，其计算为公式1：

表2 正常组织参数对比(±s)

表2 正常组织参数对比(±s)

指标IMRTTOMOt值P值眼Dmax(Gy)20.57±2.3615.06±3.39 -7.06＜0.05眼-Dmean(Gy)8.44±1.185.59±1.17 -8.52＜0.05晶体-Dmax(Gy)5.41±0.443.17±0.71-13.28＜0.05晶体-Dmean(Gy)4.31±0.272.32±0.36 -17.56＜0.05视神经-Dmax(Gy)14.99±3.8826.42±6.414.57＜0.05视神经-Dmean(Gy)11.20±3.1717.81±4.88 5.48＜0.05

2.3 两种放射治疗技术CI差值与转移瘤个数相关性

TOMO与IMRT靶区CI的差值与转移瘤个数间存在明显的线性关系，相关性系数为0.905，表明两变量间强相关，见表3，如图2所示。

表3 CI差值和转移瘤个数的相关性分析

图2 CI差值-转移瘤个数的相关性分析散点图

3 讨论

治疗脑转移瘤主要有手术、放射治疗和化疗三大手段，其中放射治疗起着很大的作用，经放射治疗后，患者的生活状态及生存期均能得到改善。目前，全脑放射治疗、立体定向放射外科及两者联合是主要方法，在全脑放射治疗的基础上予以局部推量的同时，对于位于或接近靶区的重要器官(如眼球、晶状体及脑干等)需要特别保护。因此，理想的放射治疗技术应按照肿瘤形状给靶区很高的剂量而靶区周围的正常组织不受到照射[3]。

目前，国内主流的放射治疗技术是IMRT，在此技术下，对于肿瘤靶区有更准确、更均匀及更高的剂量分布，同时对肿瘤周围的正常组织和邻近器官有较好的保护作用。邹喜等[4]的研究认为，在IMRT较常规三维适形放射治疗(three-dimensional conformal radiotherapy，3D-CRT)有更好的靶区适形度，但靶区异质性和危及器官的保护上并未体现出明显的剂量学优势。目前国内外多数对于IMRT治疗脑转移瘤的研究[5-7]都提示IMRT有剂量学优势，且经放射治疗后，可明显改善患者的生活质量，延长生存期。

TOMO是采用类似螺旋CT扫描的方式来实现机架的持续旋转和床的运动，而且可以使用兆伏级(megavoltage computed tomography，MVCT)图像引导的TOMO方式。TOMO可以360°聚焦断层照射恶性肿瘤，在已知肿瘤形状的条件下，可以得到最佳的射线照射路径，使靶区内剂量达到高度的均匀性，更好的保护正常组织和器官[8-9]。Tomita等[10]的研究认为，TOMO在治疗脑转移瘤中，靶区能达到很高的适形度和均匀性，肿瘤体积大、形状不规则的效果更佳，而且能做到全脑放射治疗同步转移灶推量的治疗。

目前，国内外对于两种技术治疗脑转移瘤的剂量学对比研究不多，而在其他头颈部肿瘤的剂量学对比中，TOMO较IMRT剂量学有明显优势，靶区具有较高的适形性、剂量均匀性及更陡峭的剂量梯度，而且能够更好的保护危及器官[11-13]。本研究旨在对比两种放射治疗技术的剂量学差异，为临床患者选择最合适的放射治疗技术，其结果提示，TOMO在全脑靶区、肿瘤靶区均有更好的适形度和均匀性；正常组织眼球和晶状体的最高剂量和平均剂量较IMRT都有明显的剂量学优势。而造成TOMO计划中视神经剂量较IMRT偏高的原因可能与TOMO的51个照射野旋转照射有关，为了保证靶区剂量的覆盖，可能会使得视神经的平均受照剂量偏高，但视神经的受照剂量在正常范围内，并不会造成严重的的急慢性放射损伤，因此关于视神经的剂量有待进一步研究。

国内关于TOMO治疗多发脑转移瘤的文献较少，侯俊[14]的研究认为，颅内1、2、3个及多个转移瘤患者的TOMO，发现对于正常组织的保护中，随着转移瘤数目的增多，TOMO较IMRT、3D-CRT的适形度优势更加明显，但并未分析靶区适形度。而本研究发现，随着转移瘤数目的增多，TOMO在靶区适形度上的优势更加明显，而且CI的差值与转移瘤个数呈线性关系。

TOMO较IMRT具有更好的靶区适形度及均匀性，正常组织的保护方面也能体现出剂量学优势，理论上是一种疗效更佳、不良反应更小的放射治疗方法。

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A dosimetry comparison between TOMO and IMRT for whole-brain radiotherapy combined with simultaneous integrated boost of local brain metastases/

LIU He-fei, ZHU Feng, WANG Xuan,et al//
China Medical Equipment,2017,14(3):55-58.

Objective: To compare the dosimetric difference between intensity modulatedradiation therapy (IMRT) and tomotherapy (TOMO) for whole-brain radiotherapy (WBRT) combined with simultaneous integrated boost (SIB) of local brain metastases, and provide a best choice for patient with brain metastasis. Methods: The CT images of 8 patients with brain metastases were applied WBRT+SIB plan in IMRT and TOMO, respectively. A series of indicators, such as conformity index(CI), homogeneity index(HI), coverage of prescribed dose (V30), the maximum dose (Dmax) and mean dose(Dmean) of important organs were compared. Results: TOMO appeared more effect than IMRT in V30, HI and CI (t=-8.74, t=2.88, t=-3.25; P＜0.05); and it also could protect normal organic, reduce radiation dose for eye and lens in more degree than IMRT; besides, with the increase of the number of brain metastasis, the CI difference between TOMO and IMRT also was increase, therefore, there was a obvious positive linear correlation between them. Conclusion: In WBRT+SIB,TOMO has obviously advantages than IMRT such as 30Gy(V30), HI, CI and the protection for organs. With the increase of the number of metastasis, TOMO appears more preponderance than IMRT; therefore, TOMO might be a good clinical choice for WBRT+SIB treatment.

Brain metastases; Whole-brain radiotherapy; Tomotherapy; Intensity modulated radiation therapy; Dosimetry [First-author’s address] Department of Radiotherapy, Air Force General Hospital, PLA, Beijing 100142,China.

1672-8270(2017)03-0055-04

R739.4

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.03.015

2016-11-09

①空军总医院肿瘤放疗科 北京 100142

*通讯作者：wangyj9999@163.com