射波刀外放shell的限量对治疗计划的影响研究

崔晓磊 陆 军 李 莎 高行新 黄永辉

射波刀外放shell的限量对治疗计划的影响研究

崔晓磊①陆 军①李 莎①高行新①黄永辉①

目的：比较不同尺寸的颅内单发肿瘤患者的放射治疗计划，分析靶区外10 mm处shell的限量对最终计划结果的影响，为设计治疗计划提供外放壳层(shell)初始限量范围。方法：选取24例单发头部肿瘤患者，根据测量得到的靶区最大直径将其分为8组，每组3例。对不同尺寸靶区的8组患者分别进行治疗计划设计，记录在5种不同外放shell限量下得到的治疗计划的结果，并进行对比分析。结果：靶区外10 mm处shell的限量趋于严格时，对较大的靶区影响大，使到达靶区的射线数急剧减少，靶区剂量跌落明显，适形度(CI)变差，而对小靶区则影响不大。结论：25 mm以内的小靶区，靶区外10 mm处shell的限量可以低至处方剂量的30%，靶区尺寸越大，限量应越宽松；45 mm以上靶区则应放宽至处方剂量的60%以上。

射波刀；外放Shell；剂量限值；剂量分布

射波刀(Cyberknife)系统是一种新型的全身肿瘤立体定向放射外科治疗设备，射波刀的出现，将立体定向放射外科技术的应用从头颈部肿瘤延伸到脊椎以及全身其他部位肿瘤[1-3]。然而，射波刀治疗计划的设计和优化是治疗流程中一个非常重要的环节，需要医师和物理师反复推敲，精心设计，在此阶段，治疗计划的参数设置不仅影响计划设计的效率，而且也会对计划的质量产生较大的影响[4-6]。

射波刀治疗计划的优化过程是不断调整可供选择射束的跳数，使得剂量分布按照某种规则向剂量限制条件逼近的过程[7-8]。考察肿瘤外放壳层(shell)的剂量限值这一参数对计划设计和优化的影响，有助于物理师在计划初算时，选择比较合适的shell初始剂量限值，节省计划优化的时间，又快又好地得到满意的治疗计划。基于此，本研究比较不同尺寸的颅内单发肿瘤患者的治疗计划，为设计治疗计划提供shell的初始限量范围。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选取2016年在兰州总医院行射波刀治疗的24例单发头部肿瘤患者，根据测量得到的靶区最大直径，将患者分为8组，每组3例，分别为15 mm组、20 mm组、25 mm组、30 mm组、35 mm组、40 mm组、45 mm组和50 mm组。

1.2 材料设备

数据采集使用ACCURAY公司MultiPlan治疗计划系统，版本4.0.2；定位扫描采用德国西门子PETCT。

1.3 方法

(1)影像定位。PET-CT对患者进行CT定位扫描，扫描层厚1 mm。患者均为仰卧位，头枕+热塑头膜固定。

(2)勾画靶区及危及器官。

(3)计划设计。使用MultiPlan治疗计划系统对24例患者分别进行治疗计划设计，所有计划设计时均遵循以下原则：①采用6D skull颅骨追踪方式；②依据靶区最大径的2/3大小选择单一准直器，不同尺寸靶区准直器选择见表1；③仅设置2个外放大小分别为1 mm和10 mm的Shell-1和Shell-2；④将shell-1的剂量限值设置为处方剂量值(Dp)，以保证初算后得到适形度(CI)较好的治疗计划；⑤将shell-2的初始剂量限值设置为Ds，选择5种不同Ds值，依次为Dp值的70%、60%、50%、40%和30%；⑥对靶区和shell以外的所有其他组织器官均不进行剂量限制；⑦同一患者的治疗计划除Ds值外其他参数均相同。经过初算后，记录不同条件下得到的治疗计划的结果。

1.4 评估参数

在每个计划得出的靶区DVH曲线上，以靶区覆盖率＞99%为标准，选择最接近的一条剂量曲线作为处方剂量线，分别记录每个治疗计划的处方剂量线；因患者治疗的处方剂量和治疗次数各有不同，为观察治疗计划的射线数和CI值，从8组患者中各任意选取一例，记录射线数和CI的数值，并进行对比和分析。

2 结果

2.1 治疗计划的处方剂量线随Ds值的变化趋势

随Ds值由大到小变化。8种不同尺寸的靶区治疗计划的处方剂量线数值的平均值见表2。

随着Ds值依次降低，满足要求(靶区覆盖率＞99%)的处方剂量线数值大致呈减小趋势。靶区尺寸为10 mm和15 mm的两组，曲线趋于平稳，即Ds值的降低未对靶区剂量产生明显影响；当靶区尺寸增加到25 mm后，各组曲线随Ds值的降低呈下降趋势，这种下降趋势在靶区尺寸达到35 mm以上时已经非常明显，即靶区尺寸越大，受Ds值降低的影响就越大。变化曲线如图1所示。

图1 不同尺寸靶区治疗计划处方剂量线随Ds值的变化

2.2 不同尺寸靶区Ds值选择范围

为了给计划设计的后续剂量优化留有足够的空间，以≥70%剂量曲线作为初算得到的处方剂量曲线的“临界值”，结合图1所示，将8种不同尺寸靶区≥70%处方剂量线时对应的“临界Ds值”范围列于表3中。在计划设计的最初阶段，可以将表3中的数据作为参考，根据处方剂量，设置计划初算阶段shell-2的限量值。

表3 处方剂量线≥70%时的Ds值范围

2.3 治疗计划的射线数随Ds值的变化趋势

当靶区尺寸较小(≤25 mm)时，shell-2限量越严格，射线数将略有增加(如图2所示)；而靶区尺寸较大(≥30 mm)时，shell-2限量越严格，射线数将会减少，且靶区尺寸越大，降低趋势越明显(如图3所示)。

图2 小尺寸靶区治疗计划射线数随Ds值的变化

表1 各组治疗计划准直器大小(mm)

表2 不同尺寸靶区治疗计划在不同Ds值时的处方剂量线(%)

图3 30 mm以上靶区治疗计划射线数随Ds值的变化

2.4 治疗计划的CI值随Ds值的变化趋势

对于尺寸不太大的靶区，对shell-2进行剂量限制并未对CI产生明显影响，只有当靶区尺寸较大(≥45 mm)时，对shell-2剂量限制趋于严格，CI才会有比较明显的变化，且呈升高趋势(如图4所示)。

图4 不同尺寸靶区治疗计划CI随Ds值的变化

3 讨论

射波刀立体定向放射治疗的优势来源于其剂量分布优势，尤其是对于良性病变，如一部分良性脑膜瘤、垂体瘤、听神经瘤等。立体聚焦交叉照射的原理，能够使靶区得到高剂量的照射，而在病灶的边缘剂量迅速跌落，避免了病灶周边正常组织不必要的照射，对提高患者生存质量有着重要意义[8]。

一个可行的治疗计划通常要经过反复优化计算才能得到，治疗计划的参数设置会对计划结果产生不同影响，而最终治疗计划质量不仅有靶区和危及器官的限制剂量等直观的参数，追踪方式、准直器的选择和定位中心的选择等，也不同程度地影响计划设计的效率和结果[9-12]。

利用限制外放shell的剂量对靶区周围的剂量跌落进行调节，是治疗计划设计的基本方法。根据上述结果可以得到一个靶区周边10 mm处shell限量的范围，使得初算后能找到一条≥70%的处方剂量线进行归一，既能覆盖99%以上靶区体积，又为后续“雕刻”靶区剂量及对危及器官进行保护等操作留有较大余地。

对于尺寸较小的靶区，如25 mm以下靶区，对shell-2的限量要相对偏严格，可以选择处方剂量值的30%～40%，使得靶区边缘有大的剂量梯度，即靶区边缘外10 mm处的剂量迅速跌落至处方剂量值的近乎30%，此时剂量曲线将紧紧包绕在靶区周边，有利于减少人体正常组织受照的范围。当靶区尺寸较小时，随shell-2限量趋于严格，结果显示，为满足处方剂量要求，射线数会略有升高，而CI并未受到明显影响，若该小靶区十分临近一重要组织器官，此时再对其进一步限量会容易许多。

当靶区尺寸增大至30～40 mm时，对shell-2的限量可以选择处方剂量值的50%左右，此时从结果中看到，随shell-2限量趋于严格，为满足处方剂量的要求，射线数不断减小，系统通过减少入射线束的方式达到使靶区周围剂量迅速跌落的目的，但是同时到达靶区的有效射束也会随之减少，当限制十分严格时，70%的剂量曲线已经远远不能满足靶区覆盖率的要求，CI也会随之增大，因此shell-2的初始剂量限值最好不低于处方剂量值的50%。而对于尺寸较大的靶区(如45 mm及以上靶区)，对shell-2的限量要宽松许多，可以选择处方剂量值的60%，甚至更高。

本研究结果显示，降低shell-2限量将导致射线数急剧减少，CI也随之不断增大，很快会导致靶区内部剂量迅速降低，治疗计划无法满足要求。因此想要得到较高的靶区覆盖率，大的靶区很难做到周围的剂量迅速跌落，因此对shell-2的剂量限制要宽松，以便先得到一个较好的初始靶区剂量分布，再通过后续的其他手段进一步对剂量分布进行优化调节。

4 结语

治疗计划设计的具体方法步骤因人而异，剂量“雕刻”的方式方法也多种多样，面对不同尺寸的靶区，计划设计的思路也应有所调整，靶区尺寸与剂量限值之间的规律，可帮助物理师提高计划设计的效率和质量。靶区外10 mm处shell的剂量限制趋于严格时，对较大的靶区影响很大，使到达靶区的射线数急剧减少，靶区剂量跌落明显，适形度变差；对小靶区则影响不大。对25 mm以内的小靶区，靶区外10 mm处shell的限量可以低至处方剂量的30%；靶区尺寸越大，限量应越宽松，45 mm以上靶区则应放宽至处方剂量的60%以上。

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Research on the effect of shell dose limits of Cyberknife for treatment planning

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CUI Xiao-lei, LU Jun, LI Sha,
et al//China Medical Equipment,2017,14(10):23-26.

Objective: To compare different treatment plan of patient with single intracranial tumor of different sizes, and to analyze the effect of the limit dose of shell of 10mm out of target area for the result of ultimate plan so as to provide primary limit range of outer shell for designing treatment plan. Methods: 24 patients with single intracranial tumor were divided into 8 groups according to the largest diameter of target area that obtained from detection, and each group has 3 cases. The patients of each group who has different target area size

different design of treatment plan, and the results of treatment plan under 5 kinds of different limit dose of shell were recorded, and all of these results were compared and analyzed. Results: When the limit dose of shell of 10mm out from target area tended to strictness,it could cause larger influence, and it could sharply decrease radiation dose that could achieve target area. Besides,it was obviously that radiation dose quickly decreased and the conformity index(CI) became poor, and it couldn't cause larger influence for small target area. Conclusion: For the small target area that the diameter less than 25 mm,the limit dose of shell of 10mm out from target area may achieve to the 30% of prescription dose. And the limit dose should be more and more relaxed with the increasing of size of target area. And the limit dose should be relaxed more than 60% of prescription dose for the target area above 45mm.

Cyberknife; Shell; Dose limit; Dose distribution

Department of Radiotherapy, Lanzhou General Hospital of Lanzhou Military Region Command of PLA, Lanzhou 730050, China.

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.10.007

崔晓磊,女,(1987- ),硕士，物理师。兰州总医院放射治疗科，从事肿瘤放射物理工作。

2017-05-04

1672-8270(2017)10-0023-04

R815

A

①兰州总医院放射治疗科 甘肃 兰州 730050