基于TOMO计划系统的全骨髓放疗计划最佳优化参数和剂量学递增研究

孔凡洋，马阳光，刘乐乐，王海洋，徐丹丹，贾 飞，王芳娜，范明亮，韩 滨，郭跃信

郑州大学第一附属医院放射治疗部 郑州 450052

全身照射通常与化学疗法结合使用，作为骨髓移植患者的预处理方案[1-2]。研究[3]表明，较高剂量的全身照射可以降低急、慢性髓样白血病患者移植后的复发率，提高白血病细胞的清除效果；但全身照射剂量的增加由于增大了正常器官的辐射毒性而受限。基于螺旋断层放射治疗的全骨髓照射是一种更有针对性的放射治疗形式，可以将剂量优先输送到骨髓高肿瘤负荷区，在增加骨髓投射剂量的同时降低全身毒性[4-5]。TOMO计划系统(美国安科瑞公司)在单一设备集成了6 MeV的X射线束和3.5 MeV的CT图像引导功能；能够对长度135 cm和宽度60 cm的靶区进行调制。本研究以10例急性淋巴细胞白血病患者为研究对象，选择TOMO计划系统的最佳优化参数组合，并对全骨髓放疗计划进行剂量学递增研究。

1 对象与方法

1.1 研究对象选取2016年至2019年郑州大学第一附属医院放疗中心收治的已接受过全身照射治疗的10例急性淋巴细胞白血病患者的资料。年龄5～12岁，中位年龄为7岁。

1.2 CT定位CT扫描前，患者取仰卧位，头颈肩热塑模、体膜以及真空垫配合使用。在手、脚、肋骨区域放置厚度1 cm的组织补偿膜，保证建成区域的形成。膝盖略微弯曲，以最大限度地减少腰椎的弯曲。身高不超过135 cm的患者，采用头先进的方式进行CT扫描，扫描范围从头顶部到脚趾头。超过135 cm者，在大腿中间放置金属标记，分两段进行CT扫描，一段从头顶部到大腿下部，层厚5 mm；另一段去掉头颈肩热塑模，从脚趾头到大腿上部，层厚5 mm；两段重叠大概20 cm。四肢上画出多条横断线，并在真空垫上标出相应的位置，以保证治疗时摆位更精确。

1.3 靶区勾画CT扫描后，数据传输到Varian TPS计划系统进行靶区和危及器官勾画。全骨髓照射靶区定义为全骨髓，包括头骨、下颌骨、肱骨、肩胛骨、锁骨、胸骨、脊椎骨、肋骨、髋骨、股骨、四肢骨等；危及器官包括晶体、眼球、腮腺、心脏、肺、肾、胃、肝、小肠等[6]。全骨髓照射靶区勾画如图1。临床靶区(clinical target volumn，CTV)全部均匀外扩5 mm作为计划靶区(planning target volumn，PTV)。全身照射靶区定义为减去晶体与肺的身体部位。

A:肾脏层面；B:心脏层面；C:冠状面

1.4 全骨髓放疗计划的参数优化随机选取一例患儿进行参数优化。优化参数包括射野宽度(field width，FW)、螺距和调制因子(modulation factor,MF)。TOMO标定的FW是1.0、2.5、5.0 cm，考虑到FW与治疗时间近似成反比关系，计划设计射野宽度采用5.0 cm。MF决定计划的调制水平，一般取2.0、2.5、3.0，较高的MF可以改善靶区均匀性、增加治疗时间，但对治疗时间影响有限，因此MF选择3.0。系统设定的螺距最大值为0.5；螺距越小，危及器官的避让能力越强；一般情况下，螺距的变化不改变治疗时间，但螺距太小，机架周期越短，转速越快，会超出机械限制，治疗时间反而会增加，系统手册推荐的最佳机架周期为16～20 s。全骨髓照射的处方剂量PTV为12 Gy/6F，进行95%体积归一。计划迭代300次，每一个计划优化调制时间大约需要15 h。统计全骨髓放疗计划危及器官的照射剂量、靶区的均匀性指数(HI)、出束时间以及机架周期。选择最佳的优化参数组合，以在计划治疗效率与危及器官照射剂量之间取得平衡。

1.5 剂量学递增策略采用最佳优化参数，对10例患者分别设计基于TOMO计划系统的全身照射与全骨髓照射计划，设计不同剂量级别(12、14、16、18和20 Gy)，使全骨髓照射最大剂量时的危及器官照射剂量维持在全身照射方案12 Gy以下或者相近的剂量水平。该研究伦理审查编号为2022-KY-0580。采用SPSS 22.0绘制10例患者不同剂量水平危及器官平均剂量的条形图。

2 结果

2.1 优化FW取5.0与MF取3.0，不同螺距关键危及器官的照射剂量相差不大；出束时间在螺距为0.143时最大，在螺距0.287与0.430时几乎相同；螺距为0.287，HI最小，机架周期为18.5 s，在最佳机架周期范围以内，而螺距为0.143和0.430时，机架周期均超出最佳机架周期范围(表1)。因此，推荐计划参数FW为5.0 cm，MF为3.0，螺距为0.287，可以在出束时间、靶区HI与危及器官照射剂量之间取得平衡。

表1 不同螺距下危及器官照射剂量的变化

2.2 剂量学递增策略当全骨髓照射剂量递增到16 Gy时，肺平均照射剂量为8.40 Gy，左、右肾平均照射剂量为7.18、7.21 Gy；当剂量递增到18 Gy时，肺平均照射剂量为9.45 Gy，左、右肾平均照射剂量为8.09、8.11 Gy；当剂量递增到20 Gy时，肺平均照射剂量为10.49 Gy，左、右肾平均照射剂量为8.98、9.01 Gy。3个剂量下，其余危及器官平均照射剂量均低于全身照射的12 Gy水平。见图2。图3显示了全骨髓照射的16 Gy剂量横截面与冠状面剂量分布，蓝色剂量区域为8 Gy。

图2 不同照射剂量下全骨髓照射危及器官的平均照射剂量

A:肾脏层面；B:心脏层面；C:冠状面

3 讨论

我们首先研究了FW取5.0、MF取3.0，不同螺距对全骨髓放疗计划的影响，选择出最佳优化参数；实际放疗计划设计过程中，参数可以略微调整，保证放疗计划质量的同时，又缩短了出束时间。

传统全身照射因低剂量率、扩展源皮距照射和补偿器等因素，操作流程费时费力；剂量均匀性差并且肺部剂量不能精确控制，过于保护肺又会造成肋骨区域欠量。Wong等[7]报告了2005年至2016年接受全骨髓照射方案治疗的142例急性白血病患者的远期毒性，认为TOMO计划系统较高的剂量率不会导致器官功能障碍，高剂量率的影响可通过减少危及器官剂量和分次照射模式改变而减小。

肝放射诱导的静脉闭塞疾病是一种涉及全肝照射的并发症，全骨髓照射方案通过大幅减少大体积肝脏的剂量，放射诱导的静脉闭塞疾病几乎被消除[8]。Gruen等[9]认为基于TOMO计划系统的FTBI 12 Gy/6F/3D方案，肺平均剂量不超过10 Gy时，在长达15个月的随访中，没有观察到肺部毒性。Oya等[10]研究采用12 Gy/6F/3D分次照射模式时，肺的照射剂量在8 Gy与12 Gy时，间质性肺炎的发生率差异无统计学意义。Sarradin等[11]研究认为基于TOMO计划系统的全身照射，肺照射剂量的中位值为8.7(8.5～9.3)Gy时，没有放射性肺炎的发生。

剂量体积直方图在预测危及器官辐射毒性方面有着很大的作用[12]。本研究结果显示，采取了剂量递增策略，全骨髓照射剂量为16 Gy时，肺照射剂量的平均值为8.40 Gy；剂量体积直方图分析预测可将全骨髓照射骨髓的剂量提高到16 Gy，为全骨髓放疗剂量递增研究提供理论依据，这与国外进行的剂量递增研究[13-15]相一致。

综上所述，基于TOMO计划系统的全骨髓放疗计划最佳优化参数推荐为FW 5.0 cm、螺距0.287和MF 3.0。采取了剂量学比较递增策略，全骨髓照射可将放疗剂量提高到16 Gy，主要危及器官维持在全身照射方案12 Gy以下或者相近水平。该研究为全骨髓放疗剂量递增研究提供了理论依据，但还需要进一步的临床试验确定可达到的最大全骨髓照射剂量，同时观察这种新方法对造血干细胞移植患者的潜在优势和局限性。