2种单中心技术在胸椎多发转移瘤放疗中的应用比较

刘茹佳，唐 浩，陈 颖，彭 冰，焦 杨，郑 刚，钟志鹏*

（1.荆门市第二人民医院肿瘤防治中心，湖北荆门 448000；2.医科达（上海）医疗器械有限公司，上海 200122）

0 引言

晚期恶性肿瘤患者常常受到椎体多发转移瘤引起的剧烈疼痛的困扰[1-2]。固定野调强放疗（fixedfields intensity-modulated radiation therapy，ff-IMRT）技术在椎体转移瘤治疗中占重要地位，可以局部有效控制肿瘤、缓解疼痛、降低并发症发生率[3-4]。对于多部位同时接受ff-IMRT的椎体多发转移瘤患者而言，放疗过程中长时间保持固定体位可能引起患者不适并导致其依从性变差，从而影响放疗疗效。因此，尽量缩短单次放疗时间（摆位时间和出束时间）对椎体多发转移瘤患者非常重要。

在设计多靶区ff-IMRT计划时，单中心是缩短单次放疗时间的有效手段[5]，采用单中心共射野技术可减少出束时间，进一步缩短单次放疗时间。笔者在临床工作中发现，应用多叶准直器（multi-leaf collimator，MLC）插指功能，可通过MLC遮挡靶区的间隔部分形成孤岛野。然而部分直线加速器不具备MLC插指功能，设计单中心共射野ff-IMRT计划时，必须禁用该功能，以数目较多且位置分散的子野替代孤岛野的方式，避免靶区的间隔部分受到照射。基于此，本研究以胸椎多发转移瘤为研究对象，通过比较单中心非共射野ff-IMRT计划和禁用MLC插指功能后单中心共射野ff-IMRT计划在胸椎多发转移瘤放疗中应用的差异，为放疗物理师设计椎体多发转移瘤放疗计划提供参考。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选取10例于2020年6月至2021年5月在本院接受ff-IMRT的胸椎多发转移瘤患者，其中男性6例、女性4例，年龄46～75岁，中位年龄63岁。经影像学手段诊断，所选患者均为恶性肿瘤胸椎多发转移，胸椎部具有明显的疼痛感。纳入标准：（1）包括2个椎体转移瘤，且其靶区远端距离＜25 cm；（2）放疗前接受镇痛治疗后，可保持一定时间（＞15 min）的体位固定。排除标准：（1）心肺功能遭到严重损伤；（2）处于精神病发作期；（3）邻近胸椎转移瘤处有既往放疗史。

1.2 CT模拟定位方式和靶区、危及器官（organ at risk，OAR）勾画

10例患者在平稳呼吸状态下平躺于碳纤维平板体架，双手自然地放在身体两侧或头顶，以热塑体膜或真空垫固定体位。采用Philips Brilliance Big Bore CT，采集患者从环状软骨上缘5 cm至肝脏下缘5 cm的平扫CT图像（层厚0.5 cm），再以DICOM格式将获取的CT图像发送至Monaco计划系统（5.11.03版本）。由高年资医师参考ICRU 62号文件进行2段临床靶区（clinical target volume，CTV）的勾画，计划靶区（planning target volume，PTV）由CTV外扩0.5 cm并内缩至皮肤下0.3 cm得到，并勾画双侧肺脏、心脏、脊髓、气管和食管等OAR。

1.3 ff-IMRT计划设计

利用Monaco计划系统及医科达Precise直线加速器（含40对MLC，所有叶片厚度均为1 cm），以40 Gy/20f为处方剂量，分别对每例患者设计2种ff-IMRT计划：plan-1为单中心非共射野ff-IMRT计划，plan-2为禁用MLC插指功能后单中心共射野ff-IMRT计划。2种ff-IMRT计划均采用蒙特卡罗算法（Monte Carlo algorithm，MCA），剂量率、计算网格、子野个数限值、最小子野面积和最小机器跳数分别设置为600 MU/min、0.3 cm、80个、2 cm2和5 MU。

2种ff-IMRT计划设计时须注意：（1）将2种ff-IMRT计划等中心定在PTV整体的几何中心；（2）plan-1中对2段PTV分别设置180°、160°、140°、220°、200°射野，设置准直器角度为90°；（3）plan-2中对PTV整体设置180°、160°、140°、220°、200°射野，设置准直器角度为0°；（4）2种ff-IMRT计划射野铅门的适形方式为自动（Auto）；（5）plan-2在优化子野前通过勾选优化参数中的“Park Leaf Gap Under Jaw”选项禁用MLC插指功能，plan-1则不勾选该选项；（6）其他目标函数均相同。

1.4 ff-IMRT计划评估

为了方便医师和物理师评估计划，按照95%归一化处理PTV处方剂量覆盖率。依据ICRU 83号报告，评估PTV以下剂量学参数：D2、Dmean、D98、均匀性指数（homogeneity index，HI）和适形性指数（conformity index，CI）。其中HI和CI计算公式如下：

式中，VPTV，40、VPTV和Vref，40分别为40 Gy等剂量线所覆盖PTV的体积、PTV体积和40 Gy等剂量线所覆盖的体积。CI值越大代表等剂量线与靶区的适形性越优，HI值越小代表剂量分布越均匀。

评估OAR及正常组织（扫描范围内的外轮廓扣除PTV之后的体积）的剂量学参数：OAR评估双侧肺脏V5（5 Gy剂量线所覆盖的体积，依此类推）、V20、Dmean；心脏、气管和食管的Dmean；脊髓Dmax。正常组织评估V5、V10、V20和V30。

评估剂量验证γ通过率：利用Mapcheck测试2种ff-IMRT计划的剂量验证γ通过率（3%/3 mm标准），γ通过率满足临床要求（≥95%）的前提下才进行模拟出束。

评估以下治疗参数：子野个数、机器跳数和出束时间（机架、准直器和MLC运动时间）。

1.5 统计学方法

通过SPSS 20.0软件完成各计量数据的正态性检验及方差齐性检验，计量数据符合正态分布且方差齐以均值±标准差（±s）表示，进行配对样本t检验，计量数据不符合正态分布或方差不齐进行曼-惠特尼U检验。P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 PTV剂量学参数比较

由表1可知，2种ff-IMRT计划的PTVD2、Dmean、D98、CI和HI均符合临床要求，且差异无统计学意义（P＞0.05）。此结果说明对于胸椎多发转移瘤ff-IMRT计划而言，单中心非共射野方式和单中心共射野方式可获得相似的PTV剂量学参数。

表1 2种ff-IMRT计划的PTV剂量学参数比较

2.2 OAR剂量学参数比较

由表2可知，2种ff-IMRT计划的OAR剂量学参数均符合临床要求，且差异无统计学意义（P＞0.05）。此结果说明2种ff-IMRT计划亦未对OAR剂量学参数产生影响。

表2 2种ff-IMRT计划的OAR剂量学参数比较

2.3 正常组织剂量学参数比较

由表3可知，除plan-2正常组织的V5高于plan-1，差异有统计学意义（P＜0.05）之外，2种ff-IMRT计划的正常组织其他剂量学参数差异均无统计学意义（P＞0.05）。此结果说明对于胸椎多发转移瘤ff-IMRT计划而言，单中心共射野方式较单中心非共射野方式会增大正常组织的V5，但不会明显改变正常组织的V10、V20和V30。

表3 2种ff-IMRT计划的正常组织剂量学参数比较单位：%

2.4 剂量验证γ通过率和治疗参数比较

由表4可知，plan-2的机器跳数多于plan-1，但出束时间短于plan-1，差异均有统计学意义（P＜0.05），2种ff-IMRT计划的γ通过率和子野个数差异均无统计学意义（P＞0.05）。此结果说明对于胸椎多发转移瘤ff-IMRT计划而言，单中心共射野方式较单中心非共射野方式会增加机器跳数、缩短出束时间，但不会明显改变γ通过率和子野个数。

表4 2种ff-IMRT计划的剂量验证γ通过率和治疗参数比较

2.5 PTV冠状面剂量分布

为更直观地体现剂量分布的特点，绘制某例患者2种ff-IMRT计划的PTV冠状面剂量分布图，如图1所示，其具体特点如2.1～2.3章节所述。

图1 某例患者2种ff-IMRT计划的PTV冠状面剂量分布图

2.6 部分子野形状比较

2种ff-IMRT计划180°射野的部分子野形状如图2所示，由图2可知：对于胸椎多发转移瘤而言，基于单中心非共射野方式的ff-IMRT计划以独立的射野和独立的子野分别照射2段PTV，通过将MLC转动90°，利用MLC和铅门遮挡靶区间隔部分；基于单中心共射野方式的ff-IMRT计划以共同的射野和位置分散的子野分别照射2段PTV，利用MLC遮挡靶区间隔部分，但因Y方向的铅门不能跨过中心，靶区间隔部分留有一条窄缝[如图2（b）中红色方框所示]。

图2 某例患者2种ff-IMRT计划180°射野的部分子野形状

3 讨论

椎体多发转移是晚期恶性肿瘤患者常见的临床表现，其放疗目的一般是镇痛为主的姑息性放疗[6]。对于身体虚弱、疼痛难忍的恶性肿瘤患者而言，长时间保持固定体位接受放疗是对依从性的巨大挑战。因此，尽量缩短单次放疗时间与确保剂量分布满足临床要求同样重要。陈颖等[5]指出在椎体多发转移瘤放疗中应用单中心技术相对于多中心技术缩短了摆位时间，但仍存在射野数目较多、出束时间较长的问题。本研究分析胸椎多发转移瘤单中心非共射野ff-IMRT计划和禁用MLC插指功能后单中心共射野ff-IMRT计划的差异，将PTV处方剂量覆盖率归一至95%后，PTV、OAR和正常组织剂量学参数均满足临床要求。其中，2种ff-IMRT计划正常组织V5、机器跳数和出束时间差异有统计学意义，其他各剂量学参数、γ通过率和子野个数差异均无统计学意义。

杨海芳等[7]探索在脊柱多发转移瘤放疗中应用固定铅门技术时发现，单中心共射野方式较单中心非共射野方式D2更低、HI更优，双肺V5，心脏、气管、食管Dmean和正常组织V10更高，与本研究结果不符。分析其原因，可能有以下3点：（1）对于单中心非共射野ff-IMRT计划的射野设置不同。杨海芳等[7]的研究以离轴射野照射靶区，本研究以近似于半野方式照射靶区，这2种方式下射野输出因子对PTV剂量学参数造成的影响不可忽略[8]。（2）病例入组标准不同。杨海芳等[7]的研究靶区最远端距离较本研究远，这在一定程度上加剧了射野输出因子下降对PTV剂量学参数造成的影响。（3）基于不同的设备设计ff-IMRT计划。杨海芳等[7]的研究不具备铅门跟随功能，MLC之间的漏射线导致OAR和正常组织受照剂量增加[9-11]。除此之外，本研究中2种ff-IMRT计划机器跳数的比较与杨海芳等[7]报道的结果亦不同，其原因可能是本研究所用设备不具备MLC插指功能，需更多机器跳数与数目较多且位置分散的子野匹配。

有研究表明，正常组织受到大范围低剂量照射会导致二次致癌风险增加，降低正常组织受照剂量具备临床必要性[12-13]。本研究所采用设备Y方向的铅门不能跨过中心[14-15]，plan-2仅能利用MLC遮挡靶区间隔部分，对侧MLC和相邻MLC之间的漏射线使靶区间隔部分受到额外的低剂量照射，从而导致plan-2正常组织V5高于plan-1，这与临床要求相悖。但从另外的角度来看，胸椎多发转移瘤放疗属于姑息性放疗，处方剂量一般较低，plan-2不会因正常组织的V5较plan-1高而在短时间内引发严重的副反应，且单中心共射野技术较单中心非共射野技术出束时间短，从而缓解了患者长时间保持固定体位带来的不适感。综合评估2种技术的优劣可知，单中心共射野技术在胸椎多发转移瘤放疗中是可以被接受的。

本研究中2种ff-IMRT计划的剂量验证γ通过率均满足临床要求且二者未呈现出统计学差异，这可能与本研究射野范围未偏离等中心过远，射野输出因子变化对剂量准确性的影响较小有关[16]。本研究的不足是未分析单中心共射野技术在2段PTV远端距离较远时应用的剂量准确性和可行性，有待后续的深入研究。

在放疗计划的剂量学参数、剂量准确性、治疗参数、患者的舒适度和社会效益之间找到平衡点，是放疗物理师设计放疗计划的重要抓手。本研究中的2种单中心技术均满足胸椎多发转移瘤放疗的临床要求，其中，单中心非共射野技术在降低正常组织V5和减少机器跳数方面较优，单中心共射野技术在缩短出束时间方面较优。因此，基于条件受限的已有设备设计其他类型多靶区放疗计划时，从缩短出束时间、提高治疗效率的角度考虑，亦可尝试采取禁用MLC插指功能后的单中心共射野技术。