海马保护性全脑预防放疗中两种容积旋转调强计划的剂量学比较

海马保护性全脑预防放疗中两种容积旋转调强计划的剂量学比较

马阿敏

广州中医药大学第一附属医院放疗科  广州 510000 

摘要

目的：探讨两种基于容积旋转调强技术的海马保护性全脑放疗计划的剂量学差异，为全脑放疗提供参考方案。方法：选取5例实施海马保护性全脑预防照射的患者，在其CT和MR融合图像上勾画靶区和危及器官，PTV处方剂量设定为25Gy/10F，分别对每例患者设计两种容积旋转调强计划，并对两种计划的靶区和危及器官剂量等参数进行比较。结果：两种计划均能满足PTV靶区剂量（95%，95%）和危及器官的要求，Rapid ARC-3下双侧海马的V10、Dmean、Dmax、双侧晶体的Dmax以及双侧眼球的Dmean、Dmax都比Rapid ARC-2下的低，并且双侧海马的V10、Dmax以及右侧眼球的Dmean有统计学差异（P<0.05）。结论：两种容积旋转调强计划均能满足临床要求，Rapid ARC-3在海马、晶体和眼球保护方面更具有优势。

关键词

全脑放疗；海马保护；旋转容积调强；计量

Dosimetric comparison of two volumetric modulated arc therapy beam arrangements in hippocampal sparing whole brain radiation therapy

Abstract  objective  To investigate the dosimetric differences between two VMAT beam arrangements used for hippocampal sparing whole brain radiation therapy, and provide a reference scheme for clinical. Methods  Five patients who were treated with whole brain radiotherapy prophylactic with hippocampal sparing were selected, the planning target volume(PTV) and organs at risk were delineated on CT and MR fusion images, the prescribed dose of PTV was set at 25Gy/ 10F, two VMAT plans were designed for each patient, and dosimetric were compared between them . Results  Both plans can meet the requirements of PTV target dose (95%, 95%) and organs at risk. For the plan of Rapid ARC-3, the V10, Dmean, Dmax of bilateral hippocampus, the Dmax of bilateral crystal and the Dmean, Dmax of bilateral eyeball were lower than those in Rapid ARC-2, furthermore, the V10, Dmax of bilateral hippocampus and the Dmean of right eyeball were statistically different(P<0.05). Conclusion  Both plans can meet clinical requirements.Rapid ARC-3 has advantages in the protection of hippocampus, lens and eyeball.

Key words: Whole brain radiotherapy; hippocampal protection; VMAT; dose

前言

全脑放疗是治疗与预防脑转移的有效方法之一，多项临床试验已经证明了这一观点[1]。然而全脑放疗会引起神经认知功能的障碍，这是因为射线照射海马体，使得位于海马回的神经干细胞遭受一定的损伤[2]。所以在全脑放疗中要尽力把海马的辐射剂量降到最低，即海马规避全脑放疗。目前的治疗方案主要有固定野调强放疗（fixed-field intensity modulated radiotherapy，ff-IMRT）、容积旋转调强放疗（volumetric modulated arc therapy，VMAT）和螺旋断层放疗（helical tomotherapy，HT）三种，虽然HT具有强大的调制能力，但因为其高昂的成本， HT技术在国内大多数医院并不常见

[3]，所以很多学者针对VMAT和ff-IMRT，设计了不同的计划方案来进行对比[4-7]，大家一致认为两种方法基本上都能满足临床要求，但是VMAT在靶区的均匀性和适型性上以及机器跳数方面更优于ff-IMRT，所以本文对每一个病例分别设计了两种VMAT计划，对比两者之间的计量学差异及优缺点，为临床应用做参考。

1. 材料与方法
   1. 临床资料选择

随机抽取2021年2月到8月在广州中医药大学第一附属医院做全脑预防照射的5例患者，患者年龄57~68岁，平均年龄60.8岁，经核磁共振检查，确诊大脑中没有转移灶， 5例患者均自愿接受全脑放疗，并同意实施海马保护措施。

1.2体位固定和CT扫描及MR图像融合

患者仰卧躺于CT床上，双手平放与身体两侧，选好合适的头枕，调节到相对比较舒服且重复性较强的位置，然后用头部热塑膜进行固定。利用GE大孔径Discovery CT机进行全头部增强扫描，扫描上界为头顶3cm，下界为第二颈椎下缘，扫描层厚为2.5mm，定位后CT影像上传至瓦里安ARIA服务器，在Varian Eclipse 13.6放射治疗计划系统（Treatment Planning System，TPS）中，将CT影像和患者近期的磁共振图像进行融合。

1.3靶区和海马体及其他危机器官的勾画

借助融合图像，在TPS上由医生勾画靶区和海马体及其他危及器官，并且由一位副主任以上的放疗医生进行审核。严格根据肿瘤放射治疗协议组（RTOG）公布的指南确定海马体的边界，并对双侧海马体在三维方向上外扩5mm，得到一个海马外扩区，定义为海马保护区域。计划靶区（planning tumor volume，PTV）定义为患者全脑的软组织减去海马保护区域后的区域，其他危及器官有晶体、眼球和视神经。

1.4 治疗计划设计

针对每一例患者，分别设计两种计划方案，两种方案的，等中心点均设置在PTV的几何中心点，计算方法均选择各向异性分析算法，剂量计算网格大小为2.5mm。第一种方案的射野为两条弧（Rapid ARC-2），分别为顺时针181°~179°、逆时针179°~181°，准直器的角度为315，45，治疗床角度均为0°。第二种方案的射野为三条弧（Rapid ARC-3），分别为顺时针181°~179°、逆时针179°~181°、顺时针181°~179°，准直器角度为315，45，90，治疗床角度均为0°。考虑到从处方剂量到海马的剂量限制需要一定的空间距离，为了让优化器更容易地满足临床要求，我们定义了一个剂量跌落区域，即将海马均匀外扩15mm，然后我们定义计划靶区为整个大脑软组织区域减去这个剂量跌落区域。两种计划方案的优化参数设置按照RTOG 0933报告的要求，处方剂量设置为25Gy/ 10f，要求至少95%的PTV受到95%的处方剂量，海马的最大剂量为14Gy，平均剂量小于10Gy，晶体的最大剂量不能超过8Gy。

1.5计划评估

针对同一病例，把两种计划方案按照处方剂量归一到同一体积点处，然后比较两种计划剂量分布、剂量-体积直方图，从而得出靶区、危及器官的计量学参数。比较的危及器官及参数有海马的最大值（Dmax）、平均值（Dmean）、10Gy剂量照射的海马体积（V10）、眼球的最大值（Dmax）、晶体的最大值（Dmax）、视神经的最大值（Dmax），以及靶区最大剂量、最小剂量、适形度指数（CI）和均匀性（HI）。其中CI和HI的计算公式为：CI =(Vt,ref/Vt )*(Vt,ref/Vref )，Vt:为靶区体积，Vt,ref：为参考等剂量线面包绕的靶区体积，Vref ：为参考等剂量线面所包绕的所有区域的体积。HI=(D2-D98)/D处方 *100%，其中D2指在DVH图上，2%靶区体积对应的剂量，代表“最大剂量”，D98为98%靶区体积对应的剂量，代表“最小剂量”，D处方指计划给予的处方剂量，此外机器跳数代表着计划执行时间，所以两种方案的机器跳数也是评估参数。

1.6统计学处理

应用SPSS 20统计软件，计量资料用表示，组间比较采用配对样本t检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2. 结果
   1. 靶区计量参数比较

表1靶区剂量参数比较（x±s）

两种方案下100%的处方剂量覆盖的靶区体积在93~95.4%之间，都能满足临床要求。表1是两种计划方案下，靶区的剂量参数比较。可以看出这些评估参数间有差异，但是没有统计学意义。

2.2危及器官剂量参数比较

表2  危机器官剂量参数比较（x±s）

表2给出了两种计划方案下，危机器官的剂量参数比较。可以看出Rapid ARC-3下双侧海马的V10、Dmean、Dmax、双侧晶体的Dmax以及双侧眼球的Dmean、Dmax都比Rapid ARC-2下的低，并且双侧海马的V10、Dmax以及右侧眼球的Dmean有统计学差异（P<0.05）。

3. 讨论

预防性全脑照射对脑转移瘤的预防有着举足轻重的作用，有研究表明，未进行全脑放疗的患者其脑转移瘤的风险比行全脑放疗的患者可增加70%~300%[8]，但是放疗造成海马一定程度的损伤，使患者的认知功能受损。目前针对全脑放疗借助VMAT技术对海马进行保护的问题，国内外很多学者都做了研究[9-15]。Prado等[9]研究了非共面VMAT计划，在一定程度上降低了海马的剂量，但是非共面在治疗过程中比较浪费时间，同时提升了操作错误的概率。Qi Fu等[14-15]在患者定位时借助一些辅助工具，使患者的头部抬高一定的角度，也减少了海马的剂量，但是对不同的患者，头部需要抬高的角度，以及患者在治疗过程中的舒适度和摆位误差都需进一步的研究。本文设计的两种VMAT计划方案，在不抬高病人头部和转床角的前提下，也对海马起到了很好的保护作用。

4. 结论

本研究通过评估参数比较两种计划方案，结果显示两种方案都能满足临床的要求，但是Rapid ARC-3对海马、晶体和眼球的保护，更有一定的优势，并且Rapid ARC-3的机器跳数也有一定程度的降低，这对一些不能坚持很久的患者来说，有很大的意义。

另外，对于两种计划方案，虽然一些评估参数在临床上能很明晰的看出两者的不同，但经过t检验后，差异却不是很明显，我们分析可能是病例数较少的原因，所以接下来我们要增加病例数目，来排除这个疑惑。再者，我们把海马外15mm的区域作为剂量跌落区，这在一定程度上增加了这个区域的转移风险，所以这个剂量跌落区的范围也是我们下一步研究的重点。

参考文献

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[3]褚俊峰，张西志，张先稳，等. 肺癌脑转移全脑照射中不同调强放疗计划对保护海马的剂量学研究[J]. 临床医学工程，2018，25(11):1440-1442.

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[9]Prado A, Milanes Al, Cabello E, et al. Dosimetric comparison of four volumetric-modulated arc therapy beam arrangements utilized for hippocampal-sparing whole-brain radiation therapy[J]. J Med Phys, 2019, 44(1):1-8.

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[14]Kosei Miura, Hiromasa Kurosaki, Nobuko Utsumi, et al. Use of a head-tilting baseplate during tomotherapy to shorten the irradiation time and protect the hippocampus and lens in hippocampal sparing-whole brain radiotherapy[J]. Technology in Cancer Research & Treatment, 2021, 1-5.

[15]Qi Fu, Deqi Chen, Hui Yan, et al.Treatment planning of volumetric modulated arc therapy and positioning optimization for hippocampal‐avoidance prophylactic cranial irradiation[J]. J Appl Clin Med Phys, 2021, 22(5):15-23.