刘　振　张军宁



单发脑转移性癌IMRT与3D-CRT剂量学对比分析

刘振张军宁

目的探讨调强放疗(IMRT)用于单发脑转移性癌治疗的可行性,并评价其相较于三维适形放疗(3D-CRT)是否具有剂量学优势。方法取10例单发脑转移性癌患者行体位固定、CT扫描及靶区勾画，分别对每例患者行三维适形放疗(全脑2野对穿+3野局部加量)及5野调强放疗(IMRT)计划设计，分析两种放疗计划的剂量体积直方图，比较两种放疗计划的靶区适形度、均匀指数，靶区剂量、靶区覆盖情况及各个危及器官的受照射剂量。结果IMRT计划与3D-CRT计划相比显著提高了PTV-G和PTV-C的适形指数(P<0.05)，而在靶区均匀指数(HI)方面，IMRT计划与3D-CRT计划未表现出统计学差异(P>0.05)。对于危及器官，IMRT 计划显著降低了脑干、视交叉和脑垂体的最大受照射剂量(P<0.05)。结论对于单发脑转移性癌，IMRT和3D-CRT两种计划均能满足合适的靶区覆盖率，均能达到放射治疗的要求，IMRT计划相对于3D-CRT计划有更好的靶区适形性。IMRT计划还可以降低脑干、视交叉和脑垂体的受照射剂量。

单发脑转移性癌；调强放疗；三维适形放疗；剂量分布

(The Practical Journal of Cancer,2016,31:1345～1348)

脑转移癌是颅内常见的肿瘤之一[1],以前对脑转移性癌的临床治疗研究中，相当一段时间都集中在全脑照射、外科手术治疗、三维立体放射外科技术等的临床疗效观察研究。但对调强放疗(intensity modulated radiation therapy,IMRT)在脑转移性癌的临床治疗和应用却很少有人关注,IMRT 技术不受病灶数目及体积的限制，其通过逆向调强计划来实现其肿瘤靶区和其邻近的重要组织分别接受不同的剂量照射，从而达到有效的提高肿瘤的控制率和最大限度减少重要组织的放射损伤。本研究旨在通过比较单发脑转移性癌IMRT与三维适形放疗(three dimensional conformal radiation therapy,3D-CRT)靶区剂量分布的均匀性、适形性和靶区剂量，靶区覆盖情况，以及各危及器官剂量情况，探讨IMRT用于单发脑转移性癌治疗的可行性，评价单发脑转移性癌IMRT较3D-CRT的剂量学优势。

1　资料与方法

1.1一般资料

收集 2014年 6 月至 2014年 12 月在苏州大学附属第一医院放疗科就诊的脑转移性肿瘤患者 10 例，年龄44～67岁，中位年龄为 50 岁，肿瘤原发灶均经病理证实，脑部转移病灶均经MRI证实。治疗前患者均有头痛、恶心、呕吐等神经症状，无严重心肺功能障碍，血象及肝肾功能均正常，KPS 评分均在 75 分以上，脑部病灶均未行任何抗肿瘤治疗。

1.2方法

1.2.1模拟定位、靶区勾画及射野方法所有患者均采取仰卧位，以每3 mm层厚进行增强扫描，扫描范围包括整个颅脑。参照头颅MRI勾画肿瘤病灶为大体肿瘤靶区(gross tumor volume,GTV)，全脑为临床靶区(clinical target volume,CTV)，计划靶区(planning target volume,PTV)扩边，其中PTV-G及PTV-C分别为GTV及CTV的各边界外扩3 mm；危及器官(organ at risk,OAR)主要包括双眼、双侧晶体、双侧视神经、视交叉、脑垂体及脑干。分别对每一患者的CT影像设定两个不同的计划，包括3D-CRT及IMRT。其中3D-CRT计划采用正向计划方法，设计5野照射(全脑2野对穿+3野局部加量)，首先规定射野方向、大小、形状和射野剂量权重，再由TPS系统算出剂量分布结果，最后根据经验用手工方法调整射野方向、形状和射野剂量权重；IMRT计划采用逆向5野静态调强技术进行调强放疗计划的设计，根据靶区给量和OAR的限量等参数，利用评分函数，以"两步法"进行优化和MLC的转换。

1.2.2OAR及剂量体积限制OAR为脑干，左右眼球，左右晶体，视交叉，脑垂体及左右视神经。脑干最大受照剂量<54 Gy；眼球平均受照剂量<35 Gy；晶体平均受照剂量<5 Gy；视交叉最大受照剂量<54 Gy；垂体最大受照剂量<50 Gy；视神经最大受照剂量<50 Gy[2]。

1.2.3放疗靶区处方剂量、剂量规定及权重以靶区中心为剂量归一点予6MV X线，在3D-CRT方案中，PTV-C单次照射剂量为2Gy，1次/d，5次/周，共20次，总照射剂量为40 Gy；PTV-G后程加量单次照射剂量为2 Gy，共10次；在IMRT方案中PTV-C单次照射剂量为2 Gy，1次/d，5次/周，共20次，总照射剂量为40 Gy；PTV-G单次照射剂量为2.5 Gy，共20次，总照射剂量为50 Gy。放疗计划的剂量规定及剂量权重遵守以下原则：①处方剂量规定为95%的PTV所接受的最低的吸收剂量；②规定PTV≤20%的体积接受≥110%处方剂量；③规定PTV<3%的体积接受<93%处方剂量；④PTV以外的任意地方不允许出现>110%处方剂量的吸收剂量。其中剂量权重为脑干>照射靶区>其他各个危及器官。

1.3评价指标

通过剂量体积直方图评价靶区覆盖情况、PTV的适形度和均匀指数、PTV-C与PTV-G的最大剂量、最小剂量及平均剂量，靶区分别接受90%、100%及110%处方剂量的体积百分比，各危及器官的受照体积及受照的最大剂量及平均剂量[3]。

1.4统计学分析

应用SPSS 17.0统计软件进行分析，采用配对t检验，以P<0.05视为差异有统计学意义。

2　结果

2.13D-CRT 和 IMRT 放疗计划适形指数及均匀指数结果比较

单发脑转移病灶组对于 PTV-G 和 PTV-C 的靶区适形度方面，IMRT 计划都比3D-CRT 计划表现出优势，适形度更好，而且表现出了具有统计学意义的差异(P<0.05)，见表1。

表1　3D-CRT和IMRT适形指数的对比

单发脑转移病灶组对于 PTV-G 和 PTV-C 的靶区均匀指数方面，3D-CRT计划与IMRT计划相比较均无统计学差异(P值分别为 0.246 和0.851，均>0.05)，见表2。

表2　3D-CRT和IMRT靶区均匀指数(HI)的对比

2.2两种放疗计划中 PTV 内剂量分布最大值与最小值比较

由表3所示，对两组放疗计划的PTV内剂量分布最大值及最小值的分析表明，3D-CRT 放疗计划中PTV-G的最大受照射剂量(Dmax)较 IMRT 放疗计划中的要大，且具有统计学差异(P<0.05)，3D-CRT 放疗计划中PTV-G的最小受照射剂量(Dmin)较IMRT放疗计划中的大，而且两者具有统计学差异(P<0.05)；对于PTV-C来说，2种放疗计划中的最大受照射剂量未表现出明显统计学差异(P>0.05)，而最小受照射剂量(Dmin)两者也未表现出统计学差异(P>0.05)。

表3　PTV 内剂量分布最大值与最小值比较±s,Gy)

2.33D-CRT 与 IMRT 计划内 PTV 的剂量体积情况

3D-CRT计划中PTV-G接受100%处方剂量(50 Gy)和90%处方剂量(45 Gy)以上的体积百分比均为100%；IMRT计划中PTV-G接受处方剂量(50 Gy)和90%处方剂量(45 Gy)以上的体积百分比分别为97.45%(94.32%～99.63%)和100.00%。3D-CRT计划中 PTV-C 接受110%处方剂量(55 Gy)以上、100%处方剂量(50 Gy)以上和90%处方剂量(45 Gy)以上的体积百分比分别为43.68%(0%～65.4%)、90.43%(88.24%～93.45%)和100.00%；IMRT计划中 PTV-C 接受110%处方剂量(55 Gy)以上、100%处方剂量(50 Gy)以上和90%处方剂量(45 Gy)以上的体积百分比分别为11.48%(0%～13.98%)、90.43%(87.52%～93.29%)和96.84%(89.14%～97.45%)。

2.4两种放疗计划的危及器官受照剂量结果比较

表4　各危及器官受照剂量最大值及平均值比较±s,Gy)

由上表4所示，2种放疗计划对各危及器官最大受照剂量分布的分析表明，其中脑干、视交叉、脑垂体的最大受照剂量均值IMRT计划比3D-CRT 计划要小，均具有统计学意义,其P值分别为 0.013，0.037 和 0.017；其他各危及器官比较均未表现出明显统计学差异(P>0.05)，但它们的最大受照剂量均在设定的剂量限值以内。视交叉、脑垂体和左右视神经的平均受照剂量IMRT计划比3D-CRT计划要小，两者的差异具有统计学意义(P<0.05)，而脑干及其他危及器官的平均受照剂量未表现出差异(P>0.05)。

3　讨论

脑转移性癌是颅内常见恶性肿瘤，癌症患者脑转移的发生率可达20%～40%。尽最大努力来提高放射治疗的增益比是包括脑转移性癌在内的所有肿瘤放射治疗的根本目的。调强适形放射治疗(IMRT)是从适形放射治疗发展而来。它采用了多野等中心技术，在每个照射野内又都分成了许多的子野，各个子野的照射强度是不一样的，靶区剂量的适形性可以更好，使高剂量曲线的分布与肿瘤靶区体积形状一致，并明显的减少周围危及器官的受照射剂量和体积。国外许多权威的放疗专家都将肿瘤 IMRT 技术评价为放射肿瘤学发展史上的一次变革，普遍认为是本世纪放射治疗技术的主流[4-5]。

本研究比较了未行外科手术治疗的单发脑转移性癌IMRT与3D-CRT靶区剂量分布的均匀性、适形性和靶区剂量，以及各危及器官受照剂量。通过比较发现，对于 PTV-G 和 PTV-C 的靶区适形度方面，IMRT 计划都比 3D-CRT 计划表现出优势，适形度更好，差异有统计学意义(P<0.05)；而在PTV-G 和 PTV-C 的靶区均匀指数方面，3D-CRT计划与IMRT计划相比较未表现出统计学差异。同时，通过对比发现，IMRT 能够降低脑干、视交叉、脑垂体等器官的受照射剂量[6-7]；但也有研究者认为 IMRT 和 3D-CRT 相比较在各危及器官的保护方面并无明显差别[8]。

综上所述，对于单发脑转移性癌患者，IMRT计划相较于3D-CRT计划在靶区适形度方面表现出优势，在重要危及器官方面能更好降低受照剂量。但本课题仅为试验性剂量学方面的初步分析，对于如何将剂量学上的优势转化为临床治疗上的获益还需进一步的临床研究分析加以证实。

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(编辑：吴小红)

Dosimetric Comparison Analysis of IMRT and 3D-CRT in Single Brain Metastasis Carcinoma

LIU Zhen,ZHANG Junning.

The First Affiliated Hospital of Soochow University,Suzhou,215006

ObjectiveTo evaluate the feasibility of intensity modulated radiation therapy(IMRT),and dosimetry advantages among IMRT and three dimensional conformal radiation therapy(3D-CRT).Methods10 patients with single brain metastases carcinoma received position fix,CT scan and target area sketch,then designed the three dimensional conformal radiation therapy (2 fields for the whole brain+3 fields as a boost treatment for the GTV) and 5 fields intensity modulated radiation therapy(IMRT).The dose volume histograms(DVH) of the 2 radiotherapy plans and 2 radiotherapy plans with conformal target,uniformity index,target area dose,target area coverage and endanger organ dose were compared.ResultsCompared with the 3D-CRT,IMRT significantly improved the conformal index(P<0.05) of both PTV-G and PTV-C.Both IMRT plan and 3D-CRT plan showed no statistical difference(P>0.05).For the organs at risk,IMRT plan can significantly reduce the maximum irradiation dose of brain stem,optic chiasma and pituitary(P<0.05).ConclusionIMRT and 3D-CRT can achieve the appropriate target area coverage,can meet the requirements of radiation therapy.For single brain metastases carcinoma,IMRT plan can guarantee a better target dose distribution than 3D-CRT plan.Moreover,IMRT plan can significantly reduce the maximum irradiation dose of brain stem,optic chiasma and pituitary.

Single brain metastatic carcinoma；IMRT；3D-CRT；Dose distribution

215000 苏州大学第一附属医院

张军宁

10.3969/j.issn.1001-5930.2016.08.040

R739.41

A

1001-5930(2016)08-1345-04

2015-09-09

2016-02-07)