周 莉，劉 悅，2*

（1.自貢市第一人民醫(yī)院兒科，四川自貢 643000；2.自貢市第一人民醫(yī)院腫瘤科，四川自貢 643000）

0 引言

髓母細(xì)胞瘤是兒科人群中常見(jiàn)的惡性腫瘤，占所有兒童腦腫瘤的25%，在成年人中相對(duì)少見(jiàn)[1]。全腦全脊髓放射治療（craniospinal irradiation，CSI）是髓母細(xì)胞瘤重要的治療手段[2-3]。由于兒童髓母細(xì)胞瘤臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV）的長(zhǎng)度超過(guò)加速器射野寬度上限（40 cm），因此治療計(jì)劃需要多中心交錯(cuò)覆蓋整個(gè)CSI 靶區(qū)。Prabhu 等[4]及Maddalo 等[5]基于C 型加速器研究了多中心容積調(diào)強(qiáng)放射治療（volumetric modulated arc therapy，VMAT）技術(shù)在髓母細(xì)胞瘤中的應(yīng)用，但由于機(jī)器結(jié)構(gòu)的差異，C 型加速器上長(zhǎng)靶區(qū)放射治療計(jì)劃對(duì)比環(huán)形加速器存在劣勢(shì)[6]。Varian 公司的Halcyon 加速器是一款新型“環(huán)形”機(jī)架加速器，其采用單一6 MV 光子束非均整技術(shù)（flattening filter free，F(xiàn)FF）模式能量射束，配備雙層多葉準(zhǔn)直器（multi-leaf collimator，MLC），等中心處最大射野為28 cm×28 cm[5]。當(dāng)前，Halcyon 加速器配置的Eclipse 計(jì)劃系統(tǒng)采用各向異性算法（anisotropic analytical algorithm，AAA）和光子劑量（acuros external beam，AXB）算法。AAA 為基于模型的算法，其計(jì)算速度較快，因此成為臨床治療中的首選算法[6]。AXB算法作為新型的光子算法，計(jì)算速度慢于AAA，但有相關(guān)報(bào)道表明AXB 算法在非均勻介質(zhì)中擁有更好的精度[7-10]。髓母細(xì)胞瘤靶區(qū)狹長(zhǎng)且周圍存在多種密度差異的危及器官（organ at risk，OAR），因此臨床對(duì)其靶區(qū)劑量計(jì)算的準(zhǔn)確率提出更高要求。本研究對(duì)比Halcyon 加速器下AAA 和AXB 算法在兒童髓母細(xì)胞瘤全腦全脊髓VMAT 計(jì)劃中的劑量學(xué)差異，旨在為臨床方案的選擇提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性選取2015 年2 月至2022 年8 月于自貢市第一人民醫(yī)院接受CSI 的35 例患兒，其中男20例、女15 例，年齡為6～14 歲，中位年齡為9.3 歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）KPS 評(píng)分≥70 分；（2）已完成放射治療；（3）放射治療前肝功能及血常規(guī)處于正常范圍內(nèi)。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）精神或意識(shí)異?；純?；（2）無(wú)法采用仰臥位固定體位進(jìn)行放射治療患兒；（3）惡病質(zhì)狀態(tài)患兒。

1.2 放射治療定位及勾畫(huà)

所有患兒使用頭頸肩熱塑膜和體部熱塑膜固定，并采取仰臥位。使用飛利浦公司大孔徑CT 進(jìn)行掃描定位，掃描范圍從患兒頭頂至恥骨，掃描層厚為3 mm。由同一高年資醫(yī)生勾畫(huà)患兒全腦CTV（CTVbrain）和脊髓CTV（CTVcord），其中CTVcord包括頸C1～骶骨S3，將其按需分成上、下2 段分別予以定義，即上端脊髓CTVcord-up（頸C1～胸T10）和下端脊髓CTVcord-down（胸T11～骶骨S3），由CTVbrain、CTVcord-up和CTVcord-down疊加構(gòu)成總CTV。于CTV 外放5 mm 生成計(jì)劃靶區(qū)（planning target volume，PTV），PTV 同理分為PTVbrain、PTVcord-up和PTVcord-down。

1.3 計(jì)劃設(shè)計(jì)

將35 例患兒的CT 及結(jié)構(gòu)文件導(dǎo)入Halcyon 加速器，所有患兒PTV 的處方劑量為3 060 cGy/17f，單次劑量為180 cGy。為每例患兒分別制作AAA 計(jì)劃和AXB 計(jì)劃，共計(jì)70 個(gè)計(jì)劃，并合為AAA 計(jì)劃組和AXB 計(jì)劃組。由于患兒靶區(qū)長(zhǎng)度超過(guò)Halcyon 加速器的射野寬度（28 cm），故每個(gè)計(jì)劃組由3 個(gè)計(jì)劃（Plan1、Plan2和Plan3）疊加生成。兒童髓母細(xì)胞瘤CSI 的射野示意圖如圖1 所示。Plan1等中心記為ISO1，射野覆蓋PTVbrain及部分PTVcord-up（頸C1～C7）；Plan2等中心記為ISO2，射野范圍包含PTVcord-up和部分PTVcord-down（胸T11～T12）；Plan3等中心記為ISO3，射野范圍包含PTVcord-down。Plan1和Plan2的射野疊加區(qū)為頸C1～C7，Plan2和Plan3的射野疊加區(qū)為胸T10～T12。計(jì)劃設(shè)計(jì)采用Varian Eclipse 15.6 計(jì)劃系統(tǒng)。計(jì)劃組內(nèi)Plan1、Plan2和Plan3均采用雙弧照射，正弧旋轉(zhuǎn)角度為179°～181°，準(zhǔn)直器角度設(shè)置為10°；反弧旋轉(zhuǎn)角度為181°～179°，準(zhǔn)直器角度設(shè)置為350°。所有計(jì)劃采用相同優(yōu)化參數(shù)及光子優(yōu)化（photon optimization，PO）算法，優(yōu)化完成后分別采用和AAA 和AXB 算法計(jì)算。選擇6 MV FFF模式，計(jì)算網(wǎng)格為2.5 mm，劑量率為800 MU/min。所有計(jì)劃均由同一物理師制訂完成，并經(jīng)由主管物理師審核。

圖1 兒童髓母細(xì)胞瘤CSI 射野示意圖

1.4 計(jì)劃評(píng)估

將PTV 劑量歸一到100%處方劑量包裹95%靶區(qū)體積。靶區(qū)劑量學(xué)評(píng)估參數(shù)包括平均劑量（Dmean）、2%靶區(qū)體積接受的最大劑量（D2）、適形性指數(shù)（conformity index，CI）和均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI）。其中CI 的計(jì)算公式為

式中，VT，ref表示接受劑量等于或大于處方劑量的靶區(qū)體積；Vref表示處方劑量覆蓋總體積；VT表示PTV體積。CI 值越趨近于1 表示靶區(qū)適形性越好。HI 的計(jì)算公式為

式中，D98表示98%靶區(qū)體積接受的最小劑量；D50表示靶區(qū)中位劑量。HI 值越趨近于0 表示靶區(qū)均勻性越好。

OAR 包括眼球、心臟、腎臟、肝臟、肺、晶體、視神經(jīng)和小腸，其劑量學(xué)評(píng)估參數(shù)包括左、右眼，心臟，左、右腎臟，肝臟的Dmean，左、右肺受5 Gy 劑量照射的體積百分比（V5）、受10 Gy 劑量照射的體積百分比（V10）、受20 Gy 劑量照射的體積百分比（V20）和Dmean，左、右晶體，左、右視神經(jīng)和小腸的最大劑量（Dmax）。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 25.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)量資料以xˉ±s表示，并采用配對(duì)t檢驗(yàn)進(jìn)行分析，P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

35 例患兒AXB 計(jì)劃組和AAA 計(jì)劃組PTV OAR 劑量學(xué)參數(shù)比較結(jié)果詳見(jiàn)表1。AXB 計(jì)劃組和AAA 計(jì)劃組PTV 及OAR 的效應(yīng)量（R）和95%置信區(qū)間詳見(jiàn)表2。結(jié)果表明，AAA 計(jì)劃組的CI 低于AXB 計(jì)劃組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（R=-0.55，95%置信區(qū)間為-0.95～-0.15，P=0.009）；AXB 計(jì)劃組的HI 低于AAA 計(jì)劃組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（R=0.68，95%置信區(qū)間為0.26～1.09，P=0.002），說(shuō)明其擁有更好的均勻性；AAA 計(jì)劃組PTV 的D2和Dmean均高于AXB 計(jì)劃組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（D2：R=2.02，95%置信區(qū)間為1.61～2.44，P=0.001；Dmean：R=0.82，95% 置信區(qū)間為0.40～1.23，P=0.001）。

表1 AXB 計(jì)劃組和AAA 計(jì)劃組的PTV 及OAR 的劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

表1 AXB 計(jì)劃組和AAA 計(jì)劃組的PTV 及OAR 的劑量學(xué)參數(shù)比較（±s）

?

表2 AAA 計(jì)劃組和AXB 計(jì)劃組PTV 和OAR 的效應(yīng)量和95%置信區(qū)間比較

比較2 個(gè)計(jì)劃組對(duì)OAR 的劑量學(xué)影響，可以看出AAA 計(jì)劃組的左、右眼Dmean均高于AXB 計(jì)劃組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（左眼Dmean：R=0.62，95%置信區(qū)間為0.21～1.04，P=0.005；右眼Dmean：R=0.66，95%置信區(qū)間為0.25～1.07，P=0.003）；AAA 計(jì)劃組的左肺V5、V10、Dmean及右肺V5、V10、Dmean均高于AXB 計(jì)劃組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（左肺V5：R=0.70，95%置信區(qū)間為0.29～1.11，P=0.002；左肺V10：R=1.26，95% 置信區(qū)間為0.85～1.67，P<0.001；左肺Dmean：R=0.92，95%置信區(qū)間為0.50～1.33，P<0.001；右肺V5：R=0.69，95%置信區(qū)間為0.28～1.10，P=0.002；右肺V10：R=1.02，95%置信區(qū)間為0.60～1.43，P<0.001；右肺Dmean：R=0.52，95%置信區(qū)間為0.11～0.94，P=0.015）。對(duì)于其他OAR 劑量學(xué)參數(shù)，2 個(gè)計(jì)劃組間的R值和95%置信區(qū)間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

AXB 計(jì)劃組和AAA 計(jì)劃組雙側(cè)眼球和雙側(cè)肺的劑量分布差異對(duì)比圖如圖2 所示。對(duì)比圖2（a）與圖2（b）可見(jiàn)，AXB 計(jì)劃組雙側(cè)眼球中800 cGy 劑量體積覆蓋低于AAA 計(jì)劃組。對(duì)比圖2（c）與圖2（d）可見(jiàn)，AXB 計(jì)劃組雙側(cè)肺中的500 cGy 劑量體積覆蓋低于AAA 計(jì)劃組。

圖2 AAA 計(jì)劃組和AXB 計(jì)劃組雙側(cè)眼球和雙側(cè)肺的劑量分布差異對(duì)比圖

3 討論

早期國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)AAA 和AXB 算法的研究主要集中的于模體中的能量沉積差異。吳哲等[11]和呂曉平等[12]通過(guò)對(duì)AAA、AXB 算法和蒙特卡羅（Monte Carlo，MC）算法的研究發(fā)現(xiàn)在不同介質(zhì)中AXB 算法擁有更接近于MC 算法的精度。Reis 等[13]則進(jìn)一步研究了不同大小方形射野在2 種非均質(zhì)模體（水-肺-水及水-骨-水）中的劑量分布。上述研究結(jié)論表明射野大小是影響AAA 和AXB 算法在模體中劑量沉積的重要因素，然而上述研究均側(cè)重于傳統(tǒng)C 型直線加速器，本研究使用的Halcyon 加速器移除了均整塊與傳統(tǒng)鉛門(mén)，能量采用6 MV FFF 模式，其環(huán)形結(jié)構(gòu)、高劑量率（800 MU/min）可配合更快的機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度（4 r/min），相比傳統(tǒng)加速器更適合實(shí)施多中心長(zhǎng)靶區(qū)治療計(jì)劃。

本研究發(fā)現(xiàn)相較于AAA 計(jì)劃組，AXB 計(jì)劃組靶區(qū)CI 更高的同時(shí)HI 更低，且靶區(qū)Dmean更低，表明AXB 算法在CSI 應(yīng)用中更具優(yōu)勢(shì)。相關(guān)學(xué)者在鼻咽癌的研究中獲得了相似的結(jié)論。Martin 等[14]使用6 MV FFF 能量，分析對(duì)比了AAA 和AXB 算法在頭頸部放射治療中的差異，發(fā)現(xiàn)相較于AAA，AXB 算法下PTV70bone（含有骨性物質(zhì)的靶區(qū)）擁有更好的均勻性。Bufacchi 等[15]在鼻咽癌的研究中發(fā)現(xiàn)AXB 算法下的靶區(qū)Dmean優(yōu)于AAA。然而上述結(jié)論卻未能在肺部腫瘤的研究中復(fù)現(xiàn)。Mu?oz 等[16]研究發(fā)現(xiàn)肺癌中AXB 算法的靶區(qū)Dmean和D50高于AAA。Gopalakrishnan 等[17]也發(fā)現(xiàn)AXB 算法和AAA 下靶區(qū)CI 差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），但是AXB 算法下的HI 和Dmean參數(shù)均高于AAA。鼻咽癌、全腦全脊髓靶區(qū)與肺癌靶區(qū)劑量學(xué)差異的根本原因是靶區(qū)-OAR 的密度差異和靶區(qū)位置不同。肺癌靶區(qū)處于軟組織及肺部空腔交界處，結(jié)合Reis 等[13]的水-肺-水模型研究發(fā)現(xiàn)，AXB 算法在非小野狀態(tài)下（＞3 cm×3 cm）于水肺交界面的劑量沉積高于AAA，導(dǎo)致AXB 算法中肺部靶區(qū)的Dmean高于AAA。而全腦全脊髓靶區(qū)以高原子序數(shù)的骨性物質(zhì)為主，靶區(qū)邊界區(qū)域處于骨-軟組織交界處。結(jié)合Reis 等[13]的水-骨-水模型研究發(fā)現(xiàn)，AAA 在交界處的劑量沉積顯著高于AXB 算法，導(dǎo)致AAA 在靶區(qū)中的劑量結(jié)果（Dmean和D2）高于AXB 算法。此外，靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)D2代表了靶區(qū)的劑量熱點(diǎn)。在兒童CSI 中，過(guò)高的劑量熱點(diǎn)會(huì)造成兒童脊柱側(cè)彎和生長(zhǎng)停滯[17-18]，因此AXB 算法的D2較低可以降低患者放射治療的副反應(yīng)概率。

2 種算法對(duì)非均勻介質(zhì)的處理不僅影響到靶區(qū)的劑量分布，還會(huì)影響到臨近OAR 的劑量分布。由圖2 可以看出，眼球中800 cGy 劑量覆蓋的差異主要是因?yàn)樵陲E骨眶面及篩骨與眼球交界區(qū)域位置，AAA 過(guò)高估計(jì)了劑量沉積。在肺組織中的500 cGy劑量分布中，AXB 計(jì)劃組略低于AAA 計(jì)劃組。李珍等[19]在對(duì)肺癌的研究中發(fā)現(xiàn)AXB 算法下的雙側(cè)肺V5、Dmean均優(yōu)于AAA，該結(jié)論與本研究結(jié)論基本一致，表明AXB 算法可有效降低肺部Dmean及V5。相關(guān)研究表明更高的V5及Dmean顯著提高了放射性肺炎的發(fā)生概率，降低了患者術(shù)后的生存質(zhì)量[20]?？梢?jiàn)，AXB 算法在CSI 的臨床中應(yīng)用更有助于降低放射性肺炎的發(fā)生率，提高患者生存質(zhì)量。

綜上所述，兒童髓母細(xì)胞瘤CSI 的靶區(qū)狹長(zhǎng)、鄰近多種OAR，且靶區(qū)與周圍OAR 密度存在差異，因此在CSI 計(jì)劃中使用AXB 算法能改善靶區(qū)劑量的均勻性，有效降低因劑量不均而導(dǎo)致的兒童脊柱側(cè)彎。此外，AXB 算法能夠有效地減小患者肺和眼球的平均劑量，降低因放射治療導(dǎo)致的副反應(yīng)發(fā)生概率。因此，本研究推薦在Halcyon 加速器兒童全腦全脊髓VMAT 中使用AXB 算法代替AAA。

本研究不足之處在于CSI 靶區(qū)鄰近OAR，OAR的種類繁多且密度變化較大，采用單純的水-肺-水模型和水-骨-水模型分析劑量差異不夠完善，難以真實(shí)地反映OAR 中劑量差異的本質(zhì)。因此針對(duì)本研究的局限性，后續(xù)研究中將構(gòu)建復(fù)雜模型，分析2 種算法在兒童CSI 中的能量沉積過(guò)程。