周 莉，刘 悦，2*
（1.自贡市第一人民医院儿科，四川自贡 643000；
2.自贡市第一人民医院肿瘤科，四川自贡 643000）
髓母细胞瘤是儿科人群中常见的恶性肿瘤，占所有儿童脑肿瘤的25%，在成年人中相对少见[1]。全脑全脊髓放射治疗（craniospinal irradiation，CSI）是髓母细胞瘤重要的治疗手段[2-3]。由于儿童髓母细胞瘤临床靶区（clinical target volume，CTV）的长度超过加速器射野宽度上限（40 cm），因此治疗计划需要多中心交错覆盖整个CSI 靶区。Prabhu 等[4]及Maddalo 等[5]基于C 型加速器研究了多中心容积调强放射治疗（volumetric modulated arc therapy，VMAT）技术在髓母细胞瘤中的应用，但由于机器结构的差异，C 型加速器上长靶区放射治疗计划对比环形加速器存在劣势[6]。Varian 公司的Halcyon 加速器是一款新型“环形”机架加速器，其采用单一6 MV 光子束非均整技术（flattening filter free，FFF）模式能量射束，配备双层多叶准直器（multi-leaf collimator，MLC），等中心处最大射野为28 cm×28 cm[5]。当前，Halcyon 加速器配置的Eclipse 计划系统采用各向异性算法（anisotropic analytical algorithm，AAA）和光子剂量（acuros external beam，AXB）算法。AAA 为基于模型的算法，其计算速度较快，因此成为临床治疗中的首选算法[6]。AXB算法作为新型的光子算法，计算速度慢于AAA，但有相关报道表明AXB 算法在非均匀介质中拥有更好的精度[7-10]。髓母细胞瘤靶区狭长且周围存在多种密度差异的危及器官（organ at risk，OAR），因此临床对其靶区剂量计算的准确率提出更高要求。本研究对比Halcyon 加速器下AAA 和AXB 算法在儿童髓母细胞瘤全脑全脊髓VMAT 计划中的剂量学差异，旨在为临床方案的选择提供参考。
1.1 一般资料
回顾性选取2015 年2 月至2022 年8 月于自贡市第一人民医院接受CSI 的35 例患儿，其中男20例、女15 例，年龄为6～14 岁，中位年龄为9.3 岁。纳入标准：（1）KPS 评分≥70 分；
（2）已完成放射治疗；
（3）放射治疗前肝功能及血常规处于正常范围内。排除标准：（1）精神或意识异常患儿；
（2）无法采用仰卧位固定体位进行放射治疗患儿；
（3）恶病质状态患儿。
1.2 放射治疗定位及勾画
所有患儿使用头颈肩热塑膜和体部热塑膜固定，并采取仰卧位。使用飞利浦公司大孔径CT 进行扫描定位，扫描范围从患儿头顶至耻骨，扫描层厚为3 mm。由同一高年资医生勾画患儿全脑CTV（CTVbrain）和脊髓CTV（CTVcord），其中CTVcord包括颈C1～骶骨S3，将其按需分成上、下2 段分别予以定义，即上端脊髓CTVcord-up（颈C1～胸T10）和下端脊髓CTVcord-down（胸T11～骶骨S3），由CTVbrain、CTVcord-up和CTVcord-down叠加构成总CTV。于CTV 外放5 mm 生成计划靶区（planning target volume，PTV），PTV 同理分为PTVbrain、PTVcord-up和PTVcord-down。
1.3 计划设计
将35 例患儿的CT 及结构文件导入Halcyon 加速器，所有患儿PTV 的处方剂量为3 060 cGy/17f，单次剂量为180 cGy。为每例患儿分别制作AAA 计划和AXB 计划，共计70 个计划，并合为AAA 计划组和AXB 计划组。由于患儿靶区长度超过Halcyon 加速器的射野宽度（28 cm），故每个计划组由3 个计划（Plan1、Plan2和Plan3）叠加生成。儿童髓母细胞瘤CSI 的射野示意图如图1 所示。Plan1等中心记为ISO1，射野覆盖PTVbrain及部分PTVcord-up（颈C1～C7）；
Plan2等中心记为ISO2，射野范围包含PTVcord-up和部分PTVcord-down（胸T11～T12）；
Plan3等中心记为ISO3，射野范围包含PTVcord-down。Plan1和Plan2的射野叠加区为颈C1～C7，Plan2和Plan3的射野叠加区为胸T10～T12。计划设计采用Varian Eclipse 15.6 计划系统。计划组内Plan1、Plan2和Plan3均采用双弧照射，正弧旋转角度为179°～181°，准直器角度设置为10°；
反弧旋转角度为181°～179°，准直器角度设置为350°。所有计划采用相同优化参数及光子优化（photon optimization，PO）算法，优化完成后分别采用和AAA 和AXB 算法计算。选择6 MV FFF模式，计算网格为2.5 mm，剂量率为800 MU/min。所有计划均由同一物理师制订完成，并经由主管物理师审核。
图1 儿童髓母细胞瘤CSI 射野示意图
1.4 计划评估
将PTV 剂量归一到100%处方剂量包裹95%靶区体积。靶区剂量学评估参数包括平均剂量（Dmean）、2%靶区体积接受的最大剂量（D2）、适形性指数（conformity index，CI）和均匀性指数（homogeneity index，HI）。其中CI 的计算公式为
式中，VT，ref表示接受剂量等于或大于处方剂量的靶区体积；
Vref表示处方剂量覆盖总体积；
VT表示PTV体积。CI 值越趋近于1 表示靶区适形性越好。HI 的计算公式为
式中，D98表示98%靶区体积接受的最小剂量；
D50表示靶区中位剂量。HI 值越趋近于0 表示靶区均匀性越好。
OAR 包括眼球、心脏、肾脏、肝脏、肺、晶体、视神经和小肠，其剂量学评估参数包括左、右眼，心脏，左、右肾脏，肝脏的Dmean，左、右肺受5 Gy 剂量照射的体积百分比（V5）、受10 Gy 剂量照射的体积百分比（V10）、受20 Gy 剂量照射的体积百分比（V20）和Dmean，左、右晶体，左、右视神经和小肠的最大剂量（Dmax）。
1.5 统计学分析
采用SPSS 25.0 统计学软件进行数据分析，计量资料以x¯±s表示，并采用配对t检验进行分析，P<0.05 为差异有统计学意义。
35 例患儿AXB 计划组和AAA 计划组PTV OAR 剂量学参数比较结果详见表1。AXB 计划组和AAA 计划组PTV 及OAR 的效应量（R）和95%置信区间详见表2。结果表明，AAA 计划组的CI 低于AXB 计划组，差异有统计学意义（R=-0.55，95%置信区间为-0.95～-0.15，P=0.009）；
AXB 计划组的HI 低于AAA 计划组，差异有统计学意义（R=0.68，95%置信区间为0.26～1.09，P=0.002），说明其拥有更好的均匀性；
AAA 计划组PTV 的D2和Dmean均高于AXB 计划组，差异有统计学意义（D2：R=2.02，95%置信区间为1.61～2.44，P=0.001；
Dmean：R=0.82，95% 置信区间为0.40～1.23，P=0.001）。
表1 AXB 计划组和AAA 计划组的PTV 及OAR 的剂量学参数比较（±s）
表1 AXB 计划组和AAA 计划组的PTV 及OAR 的剂量学参数比较（±s）
?
表2 AAA 计划组和AXB 计划组PTV 和OAR 的效应量和95%置信区间比较
比较2 个计划组对OAR 的剂量学影响，可以看出AAA 计划组的左、右眼Dmean均高于AXB 计划组，差异有统计学意义（左眼Dmean：R=0.62，95%置信区间为0.21～1.04，P=0.005；
右眼Dmean：R=0.66，95%置信区间为0.25～1.07，P=0.003）；
AAA 计划组的左肺V5、V10、Dmean及右肺V5、V10、Dmean均高于AXB 计划组，差异有统计学意义（左肺V5：R=0.70，95%置信区间为0.29～1.11，P=0.002；
左肺V10：R=1.26，95% 置信区间为0.85～1.67，P<0.001；
左肺Dmean：R=0.92，95%置信区间为0.50～1.33，P<0.001；
右肺V5：R=0.69，95%置信区间为0.28～1.10，P=0.002；
右肺V10：R=1.02，95%置信区间为0.60～1.43，P<0.001；
右肺Dmean：R=0.52，95%置信区间为0.11～0.94，P=0.015）。对于其他OAR 剂量学参数，2 个计划组间的R值和95%置信区间差异无统计学意义（P＞0.05）。
AXB 计划组和AAA 计划组双侧眼球和双侧肺的剂量分布差异对比图如图2 所示。对比图2（a）与图2（b）可见，AXB 计划组双侧眼球中800 cGy 剂量体积覆盖低于AAA 计划组。对比图2（c）与图2（d）可见，AXB 计划组双侧肺中的500 cGy 剂量体积覆盖低于AAA 计划组。
图2 AAA 计划组和AXB 计划组双侧眼球和双侧肺的剂量分布差异对比图
早期国内外学者对AAA 和AXB 算法的研究主要集中的于模体中的能量沉积差异。吴哲等[11]和吕晓平等[12]通过对AAA、AXB 算法和蒙特卡罗（Monte Carlo，MC）算法的研究发现在不同介质中AXB 算法拥有更接近于MC 算法的精度。Reis 等[13]则进一步研究了不同大小方形射野在2 种非均质模体（水-肺-水及水-骨-水）中的剂量分布。上述研究结论表明射野大小是影响AAA 和AXB 算法在模体中剂量沉积的重要因素，然而上述研究均侧重于传统C 型直线加速器，本研究使用的Halcyon 加速器移除了均整块与传统铅门，能量采用6 MV FFF 模式，其环形结构、高剂量率（800 MU/min）可配合更快的机架旋转速度（4 r/min），相比传统加速器更适合实施多中心长靶区治疗计划。
本研究发现相较于AAA 计划组，AXB 计划组靶区CI 更高的同时HI 更低，且靶区Dmean更低，表明AXB 算法在CSI 应用中更具优势。相关学者在鼻咽癌的研究中获得了相似的结论。Martin 等[14]使用6 MV FFF 能量，分析对比了AAA 和AXB 算法在头颈部放射治疗中的差异，发现相较于AAA，AXB 算法下PTV70bone（含有骨性物质的靶区）拥有更好的均匀性。Bufacchi 等[15]在鼻咽癌的研究中发现AXB 算法下的靶区Dmean优于AAA。然而上述结论却未能在肺部肿瘤的研究中复现。Muñoz 等[16]研究发现肺癌中AXB 算法的靶区Dmean和D50高于AAA。Gopalakrishnan 等[17]也发现AXB 算法和AAA 下靶区CI 差异无统计学意义（P＞0.05），但是AXB 算法下的HI 和Dmean参数均高于AAA。鼻咽癌、全脑全脊髓靶区与肺癌靶区剂量学差异的根本原因是靶区-OAR 的密度差异和靶区位置不同。肺癌靶区处于软组织及肺部空腔交界处，结合Reis 等[13]的水-肺-水模型研究发现，AXB 算法在非小野状态下（＞3 cm×3 cm）于水肺交界面的剂量沉积高于AAA，导致AXB 算法中肺部靶区的Dmean高于AAA。而全脑全脊髓靶区以高原子序数的骨性物质为主，靶区边界区域处于骨-软组织交界处。结合Reis 等[13]的水-骨-水模型研究发现，AAA 在交界处的剂量沉积显著高于AXB 算法，导致AAA 在靶区中的剂量结果（Dmean和D2）高于AXB 算法。此外，靶区剂量学参数D2代表了靶区的剂量热点。在儿童CSI 中，过高的剂量热点会造成儿童脊柱侧弯和生长停滞[17-18]，因此AXB 算法的D2较低可以降低患者放射治疗的副反应概率。
2 种算法对非均匀介质的处理不仅影响到靶区的剂量分布，还会影响到临近OAR 的剂量分布。由图2 可以看出，眼球中800 cGy 剂量覆盖的差异主要是因为在颧骨眶面及筛骨与眼球交界区域位置，AAA 过高估计了剂量沉积。在肺组织中的500 cGy剂量分布中，AXB 计划组略低于AAA 计划组。李珍等[19]在对肺癌的研究中发现AXB 算法下的双侧肺V5、Dmean均优于AAA，该结论与本研究结论基本一致，表明AXB 算法可有效降低肺部Dmean及V5。相关研究表明更高的V5及Dmean显著提高了放射性肺炎的发生概率，降低了患者术后的生存质量[20]。可见，AXB 算法在CSI 的临床中应用更有助于降低放射性肺炎的发生率，提高患者生存质量。
综上所述，儿童髓母细胞瘤CSI 的靶区狭长、邻近多种OAR，且靶区与周围OAR 密度存在差异，因此在CSI 计划中使用AXB 算法能改善靶区剂量的均匀性，有效降低因剂量不均而导致的儿童脊柱侧弯。此外，AXB 算法能够有效地减小患者肺和眼球的平均剂量，降低因放射治疗导致的副反应发生概率。因此，本研究推荐在Halcyon 加速器儿童全脑全脊髓VMAT 中使用AXB 算法代替AAA。
本研究不足之处在于CSI 靶区邻近OAR，OAR的种类繁多且密度变化较大，采用单纯的水-肺-水模型和水-骨-水模型分析剂量差异不够完善，难以真实地反映OAR 中剂量差异的本质。因此针对本研究的局限性，后续研究中将构建复杂模型，分析2 种算法在儿童CSI 中的能量沉积过程。
猜你喜欢 射野剂量学置信区间 ICRU95号报告:外照射实用量及其对剂量学的影响辐射防护(2023年1期)2023-04-29定数截尾场合三参数pareto分布参数的最优置信区间内江师范学院学报(2022年4期)2022-04-27p-范分布中参数的置信区间湖北师范大学学报(自然科学版)(2021年3期)2021-09-08利用三维水箱测量的“环形机架”加速器“典型射线数据”验证研究中国医疗设备(2021年4期)2021-04-23多个偏正态总体共同位置参数的Bootstrap置信区间数学物理学报(2021年1期)2021-03-29列车定位中置信区间的确定方法铁道通信信号(2018年9期)2018-11-10三维蓝水箱(BPH)扫描测量系统在螺旋断层加速器质量控制检测中的应用中国医学装备(2017年4期)2017-04-20乳腺癌改良根治术后胸壁放疗临床剂量学研究进展实用临床医学(2016年8期)2016-06-08T2期鼻咽癌旋转调强与固定野动态调强计划的剂量学比较研究肿瘤预防与治疗(2014年3期)2014-10-19VMAT和IMRT技术在乳腺癌根治术后放疗中的剂量学比较?肿瘤预防与治疗(2014年5期)2014-10-18