椎体转移瘤立体定向放射治疗剂量跌落梯度分析*

王金媛 鞠忠建 王小深 杨 军 陈高翔

[文章编号] 1672-8270(2015)09-0001-05 [中图分类号] R144.1 [文献标识码] A

椎体转移瘤立体定向放射治疗剂量跌落梯度分析*

王金媛①鞠忠建①王小深①杨 军①陈高翔①

[文章编号] 1672-8270(2015)09-0001-05 [中图分类号] R144.1 [文献标识码] A

目的：分析评价利用Cyberknife系统实施立体定向放射治疗(SBRT)技术治疗椎体转移瘤时，脊髓方向的剂量跌落趋势。方法：利用Cyberknife治疗8例胸椎转移瘤患者，根据放射治疗剂量的不同将其分为两组，其中4例患者给予靶区剂量40 Gy/5次(40 Gy组)；4例患者给予靶区剂量33 Gy/3次(33 Gy组)。采用Cyberknife系统自带的MultiPlan4.0.2治疗计划系统设计优化治疗计划，针对靶区处方剂量跌落梯度、相对剂量跌落梯度以及单位距离剂量跌落梯度3方面。统计分析Cyberknife系统治疗计划中在脊髓方向的剂量跌落趋势。结果：40 Gy组单位绝对剂量跌落速度为(0.208±0.085)mm/100 cGy，相对剂量跌落为(0.87±0.60)mm/5%Dmax，单位距离跌落速度为(353.63±160.48) cGy/mm。33 Gy组单位绝对剂量跌落速度为(0.311±0.089)mm/100 cGy，相对剂量跌落为(0.69±0.16)mm/5%Dmax，单位距离跌落速度为(266.27±94.41)cGy/mm。40 Gy组优于33 Gy组。结论：Cyberknife系统治疗椎体转移瘤时脊髓方向剂量跌落极快，对脊髓保护好；将Cyberknife精确的追踪系统应用于椎体转移瘤的立体定向放疗，对脊髓的保护安全有效。

椎体转移瘤；立体定向放射治疗；Cyberknife系统；剂量梯度；脊髓保护

[First-author’s address] Department of Radiation Oncology, General Hospital of the PLA, Beijing 100853, China.

癌症患者中约占5%～10%会发生骨转移，其中包括乳腺癌、前列腺癌、肺癌及肝癌等[1]。骨转移本身很少会影响到患者的生存，但其是引起患者剧烈癌痛的根源，同样还会伴随着神经性的疼痛[2-4]。转移性脊髓压迫是癌症的常见并发症，通常以肿瘤急症的方式呈现[5]。而对于骨转移而言，放射治疗尤其是立体定向放射治疗(stereotactic body radiation therapy，SBRT)是非常重要的治疗方式[6-7]。

近年来，SBRT在椎体转移治疗中发挥了越来越重要的作用[8]。而Cyberknife计划系统被称为“立体定向射波手术平台”，并完美结合复杂机器人技术、计算机技术以及实时影像追踪技术应用于肿瘤放射治疗中。Cyberknife计划系统的机械手臂具有6个自由度，利用人体骨架作为目标定位的参考点，通过5种不同的靶区定位追踪系统(target location system，TLS)在治疗中实时追踪靶区，从100多个节点、3000个方向对肿瘤实施精确的聚焦照射，治疗误差控制在亚毫米级[9]。有95%的椎体转移患者会发生背部疼痛，背部疼痛通常持续很长时间。研究表明，有80%的疼痛是高强度疼痛；常见症状为肢体虚弱，许多患者无法自己行走[10]。患者剧烈疼痛导致脊柱发生不自主的侧弯或移动，使其每次治疗体位都会持续变化。Cyberknife计划系统所特有的Xsight_Spine追踪模式，实时追踪靶区部位的脊柱变化，将治疗体位误差控制在0.5mm之内，有效解决了因椎体移动带来的精确性问题，与常规放射治疗相比疼痛控制率会有所提高，使患者得到更精准和更安全的治疗[11-13]。本研究探讨应用Cyberknife系统治疗胸椎转移瘤患者，分析其在脊髓方向的剂量跌落趋势。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2011年11月至2013年8月解放军总医院收治的8例胸椎转移瘤患者，年龄43～75岁，中位年龄为58岁；男女比例为3∶1；KPS评分平均为76.25分。其中包括肺腺癌术后T1转移1例，肺腺癌T5转移1例，肺腺癌T9转移1例，肺腺癌T10转移2例，鼻咽低分化鳞癌T11转移1例，胃腺癌术后T1转移1例，直肠腺癌术后T9转移1例。根据放射治疗剂量不同将患者分为40Gy组和33Gy组，每组4例。

1.2 设备与定位扫描

扫描设备采用Philips大孔径CT(BrillianceTMBig Bore，荷兰)。患者采用真空垫固定，仰卧位定位。在Philips大孔径CT(BrillianceTMBig Bore)下实施CT定位，扫描层厚1.5mm。将所得图像通过DICOM传输至Multi Plan4.0.2计划系统，勾画出靶区及危及器官。1.3靶区及重要器官定义

由医生在CT图像上勾画出靶区及危及器官。靶区包括GTV(CT、MRI或PET-CT可见的肿瘤区域)、PTV(GTV三维方向外放3mm)以及危及器官包括脊髓(CT在骨窗显示下的椎管区域)。

1.4 处方剂量及危及器官限量

(1)对4例单纯椎体转移的患者给予靶区剂量33Gy/3次；4例椎体转移累及椎弓根的患者给予靶区剂量40Gy/5次。

(2)由于所选患者均为胸椎转移瘤患者，靶区周围除脊髓外均为肌肉组织，无其他危及器官，因此只需控制脊髓的限量。①3次分割治疗模式的脊髓限量：Dmax＜22Gy、V18＜0.25ml和V11.1＜1.2ml；②5次分割治疗模式的脊髓限量：Dmax＜30Gy、V22.5＜0.25ml和V13.5＜1.2ml[14]。

1.5 治疗计划设计

采用Cyberknife计划系统Multi Plan4.0.2勾画好每例患者的靶区和危及器官后，为每例患者设计SBRT计划。SBRT采用2个准直器，剂量率为800cGy/min。每组计划均遵循在满足正常器官剂量限值的前提下，尽量提高靶区覆盖度，保证70%的等剂量线覆盖85%以上的靶区体积，剂量分布如图1所示。

图1 治疗计划剂量分布及DVH图

1.6 剂量梯度参数评估指标

脊髓方向的确定：以最大剂量点为中心，其与脊髓中心的连线设为脊髓方向(如图2所示)。

图2 脊髓方向示意图

靶区脊髓方向的剂量学跌落梯度参数的比较与评估，共用3种研究方法。

(1)测量单位绝对剂量跌落距离(方法一)：从处方剂量开始至其30%处，测量剂量每跌落100cGy所间隔的距离(如图3所示)。

图3 绝对剂量跌落距离示意图

(2)测量单位相对剂量跌落距离(方法二)：从最大剂量点开始至其30%处，测量剂量每跌落5%所间隔的距离(如图4所示)。

图4 相对剂量跌落距离示意图

(3)测量单位距离跌落的剂量(方法三)：从最大剂量点开始向外延伸至30mm处止，测量距离每延伸1mm时剂量的变化(如图5所示)。

图5 距离跌落的剂量示意图

2 结果

测量统计结果显示，从处方剂量到脊髓限量处剂量跌落的较快，在脊髓限量之外剂量跌落间隔有所增大，而且靶区周围危及器官(脊髓)限量越严格，剂量差越大，剂量跌落梯度越快。根据测量数据得出方法一的结果(见表1、表2)，方法二的结果(见表3)，方法三结果(见表4)。

通过归纳分析以上数据可以得出下述结论。

(1)对于40Gy处方剂量组，从处方剂量处即肿瘤边缘至其30%处，剂量跌落速度为(0.208±0.085) mm/100cGy，即0.11～0.74mm/100cGy(见表2)，但从处方剂量到脊髓限量处的跌落速度明显高于其他，为(0.175±0.026)mm/100cGy(见表1)；从最大剂量点到30%Dmax处，相对剂量跌落速度为(0.87±0.60) mm/5%Dmax，即0.41～2.54mm/5%Dmax(见表3)；从最大剂量点开始，剂量跌落区单位距离跌落速度为(353.63±160.48)cGy/mm，即102.83～712.62cGy/ mm(见表4)。

(2)对于33Gy处方剂量组，处方剂量到脊髓限量处的跌落为(0.255±0.042)mm/100cGy(见表1)，从处方剂量至其30%处，剂量跌落速度为(0.311±0.089) mm/100cGy，即0.17～0.58mm/100cGy(见表2)；从最大剂量点到30%Dmax处，相对剂量跌落速度为(0.69±0.16)mm/5%Dmax，即0.5～1.17mm/5%Dmax(见表3)；从最大剂量点开始，剂量跌落区单位距离跌落速度为(266.27±94.41)cGy/mm，即100.06～453.5cGy/ mm(见表4)。

3 讨论

近年来，对于Cyberknife计划系统应用于椎体转移瘤的剂量相关研究层出不穷，放射性脊髓病鲜有发生，应用其治疗椎体转移瘤对于疼痛的有效缓解率能达到90%[15-16]。Dwight等[17]在研究中发现，对椎体转移瘤实施单次和多次分割治疗都很有效，这些都反映出了Cyberknife治疗椎体转移瘤的可行性。

针对剂量跌落梯度的研究，不仅可以用于评价计划的好坏，而且也可用于选择不同的治疗方案[18]。放射治疗技术发展所追求的目的就是要在靶区达到处方剂量的同时保证周围组织的受量达到最低。而靶区外剂量跌落的迅速也成为SBRT的优势之一。陡峭的剂量梯度，在保证最佳的处方剂量分布、靶区适形度以及靶区覆盖度的同时，给予脊髓最大的保护和最低的照射剂量。

表1 处方剂量至脊髓限量处的单位绝对剂量跌落距离

表2 处方剂量至其30%处的单位绝对剂量跌落距离

表3 最大剂量点至30%Dmax处单位相对剂量跌落距离

表4 剂量跌落区单位距离跌落剂量

本研究通过对两组胸椎转移瘤患者的Cyberknife计划进行研究发现，由于椎体转移瘤紧挨脊髓，对脊髓的剂量限值要求严格，因此从处方剂量到脊髓限量处剂量跌落的速度最快，40Gy组为(0.175±0.026)mm/100cGy，33Gy组为(0.255±0.042)mm/100cGy；从脊髓限量到处方剂量30%处的速度就有所下降，导致整体水平较脊髓方向有所降低，40Gy组为(0.208±0.085) mm/100cGy，33Gy组为(0.311±0.089)mm/100cGy。由于在靶区中剂量分布的相对不均匀，所以在相对剂量测量时，选取70%～30%Dmax间跌落趋势较明显和规则的部分。同样，在测量从最大剂量点处开始的单位距离跌落剂量时，选取了从肿瘤边缘开始跌落较明显的部分。结果表明，在脊髓方向剂量跌落较快。

Cyber knife的Xsight Spine脊柱追踪系统，在DRR与实时影像中，通过感兴趣点和81个关联定位点相对应，进行非刚性影像配准，实现对靶区的实时追踪，使治疗误差＜0.5mm。治疗时通过其独有的脊柱追踪系统对精确性的保证，Cyberknife计划系统能非常准确地实现对脊髓的保护。

本研究发现，在脊髓方向40Gy组的跌落优于33Gy组。分析其原因为33Gy组的靶区范围只单纯的包括椎体，与40Gy组的椎体加椎弓根靶区相比在达到脊髓限量时更加容易，因此33Gy组的剂量分布间隔就相对宽松，跌落梯度相对较慢。

在测量的过程中，遇到了3个问题：①测量中心点的选择，选择最大剂量点并不能完美的实现计划意图，因为从最大剂量点到脊髓中心的这条路径并不一定是所有情况下剂量跌落最快的路径；②由于在肿瘤体积内，剂量分布无明显规律，而且设计治疗计划时处方剂量归一至70%，因此在靶区中的一部分数据在分析统计时需舍弃；③由于在测量过程中数据量大且为手动测量，有可能存在一定误差。

4 结语

在剂量跌落方面，Cyberknife系统实施SBRT治疗计划时对危及器官脊髓保护良好，在脊髓方向跌落快；在靶区特性与放射治疗技术因素方面，由于靶区紧挨脊髓，如果缺乏靶区的实时追踪，即使跌落快，也可能导致肿瘤的复发或者脊髓的过量照射，最佳的靶区适形度和危及器官的剂量保护具有重要的临床意义。Cyberknife系统的SBRT技术对脊髓最大限度的保护，可使患者从中最大化获益。因此，Cyberknife计划系统应用于脊柱转移瘤的SBRT对于脊髓的保护安全有效。

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The analysis of dose falling gradient in the treatment of spinal metastatic tumors implementing SBRT/WANG Jin-yuan, JU Zhong-jian, WANG Xiao-shen, et al// China Medical Equipment,2015,12(9)∶1-5.

Objective∶ To evaluate the dose falling gradient in the direction of the spinal cord while implementing SBRT (Stereotactic Body Radiation Therapy) technology by Cyberknife in the treatment of spinal metastases. Methods∶ Eight patients with spinal metastases treated with SBRT by Cyberknife were selected. Two different RT schedules were administered, 40 Gy per 5 fractions(n=4), The other was 33 Gy per 3 fractions(n=4). We ues the MultiPlan4.0.2 treatment planning system owning by Cyberknife system design and optimize the treatment plan. We have analysis of the dose falling gradient, speed and the falling capacity of Cyberknife treatment plan in three aspects, such as the target prescription dose falling gradient, relative dose falling gradient, and the dose falling gradient of unit distance in the direction of spinal cord. Results∶ For the group of 40Gy, absolute dose falling speed can be(0.208±0.085)mm/100cGy,relative dose falling is (0.87±0.60)mm/5%Dmax, the falling of unit distance can reach (353.63±160.48) cGy/mm. Similarly, for the other group of 33 Gy, absolute dose falling speed is (0.311±0.089)mm/100cGy, relative dose falling is(0.69±0.16)mm/5%Dmax, the falling gradient of unit distance can be 266.27±94.41 cGy/mm. The group of 40 Gy seems to be better than that of 33 Gy group. Conclusion∶ The dose in the direction of spinal cord fall fast in the treatment of spinal metastases by Cyberknife, providing a perfect protect to the spinal cord. With the addition of its unique and precise target tracking system, the using of Cyberknife in spinal metastases of SBRT for the protection of the spinal cord is safe and effective.

Spinal metastases; Stereotactic body radiation therapy; Cyberknife; Dose falling gradient; Spinal cord protection

王金媛,女,(1990- ),本科学历，物理师。解放军总医院放疗科，从事立体定向放射物理方面的研究工作。

2014-11-20

国家高技术研究发展计划(863计划)(2012AA022701)“消化系统恶性肿瘤微创治疗新技术的应用研究”

①解放军总医院放疗科 北京 100853

DOI∶ 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.09.001