射波刀治疗计划中定位中心的改变对靶区剂量分布影响研究

高行新　陆 军　李 莎　姜 澎　崔晓磊　黄永辉



射波刀治疗计划中定位中心的改变对靶区剂量分布影响研究

高行新①陆 军①李 莎①姜 澎①崔晓磊①黄永辉①

[摘要]目的：研究在椎体追踪和肺追踪模式下，定位中心的改变对靶区剂量分布的影响。方法：选取3例肺癌患者，对椎体追踪靶区2例和肺追踪靶区1例进行计划设计，椎体追踪靶区分为靠近椎体病变和远离椎体病变。选择与靶区中心对应的定位中心进行计划设计，逐渐改变定位中心，每移动一个椎体设计一个计划，计划命名为T1-T5。结果：采用椎体追踪的靶区剂量分布参数均有所变化，其中覆盖靶区体积改变较大，如靠近椎体靶区的覆盖靶区体积由95.73%改变为93.08%，而远离椎体靶区的覆盖靶区体积由98.52%改变为90.42%。采用肺追踪的靶区剂量分布不随定位中心的改变而改变。结论：采用椎体追踪的靶区，定位中心的改变对靶区分布有一定影响，当定位中心改变较小时，剂量分布变化不大，而当定位中心改变较大时，剂量分布有较大的变化，其中远离椎体的靶区剂量分布改变较靠近椎体的稍大；采用肺追踪模式的靶区，定位中心的改变对靶区剂量分布无影响。

[关键词]射波刀；定位中心；椎体追踪；肺追踪；靶区剂量分布

①兰州军区兰州总医院放射治疗科 甘肃 兰州 730050

高行新,男,(1982-),博士，物理师。兰州军区兰州总医院放射治疗科，从事肿瘤放射物理研究工作。

[First-author’s address]Department of Radiation Oncology,Lanzhou General Hospital of Lanzhou Military Command,PLA,Lanzhou 730050,China.

射波刀是一种新型的立体定向放射治疗设备，由美国John Adler教授研发，并于2001年由美国食品药品监督管理局(food drug administration，FDA)认证，可用于治疗全身各部位肿瘤[1-2]。射波刀采用实时影像引导和同步呼吸追踪等技术，确保治疗的准确性和重复性。治疗过程中总体治疗精度在相对静止器官，如头颈部和脊柱其治疗精度达0.95 mm；对于运动性器官射波刀通过同步呼吸跟踪技术，治疗精度达1.5 mm，使肿瘤外放边界明显缩小，更多相邻的正常组织免受放射线辐射[3-4]。

射波刀治疗计划设计采用Multiplan计划系统，计划完成后发送到射波刀数据管理系统，经授权可以进行治疗。若确保X射线诊断系统能在治疗执行过程中准确地运行，必须定义定位中心，定位中心的选择原则是选择对应肿瘤中心的椎体。然而，在执行过程中由于诸如肿瘤对应椎体骨质破坏等因素，导致在原有定位中心下治疗不能完成，造成追踪困难；定位中心位于膈肌位置，由于呼吸造成膈肌来回运动，导致治疗过程中平移错误出现[5]；在某些位置造成关节限位，导致治疗不成功。因此，需要适当改变定位中心的位置，而定位中心的改变可能对靶区剂量分布产生一定的影响，而剂量分布改变的大小对整个治疗的连续性和剂量评估产生极大影响。为此，本研究探讨椎体追踪模式下定位中心的改变对靶区剂量分布的影响对治疗计划的设计和执行所具有的重要意义。

1　资料与方法

1.1资料选取

兰州总医院放射治疗科引进的第四代射波刀于2012年10月在临床应用治疗。采用与椎体相关的追踪方式中有椎体追踪和肺追踪两种方式，选择3例肺癌患者，且均未植入金属标记物，其中采用椎体追踪2例和肺追踪1例，椎体追踪分别为靠近椎体和远离椎体靶区各1例；肺追踪1例为周围型肺癌。

1.2CT定位及靶区勾画

使用德国西门子PET-CT模拟定位机对患者行CT扫描。患者采用仰卧位，真空垫固定，扫描层厚、层距均为1 mm，由医生勾画靶区和危及器官。

1.3计划设计

由G4射波刀治疗计划系统Multiplan进行治疗计划设计，根据肿瘤大小选择合适的准直器。①选择与靶区中心对应的椎体为定位中心，制定治疗计划，设为T1；②上移或下移定位中心，每次移动1个椎体，重新用高分辨率计算，总共选择5个定位中心，依次保存为计划T1～T5；③每组计划的等剂量曲线数值保持不变，分布记录3个靶区在不同定位中心的剂量分布情况。

1.4计划评估

靶区剂量分布参数主要有靶区体积覆盖率、治疗时间(min)、适形度(CI)、新适形度(nCI)、射线束以及正常组织气管和食管的最大受量等。在每组计划等剂量曲线不变的情况下，分布记录3组计划T1-T5中对应的剂量分布参数，研究定位中心的改变对治疗计划剂量分布的影响，分析其对应的关系。

2　结果

选择椎体追踪模式，靠近椎体的病变，给予处方剂量为6000 cGy，分5次治疗，剂量曲线为69%，见表1。

表1　椎体追踪模式靠近椎体病变处方剂量为6000 cGy

远离椎体病变，采用椎体追踪模式，给予处方剂量为4500 cGy，治疗次数为5次，等剂量曲线为71%，见表2。

表2　椎体追踪模式远离椎体病变处方剂量为4500 cGy

为采用肺追踪模式，处方剂量为6000 cGy，治疗次数为5次，等剂量曲线为70%，见表3。

表3　肺追踪模式处方剂量为6000 cGy

3　讨论

射波刀是一种新型的放射治疗设备，其独有的机器人投照系统可以从不同的方向将剂量给予到靶区，可以治疗全身各部位的良性和恶性肿瘤，如头部肿瘤中的三叉神经痛、动静脉畸形、头颈部肿瘤的推量照射和大的脑转移瘤等[6-9]；肺癌中的早期非小细胞肺癌、野内复发的肺癌以及早期中央型肺癌等[10-12]；肝恶性肿瘤以及肝内胆管癌等[13-15]；胰腺癌以及前列腺癌等，在临床上均取得了很好的疗效[16-20]。在射波刀治疗计划中，与椎体追踪相关的追踪方式有椎体追踪和肺追踪模式，定位中心的选择为影像引导提供保证，由于各种因素，定位中心不一定选择肿瘤中心对应的椎体上，因此研究定位中心的选择对靶区剂量分布的影响具有重要意义。本研究选择3例代表性的肿瘤靶区，分别研究在这3种情况下定位中心的改变对靶区剂量分布的影响。

3.1靶区剂量分布参数

靶区剂量分布参数主要有覆盖靶区体积、射线束和治疗时间、适形度和新适形度、正常组织食管和气管的最大受量等，根据3组计划分别分析定位中心的改变对各参数的影响。首先肺追踪模式下靶区剂量分布不随定位中心的改变而变化，这主要是由于在肺追踪模式中，椎体选择部分主要是用于初始定位，然后直接以肿瘤靶区作为剂量计算，故定位中心的改变在靶区剂量分布数值上无改变，但初始定位中心的旋转部分在整个计划执行阶段设定为固定，因此定位中心与靶区相对位置不能偏差太大，从而减少误差的发生。

3.2椎体追踪模式定位中心改变对参数的影响

3.2.1覆盖靶区体积

在每组计划等剂量曲线不变的情况下，靠近椎体靶区的靶区覆盖由计划T1～T5分别为：95.73%、95.97%、94.43%、94.19%和93.08%，其中T1和T2的数值相差较小，而T1和T5的数值相差较大，表明定位中心移动一个椎体时对靶区体积覆盖影响不大，当改动多个椎体时，靶区体积覆盖减小较多，引起的误差也较大；而远离椎体的靶区的靶区体积覆盖分别为98.52%、97.97%、96.57%、94.41%和90.42%，同靠近椎体靶区变化一致，相近定位中心的变化很小，当定位中心相距较远时，覆盖靶区体积变的较差，远离椎体靶区的变化比靠近椎体的变化更大。

3.2.2射线束和治疗时间

表1和表2显示，射线束分别从175和178改变为171和174，治疗时间则由49和47改变为48和45，基本上无太大的变化。表明定位中心的改变对射线束和治疗时间影响很小。

3.2.3适形度和新适形度

靠近椎体病变的靶区适形度和新适形度分别由1.22和1.27改变为1.20和1.28，改变较小，而远离椎体病变的靶区适形度和新适形度则由1.30和1.32改变为1.15和1.27，其中靶区适形度改变比新适形度改变较大。相比较而言，远离椎体靶区的适形度和新适形度较靠近椎体病变的改变大些。

3.2.4正常组织气管和食管的最大受量

表1中显示，气管受量最大值则为1716cGy、1802cGy、1831cGy、1844cGy和1971cGy；食管受量最大值分别为2682cGy、2632cGy、2590cGy、2617cGy和2810cGy。表2中气管最大受量分别为988cGy、993cGy、962cGy、947cGy和953cGy，食管受量最大值分别为558cGy、541cGy、466cGy、492cGy和515cGy。本研究显示，表1中正常组织的受量较表2大得多，这与靶区与正常组织距离远近和射线束经过与否有关，而靠近椎体病变中食管和气管的受量变化比远离椎体病变的变化大，表明对于远离椎体病变，如果采用椎体追踪模式，在改变定位中心时基本可以不考虑正常组织的变化，而对于靠近椎体病变，如果正常组织的受量较大，接近限值时则要多加考虑，如果受量超过限值，则要重新调整计划，给出适合的计划。

4　结论

通过对与椎体相关的两种追踪模式(椎体追踪和肺追踪)的研究其结果显示，肺追踪模式下靶区剂量分布不随定位中心的改变而改变；椎体追踪模式下靶区剂量分布随着定位中心的改变会有一定的变化，当定位中心改变较小时，剂量分布变化不大，而当定位中心改变较大时，剂量分布也会有较大的变化，其中远离椎体靶区的剂量分布改变较靠近椎体的大。在实际治疗过程中，当需要改变定位中心时，首先可以通过改变一个或者两个椎体的定位中心来调整计划分布。必要时在保证定位中心和靶区位置相对固定情况下，可以多调整椎体的定位中心，但是需要考虑正常组织的受量等。

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Research on the influence of target dose distribution with the changes of align center in Cyberkinfe treatment planning

/GAO Xing-xin,LU Jun,LI Sha,et al//China Medical Equipment,2016,13(3):28-31.

[Abstract]Objective:To investigate the influence of target dose distribution with the changes of align center in both Xsignt_spine and Xsight_lung tracking methods.Methods:Two cases using Xsight spine method and one case using Xsight_lung method were selected,one case was close to the spine and another was far away from the spine in Xsight_spine tracking targets,designed the treatment planning of all targets with the Cyberknife treatment planning system.First select the align center corresponding to target center to design the planning,then changed the align center gradually and designed a treatment plan when moving a spine,planning named as T1-T5.Results:The target dose distributions were changed of five planning in each target using Xsight_spine tracking methods,the change of coverage target volume was a little bigger than other parameters,the coverage target volume was from 95.73% to 93.08% in the target close to spine,and the coverage target volume was from 98.52% to 96.57% in the target away from spine.The dose distribution using Xsight_lung methods didn’t change with the align center.Conclusion:The influence of target dose distribution is definite with the change of align center with the targets using Xsight_spine methods.The change of dose distribution was not big when the change of align center was small,but when the change of align center was bigger,the dose distribution had great changes,the change of dose distribution with away from the spine was bigger than which close to the spine.The target dose distribution was constant with the change of align center under using Xsight_lung method.

[Key words]Cyberkinfe;Align center;Xsigt_spine;Xsigt_lung;Target dose distribution

收稿日期：2015-11-20

作者简介

DOI:10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.03.007

[文章编号]1672-8270(2016)03-0028-04

[中图分类号]R730.55

[文献标识码]A