不同治疗计划优化方式在听神经瘤伽马刀治疗中的剂量学比较.pdf

Modern Oncology 2023,31():3447-34503447MODERNONCOL31.No.182023年0 9 月第31卷第18 期现代肿瘤医学不同治疗计划优化方式在听神经瘤伽马刀治疗中的剂量学比较蔡俊涛，陈蔬，李鹏，李杨，张祝均，徐云波四川大学华西医院神经外科，四川成都6 10 0 41【摘要】目的：比较手动的正向计划（manual forward plan，M-FP）、手动靶点的逆向计划（manual shot in-verseplan,MS-IP）和自动靶点的逆向计划（automatic shot inverseplan，A S-IP）在听神经瘤靶区和危及器官（organ atrisk,OAR)的剂量学差异。方法：回顾接受伽玛刀治疗的2 6 例听神经瘤患者，分别重新设计M-FP、M S-I P和AS-IP。比较靶区剂量分布、照射时间和OAR剂量参数。结果：靶区剂量分布两种IP的覆盖率、选择性、Paddick适形度指数（PCI)均好于M-FP,差异有统计学意义（P0.05）;A S-I P的梯度指数（GI)略高于其余两种计划,与M-FP比较差异无统计学意义（P0.05）,与MS-IP比较差异有统计学意义（P0.05）；三种计划的照射时间从高到低依次为M-FP、M S-IP、A S-IP,两两比较差异均有统计学意义（P0.05）。O A R的剂量两种IP耳蜗的Dmax、D me a n 均低于M-FP,差异有统计学意义（P0.05）；三种计划脑干的Dmax、D o.1c、D me a n 差异均无统计学意义（P0.05）。结论：Leksell伽玛刀GammaPlan中的IP在优化过程中可能是一种次优的计划，但与FP相比，IP的靶区剂量分布略优，对小体积OAR保护更好，治疗时间上也体现出明显优势。如果未来进一步完善优化模式，或许对临床患者个体化的治疗有重要意义。【关键词】听神经瘤；正向计划；逆向计划；剂量【中图分类号】R739.4【文献标识码】AD01:10.3969/j.issn.1672-4992.2023.18.021【文章编号】16 7 2-4992-（2 0 2 3)18-3447-0 4Dosimetric comparison of different treatment plan optimization methods in Gamma Knifetreatment of acoustic neuromaCAI Juntao,CHEN Jing,LI Peng,LI Yang,ZHANG Zhujun,XU YunboDepartment of Neurosurgery,West China Hospital,Sichuan University,Sichuan Chengdu 610041,China.【A b s t r a c t Objective:Dosimetric differences in acoustic neuroma target volume and organ at risk(OAR)werecompared between manual forward plan(M-FP),manual shot inverse plan(MS-IP),automatic shot inverse plan(AS-IP).Methods:M-FP,MS-IP and AS-IP were redesigned respectively for twenty-six patients with acous-tic neuroma.The target dose distribution,beam-on time(BOT)and OAR dose parameters were compared.Results:The coverage,selectivity and Paddick conformity index(PCI)of the two IP in the target dose distribution were betterthan those of M-FP,with a statistically significant difference(P0.05).The gradient index(GI)of AS-IP was slightly higher than that of the othertwo plans.There was no significant difference between AS-IP and M-FP(P 0.05),but there was significantdifference between AS-IP and MS-IP(P0.05).The BOT of the three plans from high to low was M-FP,MS-IP,AS-IP,and the difference was statistically significant(P0.05).In terms of dose of OAR,Dmax and Dmean ofcochlea in the two kinds of IP were lower than those of M-FP,the difference was statistically significant(P0.05).The Dmax,Do.1 ce and Dmean of brainstem of thethree plans were not statistically significant(P 0.05).Conclusion:The IP in the Leksell Gamma Knife GammaPlanmay be a suboptimal plan during the optimization process,but compared to FP,the target dose distribution of IP isslightly better,providing better protection for small volume OAR,and demonstrating significant advantages in treatmenttime.If the optimization model is further improved in the future,it may have important significance for individualizedtreatment of clinical patients.Key words acoustic neuroma,forward plan,inverse plan,dose【收稿日期】2023 03 06【修回日期】2023-0512【作者简介】蔡俊涛（198 5），男，四川成都人，技师，主要从事放射物理与技术研究。E-mail:【通信作者】李鹏（197 8 一），男，重庆人，主任医师，硕士生导师，主要从事伽玛刀和DBS/SCS研究。E-mail:lipeng_3448.不同治疗计划优化方式在听神经瘤伽马马刀治疗中的剂量学比较蔡俊涛，等听神经瘤是起源于前庭神经鞘膜细胞的良性肿瘤，多由内听道口向桥小脑角区生长，在桥小脑角区肿瘤中最为常见，约占桥小脑角区肿瘤的8 5%1-3。虽然听神经瘤手术切除的方式不断发展，但是仍然面临很高的术后风险。而伽玛刀治疗已成为重要手段，不仅肿瘤控制率高，而且具有创伤小、恢复快以及较好地保护神经功能等优势4-6 医科达最新的LeksellIcon型伽玛刀系统，拥有192 颗钻-60放射源，围绕在准直器外表面的8 个可移动扇区中，每个扇区的2 4个源可以使用4mm、8 m m 或16 mm的准直器尺寸,或者用block完全阻挡射束，治疗期间治疗床和准直器在各个靶点之间自动完成走位7-8 。8 个扇区可以由不同的准直器或者block组合在一起,这样增加了射束的自由度,计划参数的可调制性更高。传统的伽玛刀计划往往由计划设计者手动调整完成，这种正向计划在调整参数过程中十分依赖设计者的经验，因此比较繁琐和耗时。而医科达GammaP-lanversionl0.0之后的版本能进行逆向计划设计，对于Lek-sellIcon型伽玛刀射束的高自由度可以更好地发挥作用，提升计划设计效率。本文比较伽玛刀不同计划优化后在听神经瘤的剂量学参数，对临床听神经瘤的伽玛刀治疗有重要的参考意义。1资料和方法1.1研究对象回顾2 0 2 1年12 月至2 0 2 2 年0 9月在我院神经外科接受伽玛刀治疗的2 6 例听神经瘤患者,其中男性13例,女性13例；中位年龄57 岁（2 37 6 岁），体积大小0.2 6 4 5.7 6 7cm,左侧12 例，右侧14例，处方剂量11 13.5Gy，处方等剂量线45%50%。患者首先行头部局部麻醉，佩戴LeksellFrameG立体定向框架，并尽量使病灶位于框架中心。采用CE公司SIGNAPremier3.OT磁共振行头部薄层3DT1BRA-VO序列增强扫描和3DT2CUBE序列扫描。MRI扫描的图像信息经局域网传输至GammaPlanversionl1.1.1治疗计划系统并勾画靶区和危及器官（organatrisk,OAR）1.2计划设计对每例患者分别重新设计手动的正向计划（manual for-wardplan,M-FP）、手动靶点的逆向计划（manualshot inverseplan,MS-IP）、自动靶点的逆向计划（automatic shot inverseplan,AS-IP)三组计划,治疗设备采用医科达公司的 LeksellIcon型伽玛刀。M-FP根据肿瘤实际情况放置靶点，手动调节靶点位置、扇区准直器和权重大小，最终达到临床治疗要求。而MS-IP手动放置靶点，AS-IP则自动放置靶点，然后均采用计划系统自动优化。为排除照射时间(beamo ntime,BOT)对IP的影响,优化时BOT的权重均为O,每次优化迭代次数至少大于30 0 0，使用动态成形（dynamic shaping，DS)功能调整OAR的受量,最终达到临床要求的计划。1.3计划参数评估和比较对三种计划剂量评估包括以下参数：靶区覆盖率（c o v e r a g e）：定义为处方剂量体积（prescription isodosevol-ume,PIV）所覆盖的靶区体积（targetvolume，T V）占靶区体积(TV）的比率，即coverage=VpivnTv/Vrv,其中VpivnTv表示PIV与TV重合的体积；选择性（selectivity）：定义为处方剂量体积（PIV）所覆盖的靶区体积（TV）占处方等剂量体积(PIV)的比率，即selectivity=VpivnTv/Vpiv;梯度指数（gra-dientindex，G I）：定义为50%处方等剂量体积（PIV）与处方等剂量体积（PIV）比值，即GI=V50%PIv/Vprv;GI代表剂量跌落的急剧程度，值越小表示剂量跌落越快；Paddick适形度指数(Paddick conformity index,PCI）9：代表处方剂量与靶区VVPIVnTV形状的符合程度，即PCI=,PCI值在0 1之间,越VrvVpIVv接近于1表明适形度越好；照射时间（BOT）：代表射束打开的时间，计划设计时由系统计算出BOT；O A R评估包括耳蜗的最大剂量Dmax、平均剂量Dmean；脑干的最大剂量D,max0.1cc的剂量Do.1c和平均剂量D,nean1.4统计学方法数据采用均数标准差表示，使用SPSS19.0统计软件进行数据分析。对各项数据正态性分布采用ShapiroW i l k检验，对符合正态分布的两两比较采用配对t检验，不符合正态分布的两两比较采用配对Wilcoxon符号秩检验，检验水准=0.05,P0.05为差异有统计学意义。2结果2.1靶区剂量比较如表1所示三种计划的靶区剂量学参数，两种IP的靶区覆盖率、选择性、PCI均好于M-FP,差异有统计学意义（P0.05）；A S-I P的GI略高于其余两种计划,与M-FP比较差异无统计学意义(P0.05）,与MS-IP比较差异有统计学意义（PMS-IPAS-IP,两两比较差异均有统计学意义（P0.05），A S-I P的执行效率最高。其中1例患者的三种计划靶区剂量分布见图1。表1三种计划靶区剂量学参数比较交（s)Tab.1Target dosimetric parameters comparison of three planss(xs)ParameterM-FPMS-IPAS-IPCoverage0.95 0.02*00.96 0.01*0.96 0.01*Selectivity0.84 0.05020.88 0.040.87 0.05GI2.69 0.182.68 0.152.72 0.13PCI0.80 0.04020.84 0.040.84 0.04BOT(min)63.0 15.40252.1 13.946.0 12.0Note:Compared with group MS-IP,P 0.05.:Co mp a r e d w i t hgroup AS-IP,P0.05.*:The data were tested by Wilcoxon signedrank test.2.2危及器官剂量比较两种IP耳蜗的DmaxDmean均低于M-FP,差异有统计学意义（P0.05）；三种计划脑干的Dmax、D o.1c、D me a n 相比差异均无统计学意义（P 0.0 5）。O A R剂量学参数比较见表2。3讨论随着人们健康意识的提高和影像诊断技术的发展，大多数听神经瘤可以在早期获得诊断和治疗。伽玛刀作为治疗听神经瘤的重要方式，是以高精度的大剂量照射和剂量的急剧下降为特点，从而减少对周围正常组织的照射。然而，耳蜗的辐射损伤已经越来越多地被认为是造成听力损伤的可能原因。SCHUMACHER10等的研究耳蜗平均剂量6 Gy和6 Gy，分别有10 0%和13%的患者保留了可用听力；耳蜗最大剂量 12 Gy和12 Gy的患者中，分别有8 0%和2 5%保留了可用听力。JACOBI等的研究耳蜗平均剂量 5Gy和5Gy,3年有效听力保留分别为7 6%和37%。但应该使用什么剂量参数来限制耳蜗剂量，目前几乎没有一致地意见，而最近的一项综述中提出了建议将平均耳蜗剂量 4 63449：MODERNONCOL31.No.182023年0 9 月第31卷第18 期现代肿瘤医学Gy设为剂量限制目标12 。HAYHURST13等的研究指出在有不良辐射反应的患者中，脑干的平均最大剂量为13.8 2Gy,而没有不良辐射反应的为11.16 Gy,并且进一步建议脑干的临界剂量阈值为13Gy。K U RT CA N14 等的一项初步研究表明脑干和耳蜗剂量是决定脑干水平听觉通路微结构损伤的主要因素，但该研究并未指出相关的剂量阈值。本研究中比较了脑干和耳蜗的各项剂量参数，脑干的剂量三种计划基本相当,耳蜗的剂量两种IP相比FP有明显的优势。由于耳蜗的体积较小，这使得IP设计时DS功能比较容易避开耳蜗，同时对靶区的整体覆盖影响较小。而脑干的体积相对较大,DS功能难以较好的兼顾脑干和靶区剂量。IP仍然不足的是在优化时只能对靶区设置权重，而不能对OAR设置目标函数，这样自动优化时并未实际考虑OAR的受量，必须在优化结束后用DS功能再调整，这种产生的计划可能并不是最优的。ABSP:43,2SP:43,21200SP:43.2图11例患者的三种计划靶区剂量分布A、B、C 分别为M-FP、M S-I P、A S-I P。Fig.1 The target dose distribution of three plans for one patientA,B and C are M-FP,MS-IP,and AS-IP,respectively.表2 三种计划危及器官剂量学参数比较(s)Tab.2OAR dosimetric parameters comparison of three plans(xs)OAR and parameterM-FPMS-IPAS-IPCochleaDmax(Gy)8.03.5*027.3 3.2*7.1 3.0*Dmean(Cy)4.5 1.7*04.11.5*4.01.5*BrainstemDmax(Gy)9.0 3.8*9.13.8*8.93.8*Do.1 c(CGy)5.9 2.6*6.02.7*6.02.9*Dmean(Gy)1.2 0.61.2 0.61.2 0.7Note:Compared with group MS-IP,P0.05.:Co m p a r e d w i t hgroup AS-IP,P0.05）。结论：孟德尔随机化结果显示茶摄人量与膀胱癌发病风险之间无因果关系。【收稿日期】2022-10-21【修回日期】2 0 2 3-0 4-2 8【基金项目】山西省卫生健康委科研课题（编号：2 0 2 2 0 7 3）【作者简介】柴红强（1998 一），男，山西运城人，硕士研究生，研究方向：泌尿系肿瘤。E-mail：c h a i 1998 33 s i n a.c o m【通信作者】邵晋凯（196 3一），男，山西太原人，主任医师，研究方向：泌尿系肿瘤。E-mail：s h a o j i n k a i 2 0 0 8 s i n a.c o m