宮頸癌螺旋斷層和容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)治療劑量學(xué)研究

潘林飛+++王彬冰+++單國(guó)平+++陳維軍+++楊雙燕+++袁淑惠

[摘要] 目的 評(píng)估螺旋斷層放射治療（TOMO）和容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)（VMAT）對(duì)于宮頸癌劑量學(xué)的影響。 方法 選取2015年5月～2016年2月在浙江省腫瘤醫(yī)院治療的20例宮頸癌患者，分別應(yīng)用TOMO和VMAT兩種照射技術(shù)，比較兩種照射技術(shù)之間的靶區(qū)和危及器官之間的劑量學(xué)參數(shù)、有效治療時(shí)間以及治療跳數(shù)。 結(jié)果 應(yīng)用TOMO治療技術(shù)患者，腫瘤靶區(qū)的適形指數(shù)為（0.895±0.013），均勻性指數(shù)為（0.051±0.010），均優(yōu)于應(yīng)用VMAT[（0.860±0.021）、（0.079±0.010）]（P < 0.01）。對(duì)于正常組織，TOMO同樣具有劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)，但是TOMO所需要的平均治療時(shí)間為（548±44）s，遠(yuǎn)大于VMAT所需要的平均時(shí)間[（136±5）s]（P < 0.01）；同時(shí)，TOMO需要更多的治療跳數(shù)（7862±647），而應(yīng)用VMAT的平均治療跳數(shù)為（533±27），差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01）。 結(jié)論 TOMO技術(shù)能獲得更好的靶區(qū)適形性和均勻性以及對(duì)正常組織的保護(hù)，但是實(shí)施TOMO技術(shù)的有效治療時(shí)間和治療跳數(shù)多于VMAT技術(shù)。

[關(guān)鍵詞] 宮頸癌；螺旋斷層放射治療；容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)；劑量學(xué)

[中圖分類(lèi)號(hào)] R737.31 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673-7210（2017）04（b）-0095-04

[Abstract] Objective To investigate the influence of helical tomotherapy （TOMO） and volumetric modulated arc therapy （VMAT） on the dosimetry of cervical cancer. Methods Twenty cases of patients with cervical cancer treated in Zhejiang Cancer Hospital from May 2015 to February 2016 were selected， they were taken radiotherapy techniques of TOMO and VMAT respectively. The dosimetry parameters， effective deliver time and monitor unit of target region and organ at risk between two radiotherapy techniques were compared. Results For the patients applying TOMO technique， the conformity index was （0.895±0.013）， homogeneity index was （0.051±0.010）， which were all better than those applying VMAT [（0.860±0.021）， （0.079±0.010）] （P < 0.01）. For normal tissue， TOMO also has dosimetry advantage. However， the average delivery time of TOMO was （548±44） s， which was significantly longer than that of VMAT [（136±5） s] （P < 0.01）； at the same time， TOMO needed more monitor unit （7862±647）， while the average monitor unit of VMAT was （533±27）， the difference was highly statistically significant （P < 0.01）. Conclusion TOMO technique can obtain better conformity and homogeneity of target region and protection for the normal tissue， but the effective deliver time and monitor unit of performing TOMO are more than those of VMAT.

[Key words] Cervical cancer； Helical tomotherapy； Volumetric modulated arc therapy； Dosimetry

宮頸癌是現(xiàn)代婦女較為常見(jiàn)的惡性腫瘤，放射治療是宮頸癌的主要治療方式之一。隨著技術(shù)的發(fā)展，放射治療已經(jīng)從固定射野調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)發(fā)展成旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)的照射方式，如容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)（volumetric modulated arc therapy，VMAT）、螺旋斷層放射治療（helical tomotherapy，TOMO）等[1-4]。與傳統(tǒng)的固定野調(diào)強(qiáng)技術(shù)相比，弧形調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)使用的射野方向自由度高，從而更有利于保護(hù)正常組織受照劑量，同時(shí)也能保證腫瘤靶區(qū)產(chǎn)生較高的劑量適形度。TOMO和VMAT是兩種不同的弧形調(diào)強(qiáng)放射治療，由于兩者的治療技術(shù)實(shí)行方式不同，因此產(chǎn)生的劑量學(xué)結(jié)果存在差異。已有較多文獻(xiàn)報(bào)道了兩種放療技術(shù)分別和固定野放療技術(shù)劑量學(xué)的比較研究[5-7]，但是對(duì)于TOMO和VMAT兩者之間直接劑量學(xué)的比較較少，關(guān)于宮頸癌的文獻(xiàn)僅有零星報(bào)道[8-9]。本研究比較和分析了20例宮頸癌患者TOMO和VMAT之間的劑量學(xué)差異以及治療跳數(shù)（monitor unit，MU）和治療時(shí)間（deliver time，DT）。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2015年5月～2016年2月在浙江省腫瘤醫(yī)院治療的Ⅲ、Ⅳ期宮頸癌晚期放射治療患者20例，年齡28～56歲，中位年齡45歲，患者都是廣泛子宮切除，并行腹膜淋巴結(jié)清掃。

1.2 方法

1.2.1 CT模擬定位 CT掃描前1 h患者排空膀胱，口服800 mL水（含20 mL濃度為76%的泛影葡胺），憋尿充盈膀胱。患者取仰臥位躺在腹部體罩固定板上，雙手抱頭置于額前。采用熱塑體膜固定體位，在人體的兩側(cè)和體前的激光燈十字線處分別放置鉛珠。由GE high-speed 80 cm CT模擬機(jī)掃描獲取患者的影像數(shù)據(jù)，掃描的范圍：上界至胸12下緣，下界至閉孔下緣，層厚5 mm。

1.2.2 靶區(qū)和危及器官的勾畫(huà) 通過(guò)RayStation V4.5.1.14治療計(jì)劃系統(tǒng)接收患者CT圖像，根據(jù)ICRU 50、62號(hào)文件逐層勾畫(huà)臨床靶體積（clinical target volume，CTV）、計(jì)劃靶體積（planning target volume，PTV）、危及器官（organ at risk，OAR）。對(duì)于宮頸癌晚期患者的CTV包括陰道及殘端、陰道旁軟組織、盆腔淋巴引流區(qū)域（包括髂總、髂外、髂內(nèi)、閉孔及髂前淋巴結(jié)區(qū)）、腹主動(dòng)脈旁淋巴引流區(qū)。PTV在CTV的基礎(chǔ)上外放0.7～2.0 cm。OAR包括直腸、膀胱、骨髓、腸袋、脊髓、腎臟。

1.2.3 靶區(qū)處方劑量和危及器官的限量 處方劑量：PTV 46.8 Gy/26次，1次/d，5次/周。危及器官劑量限制：膀胱D2cc≤50 Gy，直腸D2cc≤50 Gy，骨髓Ⅴ10≤90%且Ⅴ20≤75%，腸袋V46.8≤195cc，左腎和右腎均為Ⅴ12.5≤50%且Ⅴ22.5≤30%，脊髓Dmax≤40 Gy。

1.2.4 治療計(jì)劃設(shè)計(jì) VMAT采用雙弧旋轉(zhuǎn)照射（178°到182°和182°到178°），由RayStation V4.5.1.14治療計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算并優(yōu)化而來(lái)。TOMO采用360°螺旋照射，結(jié)合初始優(yōu)化參數(shù)（射野寬度為2.5 cm，調(diào)制因子2.2～2.3，螺距0.287）由TomoHTMV2.0.5逆向治療計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算并優(yōu)化而來(lái)。

1.2.5 評(píng)估方法 兩種不同的治療計(jì)劃對(duì)靶區(qū)和OAR的評(píng)價(jià)參數(shù)如下：①靶區(qū)。PTV根據(jù)ICRU 83號(hào)報(bào)告，采用接近最大劑量D1、D2，接近最小劑量D98、D99，平均劑量Dmean，靶區(qū)的處方劑量覆蓋D95，靶區(qū)的均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI）=（D2-D98）/D95，D2、D95、D98分別表示2%、95%、98%的靶體積接受的劑量，HI值越接近0，表示靶區(qū)劑量梯度陡直，均勻性越好。適形指數(shù)（conformity index，CI）=（VT，ref×VT，ref）/（VT×Vref）。VT為靶區(qū)的體積，VT，ref為處方劑量等劑量線面所包繞的靶區(qū)體積，Vref為處方劑量等劑量線面所包繞的所有區(qū)域的體積。CI取值在0～1，越靠近1說(shuō)明靶區(qū)適形性越好。②OAR。直腸統(tǒng)計(jì)D2cc（Gy）、D1cc（Gy）、V30（%）、V40（%）、V45（%）；膀胱統(tǒng)計(jì)了D2cc（Gy）、D1cc（Gy）、V40（%）、V45（%）；骨髓統(tǒng)計(jì)了V10（%）、V20（%）、V30（%）、V40（%）；腸袋統(tǒng)計(jì)了V10（%）、V20（%）、V30（%）、V40（%）、V46.8（cc）；腎臟統(tǒng)計(jì)了V12.5（%）、V22.5（%）、Dmean（Gy）；脊髓統(tǒng)計(jì)了Dmax（Gy）。

1.2.6 MU和DT MU為評(píng)估兩種治療計(jì)劃的所有MU。DT為加速器上執(zhí)行跳數(shù)的時(shí)間（不包括擺位時(shí)間）。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

應(yīng)用SPSS 13.0軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示，采用配對(duì)t檢驗(yàn)，以P < 0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量比較

本研究顯示，TOMO和VMAT兩種治療技術(shù)對(duì)應(yīng)的放射治療計(jì)劃對(duì)靶區(qū)的覆蓋均能滿足臨床需求，圖1（封四）和表1所示TOMO計(jì)劃對(duì)于D1、D2和Dmean較VMAT計(jì)劃低，差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01）；D98和D99較VMAT較高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05、P < 0.01）。TOMO計(jì)劃和VMAT計(jì)劃的CI分別為（0.895±0.013）和（0.860±0.021），TOMO計(jì)劃的CI值更接近1，適形度優(yōu)于VMAT，差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01）；TOMO和VMAT的HI分別為（0.051±0.010）和（0.079±0.010），TOMO計(jì)劃的HI更接近0，差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01）。兩種治療計(jì)劃的D95比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P > 0.05）。

2.2 OAR劑量學(xué)比較

如表2和圖1（封四）所示，對(duì)于OAR的比較，直腸除了V45差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P > 0.05）外，D1cc、D2cc、V30、V40差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01或P < 0.05），TOMO均比VMAT有不同程度的減少。膀胱除了V45差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P > 0.05），D1cc、D2cc、V40 TOMO均比VMAT低，差異均有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01）。骨髓V10、V20、V30、V40 TOMO比VMAT低，差異均有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01）。脊髓Dmax TOMO比VMAT低，差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01）。腎臟左腎和右腎差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P > 0.05）。腸袋除了V10和V46.8外，V20、V30、V40 TOMO均比VMAT低，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01或P < 0.05）。

2.3 DT和MU比較

TOMO計(jì)劃的平均MU較VMAT計(jì)劃的平均MU明顯增多，差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01）；TOMO的DT較VMAT明顯延長(zhǎng)，差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01）。見(jiàn)表3。

3 討論

宮頸癌晚期患者的靶區(qū)體積較大，且沿人體縱軸方向形狀變化范圍較大。與VMAT相比，TOMO加速器改變了多葉準(zhǔn)直器（multileaf collimator，MLC）的設(shè)計(jì)，使得加速器能產(chǎn)生強(qiáng)度分布更復(fù)雜的射野，既可以確保靶區(qū)劑量的均勻性，又可以實(shí)現(xiàn)射線路徑避開(kāi)需要保護(hù)的OAR，同時(shí)可以治療多個(gè)靶區(qū)，并且再治療時(shí)已經(jīng)治療過(guò)的區(qū)域及OAR可以得到準(zhǔn)確的避讓[10]。本研究結(jié)果顯示，兩種治療計(jì)劃的靶區(qū)處方劑量覆蓋D95相似。比較PTV各項(xiàng)參數(shù)，靶區(qū)近似最大劑量（D1，D2）和平均劑量（Dmean）TOMO均比VMAT低，分別低了1.13、1.14、0.74 Gy，靶區(qū)的近似最大劑量D98和D99 TOMO比VMAT高，分別高了0.33、0.59 Gy，表明TOMO可以降低靶區(qū)的高劑量體積，同時(shí)盡可能地保證靶區(qū)接受的近似最小劑量接近處方劑量，TOMO可以使靶區(qū)的劑量梯度更加陡直；TOMO計(jì)劃的CI和HI較VMAT計(jì)劃，分別提高了4%和35%，表明TOMO具有更好的適形性和均勻性。

TOMO對(duì)于OAR的保護(hù)也有明顯的優(yōu)勢(shì)。直腸、膀胱是一種混合型的OAR，由并聯(lián)單位和串聯(lián)單位構(gòu)成，它的放射耐受性與百分體積劑量相關(guān)，同時(shí)與局部最高劑量也相關(guān)。本研究中直腸、膀胱的D1cc和D2cc，TOMO分別比VMAT低了0.93、0.76 Gy和0.54、0.48 Gy，直腸V30、V40 TOMO分別比VMAT降低了5%、13%，膀胱V40 TOMO比VMAT降低了11%。較VMAT計(jì)劃，TOMO計(jì)劃明顯降低直腸、膀胱的受照劑量，減少急性膀胱炎[11]和直腸出血[12]等的放射性損傷風(fēng)險(xiǎn)。骨髓是并行器官，屬于晚反應(yīng)組織，據(jù)相關(guān)研究報(bào)道稱(chēng)骨髓抑制的發(fā)生與10、20、40 Gy的受照體積成正相關(guān)，且在同步放化療中10、20、30 Gy的受照體積分別低于90%、76%、40%，對(duì)于骨髓抑制的發(fā)生可明顯降低[13-14]。本研究中，骨髓V10、V20、V30、V40 TOMO分別比VMAT降低了10%、18%、21.5%、16.8%，是本研究中OAR優(yōu)勢(shì)最為明顯的正常組織，TOMO可明顯較少骨髓的受照體積，從而降低在放射治療中發(fā)生骨髓抑制的概率。脊髓屬于串行器官，脊髓最大劑量TOMO比VMAT低了5.8 Gy。腸袋包括小腸和乙狀結(jié)腸，它的放射毒性發(fā)生率與受照體積相關(guān)[15]，V20、V30、V40 TOMO比VMAT降低了7.8%、8%、9%，TOMO可以降低小腸和乙狀結(jié)腸的毒副作用。

有效DT的長(zhǎng)短直接影響著患者治療的舒適度，另外也會(huì)增加治療中的不確定因素，如患者的器官移動(dòng)，患者本身因不舒適而造成的移動(dòng)等。本研究中DT和MU上TOMO計(jì)劃分別是VMAT計(jì)劃的4倍和14倍。與Tsai等[5]報(bào)道一致，TOMO比VMAT的DT長(zhǎng)（3.8 min比2.6 min）且MU多（3368比309）。

4 結(jié)論

VMAT和TOMO都屬于旋轉(zhuǎn)治療，可以360°任意角度治療，不受角度限制，但兩者治療技術(shù)實(shí)行方式不同，一個(gè)是可以在常規(guī)加速器上開(kāi)展的容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)，一個(gè)是只能在Helical TOMOtherapy上開(kāi)展的螺旋斷層調(diào)強(qiáng)。較常規(guī)加速器的普通MLC，Helical TOMOtherapy配備的是獨(dú)特的二元?dú)鈩?dòng)MLC，基于此種技術(shù)結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，使得TOMO在劑量分布上更具優(yōu)勢(shì)，對(duì)于腫瘤靶區(qū)形狀、大小等更為靈活。

本研究發(fā)現(xiàn)兩種技術(shù)的治療計(jì)劃在滿足臨床要求的前提下，靶區(qū)在CI和HI方面，TOMO有明顯的優(yōu)勢(shì)；在OAR保護(hù)方面，TOMO也有很大優(yōu)勢(shì)，其中優(yōu)勢(shì)最大的是股骨頭，其次是脊髓，另外膀胱V40和直腸V40以及腸袋也有較大的優(yōu)勢(shì)。在DT和MU方面，TOMO明顯大于VMAT，治療效率及對(duì)射束的利用率不高。

TOMO在宮頸癌放射治療中有明顯的劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)，除了治療效率劣于VMAT。但是在實(shí)際治療過(guò)程中，這種劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)能否轉(zhuǎn)化為腫瘤的控制率的提高，以及正常組織的毒副作用減輕，仍需進(jìn)一步的臨床研究，這將是下一步工作的重點(diǎn)與方向。

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（收稿日期：2017-01-02 本文編輯：張瑜杰）