兩種容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)方法在局部晚期直腸癌術(shù)前放療的劑量學(xué)比較

彭 倩，駱科林，謝 朝，曾 銘

(四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院腫瘤中心，四川 成都 610072)

兩種容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)方法在局部晚期直腸癌術(shù)前放療的劑量學(xué)比較

彭 倩，駱科林，謝 朝，曾 銘

(四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院腫瘤中心，四川 成都 610072)

目的研究不同容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)方法對局部晚期直腸癌術(shù)前短程放療病例的劑量學(xué)影響。方法選擇Ⅱ～Ⅲ期直腸癌病例16例，使用容積弧形調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)(RapidArc)對每個(gè)病例分別進(jìn)行雙全弧(FAAS)和雙半弧(PA，150°～210°)的計(jì)劃設(shè)計(jì)，比較兩種計(jì)劃下的靶區(qū)和危及器官各劑量參數(shù)以及總機(jī)器跳數(shù)(MU)。結(jié)果兩種設(shè)計(jì)的計(jì)劃靶區(qū)(PTV)接受2325 cGy的照射體積(V2325cGy)、最小劑量(Dmin)、最大劑量(Dmax)、靶區(qū)適形指數(shù)(CI)、靶區(qū)劑量均勻性指數(shù)(HI)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P< 0.05)；FAAS中大腸、膀胱、盆腔骨髓、左右股骨頭的平均劑量(Dmean)較PA明顯降低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P< 0.05)；總機(jī)器MU差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P< 0.05)；其余指標(biāo)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P> 0.05)。結(jié)論在局部晚期直腸癌接受術(shù)前短程放療RapidArc計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)，選擇FAAS可以保證靶區(qū)劑量的適形度和均勻性，減少危及器官的受量，降低總MU輸出。

容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療；放療劑量；直腸癌；術(shù)前放療

結(jié)直腸癌在全世界常見惡性腫瘤中位居第三，且近年來在我國發(fā)病率有逐漸上升趨勢[1]。目前，術(shù)前放射治療為Ⅱ、Ⅲ期直腸癌患者的標(biāo)準(zhǔn)治療模式[2，3]。直腸癌術(shù)前短程放療是指術(shù)前照射總劑量2500 cGy，每天1次，每次500 cGy，共照射5次。近期研究表明，短程放療聯(lián)合化療延長了cT3或cT4直腸癌患者的總生存時(shí)間、降低了急性毒性反應(yīng)[4]。近年來，容積弧形調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)(RapidArc)已逐步應(yīng)用于盆腔腫瘤的放射治療[5，6]。研究顯示，與三維適形和調(diào)強(qiáng)放射治療相比，RapidArc在靶區(qū)劑量分布、保護(hù)危及器官、減少照射時(shí)間等方面都更具優(yōu)勢[7]。目前，計(jì)劃者往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)RapidArc方案，造成了不同醫(yī)療機(jī)構(gòu)間計(jì)劃設(shè)計(jì)的差異。本研究旨在通過RapidArc聯(lián)合無均整濾過射線(FFF)束技術(shù)進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，根據(jù)不同參數(shù)的比較，尋找均衡、穩(wěn)定的設(shè)計(jì)方案，以指導(dǎo)臨床應(yīng)用。

1 資料與方法

1.1一般資料選取本院腫瘤中心2015年12月至2016年6月經(jīng)病理學(xué)檢查證實(shí)的直腸癌患者16例，其中男10例，女6例，年齡42～78歲(中位年齡57.5歲)，腫瘤距肛緣長度3～9 cm(中位數(shù)4.95 cm)，所有患者ECOG評分均≤2分，無放療禁忌癥。根據(jù)UICC 2010 TNM分期標(biāo)準(zhǔn)，患者臨床分期均為Ⅱ～Ⅲ期，其中cT3患者12例，cT4患者4例。

1.2方法所有患者均簽署接受放射治療的知情同意書，對每例患者分別進(jìn)行FAAS和PA計(jì)劃設(shè)計(jì)。掃描前患者充盈膀胱，掃描時(shí)取俯臥位，以Belly-board聯(lián)合熱塑體模固定，在Siemens Somation CT定位機(jī)下行CT增強(qiáng)掃描。掃描范圍從膈頂至坐骨結(jié)節(jié)下2 cm，層厚3 mm。

靶區(qū)勾畫參考國際輻射單位與測量委員會(ICRU)62號文件報(bào)告[8]及Nancy等[9]建議，臨床靶區(qū)(CTV)包括大體腫瘤體積、骶前、完整的直腸及直腸系膜、髂淋巴結(jié)引流區(qū)。cT3 期包括左、右側(cè)髂內(nèi)淋巴引流區(qū)；cT4期包括浸潤的鄰近器官處腫瘤外2 cm范圍和左、右側(cè)髂外淋巴引流區(qū)。上界通常位于L5上緣，下界為盆底。計(jì)劃靶區(qū)(PTV)由計(jì)劃系統(tǒng)生成，定義為CTV邊界在三維方向上外擴(kuò)0.5～1 cm。危及器官包括：膀胱、大腸(除直腸外所有影像可見大腸)、小腸(所有影像可見小腸)、骨盆骨髓(包括骨窗上骶骨、髂骨、坐骨及恥骨的低密度區(qū))、左右股骨頭(包括股骨頭及股骨頸)。

1.3治療計(jì)劃設(shè)計(jì)應(yīng)用Eclipse 10.0(美國Varian公司)治療計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行RapidArc計(jì)劃設(shè)計(jì)，在TrueBeam加速器(美國Varian公司)上進(jìn)行模擬，多葉準(zhǔn)直器帶有60對葉片。采用6 MV光子束，F(xiàn)FF模式，最大劑量率為1400 MU/min。每個(gè)患者分別進(jìn)行了雙全弧(FAAS)和雙半弧(PA，150°～210°)計(jì)劃設(shè)計(jì)，見圖1。每組計(jì)劃使用的劑量限值和優(yōu)化條件均不變，處方劑量2500 cGy/5次，要求95%PTV達(dá)到處方劑量。危及器官劑量限值參考AAPM任務(wù)組101號報(bào)告[10]。

圖1 全弧和半弧計(jì)劃設(shè)計(jì)示意圖 a： FAAS；b：PA

1.4觀察指標(biāo)用劑量-體積直方(DVH)圖對PTV劑量參數(shù)以及劑量分布的適形度和均勻性進(jìn)行比較。①PTV的劑量參數(shù)：93%、105%、110%處方劑量的照射體積分別表示為V2325cGy、V2625cGy、V2750cGy；靶體積最小、最大、平均劑量分別表示為Dmin、Dmax、Dmean[11]；②劑量分布的適形度和均勻性分別以適形指數(shù)(CI)、均勻性指數(shù)(HI)表示。CI=VT.ref/VT× VT.ref/Vref，其中VT.ref為接受處方劑量的PTV體積，VT為PTV體積，Vref為接受處方劑量的所有區(qū)域體積，CI取值為0～1，越接近于1說明靶區(qū)適形度越好。HI=(D2-D98)/D50，HI值越大說明劑量分布越不均勻。危及器官參數(shù)分別以V500cGy、V1000cGy、V1500cGy、V2000cGy、Dmin、Dmax、Dmean表示。加速器總跳數(shù)以MU計(jì)量。

1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)方法數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，組間比較采用配對t檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)；非正態(tài)分布數(shù)據(jù)以中位數(shù)(25%～75%)表示，組間比較采用Wilcoxon符號秩檢驗(yàn)。P< 0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1PTV參數(shù)指標(biāo)FAAS計(jì)劃條件下時(shí)，患者PTV的V2325cGy明顯大于PA，且 Dmin劑量較大、Dmax劑量較小，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P< 0.05)，見表1；兩種計(jì)劃PTV V2625cGy、V2750cGy及Dmean差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P> 0.05)。FAAS計(jì)劃PTV的CI值較大，HI值較小，較PA計(jì)劃具有更好的適形度及劑量均勻性(P< 0.05)，如圖2。

表1 兩種容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)方法患者靶區(qū)受照射劑量比較

圖2 1例直腸癌患者的兩種治療計(jì)劃的橫斷面分布 a：FAAS；b：PA

2.2大腸相關(guān)參數(shù)指標(biāo)所有計(jì)劃都滿足大腸Dmax<3800cGy的劑量限制。FAAS計(jì)劃中，大腸的V500cGy、V1000cGy、V1500cGy均較PA計(jì)劃顯著減小(P< 0.05)；且Dmin及Dmean也較PA計(jì)劃明顯降低(P< 0.05)；Dmax差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P> 0.05)，見表2。

2.3其余危及器官平均劑量比較PAAS計(jì)劃膀胱Dmean較PA計(jì)劃明顯降低(P< 0.05)；兩種計(jì)劃小腸Dmean差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；PAAS的盆腔骨髓Dmean較PA劑量降低(P< 0.05)；與PA計(jì)劃比較，PAAS計(jì)劃中左右股骨頭的平均劑量也明顯減小(P< 0.05)。見表3。

表2 兩種計(jì)劃中患者大腸的各劑量學(xué)參數(shù)比較

表3 兩種計(jì)劃中患者危及器官的平均劑量比較

2.4兩組加速器MU比較PAAS計(jì)劃的平均MU為(1161.25±156.78)，PA計(jì)劃的平均MU為(1770.50±257.37)，兩組計(jì)劃的MU比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P< 0.05)；其中，PAAS較PA計(jì)劃平均MU減少了34.40%。見圖3。

圖3 1例直腸癌患者FAAS和PA計(jì)劃的DVH圖比較

3 討論

目前，術(shù)前新輔助放化療為局部晚期直腸癌的標(biāo)準(zhǔn)治療。近年來研究表明，總劑量2500 cGy，共5次的短程術(shù)前放療在疾病控制率和降低急性毒性反應(yīng)等方面展現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢[12]。國內(nèi)的一些學(xué)者也在逐漸開展直腸癌術(shù)前短程放療臨床實(shí)驗(yàn)，但是關(guān)于直腸癌短程放射治療計(jì)劃的劑量學(xué)研究卻鮮有報(bào)道。本研究著眼于RapidArc聯(lián)合FFF技術(shù)在大分割放射治療中的運(yùn)用，對16例接受術(shù)前放療的直腸癌患者分別進(jìn)行FAAS和PA 計(jì)劃設(shè)計(jì)，以指導(dǎo)腸癌患者短程放療的運(yùn)用。

本研究顯示，對于局部晚期的直腸癌患者的術(shù)前RapidArc放療計(jì)劃，無論是FAAS還是PA計(jì)劃均能滿足臨床靶區(qū)覆蓋的要求，靶區(qū)劑量分布相似，但FAAS明顯具有更好的靶區(qū)適形度和劑量均勻性。FAAS計(jì)劃中大腸的V500cGy、V1000cGy、V1500cGy、Dmin、Dmean較PA計(jì)劃明顯降低，說明FAAS在腸道的保護(hù)上更具優(yōu)勢。本研究兩種計(jì)劃小腸的Dmean差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，考慮原因可能為勾畫靶區(qū)時(shí)將大腸、小腸分別進(jìn)行了定義，并且大腸和小腸的勾畫范圍包含了所有CT影像可見區(qū)域，F(xiàn)AAS保護(hù)腸道的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在大腸的相關(guān)參數(shù)上。為了更精確評價(jià)危及器官的照射劑量，除膀胱、左右股骨頭外，盆腔骨髓也納入了勾畫范圍，結(jié)果顯示，上述器官的Dmean均小于PA計(jì)劃，說明FAAS方法能夠更好的保護(hù)危及器官，降低其照射劑量。此外，本研究還分別進(jìn)行了實(shí)施FAAS與PA計(jì)劃所需加速器MU的統(tǒng)計(jì)分析。PAAS較PA計(jì)劃平均MU減少了34.40%，這表明PAAS能顯著減少加速器總跳數(shù)。

Yu等[11，13]在進(jìn)行局部晚期直腸癌Tomotherapy與3D-CRT劑量學(xué)比較的研究中，進(jìn)行了以下的劑量限制：膀胱Dmax< 2400 cGy、V1100cGy<50%；腸道Dmax<2500 cGy、V300cGy< 50%；股骨頭Dmax<2000 cGy、V1500cGy< 50%。本研究進(jìn)行了RapidArc的計(jì)劃設(shè)計(jì)與優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)上述三個(gè)危及器官的Dmax均超出了Yu[11，13]研究的劑量限制，但其余指標(biāo)都能滿足。這可能與不同研究中靶區(qū)勾畫范圍密切相關(guān)，尤其是PTV覆蓋膀胱和腸道的區(qū)域大小。根據(jù)直腸癌術(shù)前放療靶區(qū)勾畫的相關(guān)指南[9]，因考慮到膀胱及直腸的位置變化，要求CTV的勾畫邊緣至少包含膀胱內(nèi)1～1.5 cm范圍，這可能是本研究中膀胱劑量較高的重要原因。結(jié)合本研究的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，我們認(rèn)為AAPM 101號報(bào)告[10]中推薦的大分割照射下的危及器官劑量限制更具指導(dǎo)意義。此外，本研究僅進(jìn)行了150°～210°的PA計(jì)劃設(shè)計(jì)，且選取的病例數(shù)較少。不同角度的PA計(jì)劃設(shè)計(jì)和大樣本研究應(yīng)進(jìn)一步開展。

綜上，本研究表明，局部晚期直腸癌患者接受術(shù)前RapidArc放射治療能夠較好的滿足靶區(qū)和危及器官的劑量限制。在FFF模式下，F(xiàn)AAS與PA計(jì)劃比較，具有更好的靶區(qū)適形度和劑量均勻性，降低了大腸、膀胱、盆腔骨髓、左右股骨頭的平均照射劑量，并減少了加速器MU，提高了設(shè)備使用效率。

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DosimetriccomparisonoftwoRapidArcdeliverystrategiesinpreoperativeshort-courseradiotherapyforlocallyadvancedrectalcancer

PENGQian，LUOKe-lin，XIEZhao，ZENGMing

(CancerCenter，SichuanAcademyofMedicalSciences&SichuanProvincialPeople’sHospital，Chengdu610072，China)

ZENGMing

ObjectiveTo evaluate the dosimetric impact of two RapidArc delivery strategies in preoperative short-course radiotherapy for locally advanced rectal cancer.MethodsSixteen patients with stageⅡ～Ⅲ rectal cancer were selected for this study.Two RapidArc plans were generated for the patients using full arc with avoidance sectors (FAAS) and partial arc (PA) techniques，respectively.Dosimetry of the target and organs at risk (OARs) and monitor unit (MU) were statistically analyzed.ResultsThe V2325cGy，Dmin，Dmax，conformity index (CI)，homogeneity index (HI) of the planning target volume (PTV) of the two strategies was significantly different (P< 0.05).The mean level of irradiation doses to the big bowel，bladder，bone marrow，femur heads and total MU in the FAAS technique were significantly lower when compared to the PA plan (P< 0.05).However，the differences in other parameters was not significant between the two plans (P> 0.05).ConclusionThis study suggests that the FAAS technique is more beneficial for patients with locally advanced rectal cancer undergoing preoperative short-course radiotherapy.It is reflected in better conformal and homogeneous dose to the target and reduction in the irradiated dose to OAR than PA plan.

Volumetric modulated arc therapy；Dosimetry；Rectal cancer；Preoperative radiotherapy

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題(編號：2016YFC0105107)

曾 銘

R735.3；R454

A

1672-6170(2017)05-0040-04

2017-02-07；

2017-05-22)