直腸癌術(shù)前固定野動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)與不同能量容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)的劑量學(xué)差異

張武哲 黃寶添 吳曉玲 彭 遜

(汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院放療科，廣東 汕頭 515031)

放射治療是直腸癌主要治療方法之一，不但能提高局部控制率，同時(shí)也提高了保肛率。固定野動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)(c-IMRT)已用于直腸癌術(shù)前放射治療，相對(duì)于三維適形放療(3DCRT)技術(shù)更具優(yōu)勢(shì)，但實(shí)際治療時(shí)間較長(zhǎng)，增加了器官運(yùn)動(dòng)引入的誤差〔1〕；機(jī)器跳數(shù)(MU)的增多亦增加了二次致癌的概率〔2〕。容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)(VMAT)是在動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)的基礎(chǔ)上加入旋轉(zhuǎn)治療技術(shù)，所需的治療時(shí)間及機(jī)器跳數(shù)明顯減少，具有高效、快捷的特點(diǎn)〔3〕。一般體內(nèi)較深位置的腫瘤，選擇高能X射線比低能X射線具有更強(qiáng)的穿透力，能夠提高劑量輸出的均勻性，降低表面組織的受照劑量。本研究旨在分析c-IMRT與不同能量VMAT在直腸癌術(shù)前放療中的劑量學(xué)差異，探討更適合直腸癌患者的治療能量與技術(shù)。

1 資料與方法

1.1一般資料 選取汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院2016年1月至2017年3月收治的接受術(shù)前同期放化療的18例直腸癌患者，經(jīng)病理證實(shí)均為直腸腺癌，男13例，女5例，中位年齡53歲，年齡43～68歲。

1.2放療定位 采用Philips Brilliance 大孔徑螺旋CT模擬定位，CT模擬定位前1 h，排空膀胱和直腸，口服60%泛影葡胺20 ml+500 ml水，使小腸顯影并膀胱充盈。俯臥位，盆膜固定，行100 ml碘普羅胺(優(yōu)維顯)靜脈增強(qiáng)造影。CT掃描范圍從L2椎體下緣至坐骨結(jié)節(jié)下5 cm，層厚及層間距均為5 mm。獲得的CT圖像通過DICOM3.0傳輸?shù)酵呃锇睧clipse(Version 10.0)三維放射治療計(jì)劃系統(tǒng)。

1.3靶區(qū)定義及勾畫標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)ICRU50和ICRU60號(hào)報(bào)告定義的大體腫瘤靶區(qū)(GTV)、臨床靶區(qū)(CTV)和計(jì)劃靶區(qū)(PTV)概念界定靶區(qū)。直腸癌術(shù)前放療靶區(qū)：GTV包括CT和MRI顯示的直腸病變并結(jié)合直腸鏡及肛門指檢確定；CTV為直腸病灶及盆腔淋巴引流區(qū)，包括直腸、部分乙狀結(jié)腸、骶前組織、部分膀胱后壁、左右髂總、髂內(nèi)及部分髂外淋巴引流區(qū)，女性患者還包括直腸陰道膈和部分子宮后壁，男性患者包括前列腺和精囊腺后部；CTV上界為L(zhǎng)5椎體下緣至S1椎體下緣水平，下界為直腸病灶下緣下3 cm；PTV為CTV外放0.7 cm。本組中盆腔危及器官(OAR)包括小腸、膀胱和雙側(cè)股骨頭，其中小腸勾畫至PTV上2 cm。正常組織低劑量體積(B-P)定義為體表輪廓區(qū)域(BODY)減去PTV。

1.4計(jì)劃設(shè)計(jì) 采用瓦里安Eclipse(Version 10.0)三維放射治療計(jì)劃系統(tǒng)為TrumBeam直線加速器制定c-IMRT和VMAT治療計(jì)劃。c-IMRT計(jì)劃采用6 MV 5野共面照射，機(jī)架角度分別為216°、288°、0°、72°、144°。VMAT計(jì)劃分別采用6 MV、10 MV單弧照射(順時(shí)間方向自181°旋轉(zhuǎn)至179°及逆時(shí)間方向自179°旋轉(zhuǎn)至181°，準(zhǔn)直器角度為30°及330°，治療床角度均為0°)最大劑量率600 MU/min，機(jī)架旋轉(zhuǎn)速率為每圈60～72 s。為方便比較，所有計(jì)劃進(jìn)行歸一化處理，均使95% PTV滿足處方劑量，處方劑量為50 Gy/25次，2 Gy/次。劑量限值級(jí)別依次為PTV、小腸、膀胱和雙側(cè)股骨頭。PTVmin≥35 Gy；小腸限量D5≤50 Gy，Dmax≤55 Gy；膀胱限量D5≤50 Gy，Dmax≤55 Gy；雙側(cè)股骨頭D5≤45 Gy。

1.5評(píng)估指標(biāo)

1.5.1靶區(qū)指標(biāo) (1)劑量參數(shù)：Dmean代表平均劑量；(2)體積參數(shù)：V95代表≥95%處方劑量的相應(yīng)靶體積的百分?jǐn)?shù)，V105代表≥105%處方劑量的相應(yīng)靶體積的百分?jǐn)?shù)；(3)PTV適形度指數(shù)(CI)：CI=(VT，ref/VT)×(VT，ref/Vref)，參考取值VT為PTV體積，VT，ref為50 Gy等劑量線所包繞的PTV體積，Vref為50 Gy等劑量線包繞的所有區(qū)域的體積。CI取值在0～1，越靠近1說明靶區(qū)適形度越好；(4)均勻性指數(shù)(HI)：HI=D5/D95，D5和D95分別是5%和95%體積的靶區(qū)受到照射的劑量。HI值越大(越遠(yuǎn)離1)，說明該計(jì)劃的劑量分布均勻性越差。

1.5.2危及器官受量指標(biāo) (1)應(yīng)用Dmean與D5評(píng)價(jià)小腸、膀胱、和雙側(cè)股骨頭的受照劑量；(2)應(yīng)用V20、V30、V40、V50評(píng)價(jià)小腸、膀胱受相應(yīng)劑量照射的體積；(3)應(yīng)用V20、V30、V40評(píng)價(jià)雙側(cè)股骨頭受相應(yīng)劑量照射的體積；(4)應(yīng)用V5、V10、V15、V20、V30評(píng)價(jià)正常組織低劑量體積(B-P)。

1.5.3治療相關(guān)指標(biāo) (1)機(jī)器跳數(shù)(MU)；(2)治療時(shí)間(TT)，從機(jī)器出束至治療完畢的時(shí)間。

1.6統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 應(yīng)用SPSS19.0軟件行t檢驗(yàn)。

2 結(jié) 果

2.1靶區(qū)的劑量參數(shù) PTV的Dmean VMAT比c-IMRT略高(P<0.05)，其V95二者差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；VMAT的靶區(qū)適形度指數(shù)比c-IMRT略低(P>0.05)；與c-IMRT相比，10 MV VMAT的HI和V105略高(P>0.05)，但二者均顯著優(yōu)于6 MV VMAT(P<0.05)。見表1，圖1。

2.2危及器官的劑量參數(shù) 小腸的Dmean 和V50 VMAT略高于c-IMRT(P>0.05)，小腸V20中VMAT低于c-IMRT(P<0.05)，V30中VMAT高于c-IMRT(P<0.05)，其余V40、V50二者間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；VMAT中膀胱的Dmean、D5、V30高于c-IMRT，其中10 MV VMAT顯著低于6 MV VMAT(P<0.05)；雙側(cè)股骨頭的Dmean、V20、V30，VMAT顯著低于c-IMRT(P<0.05)，6 MV VMAT 和10 MV VMAT的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；相對(duì)于VMAT來說，B-P的V5、V10高于c-IMRT，V20、V30則顯著低于c-IMRT，其中V10、V15、V20 10 MV VMAT較6 MV VMAT顯著低(P<0.05)。見表2，圖1。

2.3MU和TT的參數(shù) MU：6 MV VMAT(365±21)和10 MV VMAT(427±53)分別較c-IMRT(940±177)減少了61%、55%(P<0.05)。TT：6 MV VMAT(67±3)s和10 MV VMAT(72±6)s分別較c-IMRT(247±28)s減少了73%、71%(P<0.05)，10 MV VMAT比6 MV VMAT增加了7%(P<0.05)。見表3。

表1 c-IMRT與VMAT計(jì)劃的靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較

與6 MV c-IMRT比較：1)P<0.05; 與6 MV VMAT比較：2)P<0.05;下表同

圖1 1例直腸癌術(shù)前患者3種計(jì)劃的劑量體積直方圖

表2 c-IMRT與VMAT計(jì)劃的危及器官劑量學(xué)參數(shù)比較

表3 c-IMRT與VMAT計(jì)劃的MU與TT的參數(shù)比較

3 討 論

放射治療無論在直腸癌術(shù)前還是術(shù)后均具有重要意義，可降低局部復(fù)發(fā)率，提高手術(shù)切除率和保肛率〔4〕。但放療對(duì)盆腔臟器造成的毒副作用，尤其是晚期損傷，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。術(shù)前放療因小腸位置較高，受照體積減少，可減輕急性和晚期放射性腸炎的發(fā)生〔5〕。所以在保證靶區(qū)劑量的同時(shí)盡量降低危及器官小腸、膀胱、股骨頭等劑量是放射治療應(yīng)用于直腸癌患者時(shí)應(yīng)該著重考慮的問題。在三維適形放療技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)(IMRT)能有效提高靶區(qū)的劑量分布，保護(hù)靶區(qū)周圍的危及器官，但實(shí)際治療時(shí)間較長(zhǎng)，增大了治療中不確定因素的影響，進(jìn)而降低治療精度〔6〕。而VMAT是在動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)的基礎(chǔ)上加入了旋轉(zhuǎn)治療技術(shù)，在保證靶區(qū)劑量的同時(shí)，更好地保護(hù)了危及器官及縮短治療時(shí)間〔7〕。Richetti等〔8〕比較了VMAT和3D-CRT在直腸癌術(shù)前放療的劑量學(xué)特點(diǎn)，結(jié)果表明VMAT比以往放療技術(shù)具有一定的劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)，而且顯示出“快、準(zhǔn)、優(yōu)”的特點(diǎn)。亦有研究表明，VMAT可減少正常組織劑量，提供較好的靶區(qū)覆蓋率，同時(shí)能減少治療時(shí)間，達(dá)到與c-IMRT技術(shù)相當(dāng)或更好的效果〔9〕。6 MV X線對(duì)于體內(nèi)深部器官如直腸，可能導(dǎo)致靶區(qū)劑量覆蓋不足，并且增加淺表器官組織的放射劑量，從X線的劑量學(xué)特性解釋，10 MV X線的表面劑量低于6 MV X線，其最大劑量深度也隨之增加，因此10 MV X線治療較深部腫瘤能更好地保護(hù)表淺正常組織和危及器官。

通過本研究的劑量學(xué)比較，可見c-IMRT與VMAT兩種治療技術(shù)均能滿足臨床劑量學(xué)要求。結(jié)果表明：VMAT的靶區(qū)劑量與c-IMRT相當(dāng)，其平均劑量稍高、靶區(qū)適形度指數(shù)略低，但均能滿足臨床劑量學(xué)要求。10 MV VMAT的均勻性指數(shù)和高劑量區(qū)與c-IMRT相似，均優(yōu)于6 MV VMAT，證明了對(duì)于體內(nèi)深部腫瘤，10 MV X射線比6 MV X射線有更強(qiáng)的穿透力，能夠提高靶區(qū)劑量均勻性。直腸癌放化療期間的主要毒性為急性小腸不良反應(yīng)，與低劑量照射的小腸體積明顯相關(guān)〔10〕。本研究中VMAT減少了小腸V20的照射體積，降低了小腸急性不良反應(yīng)發(fā)生率，其中10 MV比6 MV更好地保護(hù)了小腸。VMAT中膀胱的高劑量受照體積10 MV比6 MV減少，從而降低了放射性膀胱炎的發(fā)生率〔11〕。雙側(cè)股骨頭除了D5、V40 之外VMAT具有明顯優(yōu)勢(shì)。由此可見，VMAT在保證良好的靶區(qū)劑量分布情況下，一定程度上更好地保護(hù)了小腸、膀胱和雙側(cè)股骨頭。在正常組織B-P分布中可見VMAT呈先高后低趨勢(shì)，10 MV VMAT較6 MV VMAT更好地保護(hù)了正常組織的低劑量區(qū)。針對(duì)c-IMRT治療時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，VMAT恰好彌補(bǔ)其不足，MU降至c-IMRT的55%～61%，治療時(shí)間縮短了71%～73%，10 MV VMAT比6 MV VMAT略為增加。

綜上所述，對(duì)于直腸癌術(shù)前患者，10 MV VMAT相對(duì)于6 MV VMAT與c-IMRT比較具有相當(dāng)或略好的靶區(qū)劑量分布，一定程度上更好地保護(hù)了部分危及器官。MU的減少對(duì)降低放射線誘導(dǎo)的繼發(fā)腫瘤的發(fā)生率有重要意義〔12〕，治療時(shí)間的縮短對(duì)提高治療精度、減輕患者不適感、增加治療依從性也具有顯著意義。

1Hoogeman MS，Nuytten JJ，Levendag PC，etal.Time dependence of intrafraction patient motion assessed by repeat stereoscopic imaging〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2008;70(2)：609-18.

2Guckenberger M，Richter A，Krieger T，etal.Is a single arc sufficient in volumetric-modulated arc therapy(VMAT)for complex-shaped target volumes〔J〕? Radiother Oncol，2009;93(2)：259-65.

3Otto K.Volumetric modulated arc therapy：IMRT in a single gantry arc〔J〕.Int J Med Phys，2008;35(1)：310-7.

4Yoon SM，Kin DY，Kim TH，etal.Clinical parameters predicting pathological tumor response after preoperative chemoradiotherapy for rectal cancer〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Pyhs，2007;69(4)：1167-72.

5Roberton J，Lockman D，Yan D，etal.The dose volume relationship of small bowel irradiation and acute grade 3 diarrhea during chemoradiotherpy for rectal cancer〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Pyhs，2008;70(2)：413-8.

6蔡 勇，何玉香，韓樹奎，等.直腸癌盆腔常規(guī)放療與三維適形放療的劑量學(xué)研究〔J〕.中華放射腫瘤學(xué)雜志，2007;16(3)：201-5.

7Studenski MT，Bar-Ad V，Siglin J，etal.Clinical experience treansitioning from IMRT to VMAT for head and neck cancer〔J〕.Med Dosim，2013;38(2)：171-5.

8Richetti A,Fogliata A,Cliv A,etal.Neo-adjuvant chemo-radiation of rectal cancer with volumetric modulated arc therapy：summary of technical and dosimetric features and early clinical experience 〔J〕.Radiat Oncol，2010;5:14.

9Jereczek-Fossa BA，Cattai F，D′onofrio A，etal.Dose distribution in 3-dimensional conformal radiotherapy for prostate cancer：Comparison of two treatment techniques(six coplanar fields and two dynamic arcs)〔J〕.Radiother Oncol，2006;81(3)：294-302.

10Grann A，Minsky BD，Cohen AM，etal.Preliminary results of preoperative 5-fluorouracil，low-dose leucovorin，and concurrent radiation therapy for clinically resectable T3 rectal cancer〔J〕.Dis Colon Rectum，1997;40(5)：515-22.

11Mysliwiec LW，Cholewicki J，Winkelpleck MD，etal.MSU classification for herniated lumbar discs on MRI：toward developing objective eriteria for surgical selection〔J〕.Eur Spine J，2010;19(7)：1087-93.

12Milette PC.Classification，diagnostic imaging and imaging characterization of lumbar herniated disk〔J〕.Radiol Clin North Am，2000;38(6)：1267-91.