宮頸癌術(shù)后七野固定調(diào)強(qiáng)放療與容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃劑量學(xué)對(duì)比研究

許新明，劉 琦，劉 穎，李秋娜，楊 健

(河北省滄州市人民醫(yī)院放療中心 061000)

宮頸癌在世界范圍內(nèi)是女性第四常見的癌癥，占所有女性癌癥死亡人數(shù)的7.5%[1-2]。在我國(guó)，宮頸癌是第二大女性特有惡性腫瘤，2015年我國(guó)宮頸癌新發(fā)與死亡病例數(shù)分別為9.89萬例和3.05萬例[3]。隨著技術(shù)的發(fā)展，圖像引導(dǎo)放射治療(image-guided radiotherapy，IGRT)與容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療(volumetric modulated arc therapy，VMAT)計(jì)劃越來越多地應(yīng)用到宮頸癌放射治療(放療)中，調(diào)強(qiáng)放療(intensity-modulated radiation therapy，IMRT)計(jì)劃能使處方劑量被“雕刻”的與靶區(qū)三維形狀幾乎一致，在臨床中相比于三維適形放療(3-dimensional conformal radiation therapy,3D-CRT)展現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)，特別是處方劑量線的高度適形和危及器官的保護(hù)[4]。VMAT計(jì)劃則是通過加速器機(jī)架連續(xù)旋轉(zhuǎn)，利用多葉準(zhǔn)直器動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，形成一系列子野并配合可變束流實(shí)現(xiàn)調(diào)強(qiáng)放射，從而提升加速器效率[5]，同樣比3D-CRT有更強(qiáng)優(yōu)勢(shì)[6]。本研究通過分析IMRT和VMAT兩種計(jì)劃在宮頸癌中的劑量學(xué)參數(shù)差異，比較兩種計(jì)劃的特點(diǎn)，從而為臨床放療提供數(shù)據(jù)支持，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年1月至2019年12月收治的29例宮頸癌手術(shù)患者為研究對(duì)象。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡20～75歲；(2)卡氏功能狀態(tài)(KPS)評(píng)分≥60分；(3)有明確的病理診斷。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)因嚴(yán)重心肺、肝腎、骨髓功能障礙無法耐受放療者；(2)治療過程中出現(xiàn)嚴(yán)重不良反應(yīng)未能按計(jì)劃完成放療者；(3)定位CT未能包全所有危及器官者。研究對(duì)象年齡45～63歲，中位年齡54歲；手術(shù)方式為廣泛子宮全切+雙附件切除術(shù)+盆腔淋巴結(jié)清掃術(shù)；組織學(xué)分型：鱗癌27例，腺癌2例；國(guó)際婦產(chǎn)科協(xié)會(huì)(federation international of gynecology and obstetrics，F(xiàn)IGO)分期為Ⅰb～Ⅱa；術(shù)后存在盆腔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、宮頸深層浸潤(rùn)或脈管癌栓等高危因素。

1.2 方法

1.2.1定位方法

行盆腔CT定位前及每次治療前1 h排空尿液，飲用500 mL水充盈膀胱。每日固定時(shí)間排便，以實(shí)現(xiàn)治療重復(fù)性。定位時(shí)患者仰臥位，頭墊B/C枕，雙手抱肘于額前，采用體部低溫?zé)崴苣ぢ?lián)合體板(華光普泰，HYX-UTS-CM)固定。應(yīng)用CT模擬定位機(jī)(荷蘭飛利浦，Brilliance16排螺旋CT)行模擬定位增強(qiáng)掃描，掃描范圍為第1腰椎上緣到坐骨結(jié)節(jié)下5 cm，層厚3 mm，層間距3 mm。掃描圖像由MOSAIQ網(wǎng)絡(luò)傳輸至Monaco(瑞典醫(yī)科達(dá)，V5.11.03)治療計(jì)劃系統(tǒng)，進(jìn)行靶區(qū)勾畫和治療計(jì)劃設(shè)計(jì)。

1.2.2靶區(qū)勾畫

靶區(qū)的勾畫參照國(guó)際輻射單位與測(cè)量委員會(huì)(international commission on radiation unit and measurement，ICRU)第50號(hào)和第62號(hào)補(bǔ)充報(bào)告中提出的標(biāo)準(zhǔn)。所有病例由同一位主治醫(yī)師以上級(jí)別放療醫(yī)師勾畫靶區(qū)，并有同一副主任醫(yī)師以上審核，保證靶區(qū)勾畫的準(zhǔn)確性和同質(zhì)化。臨床靶體積(clinical target volume，CTV)為陰道殘端及其下3 cm、陰道旁、宮旁軟組織及(部分)雙側(cè)髂總、髂內(nèi)、髂外、第3骶椎椎體以上骶前、閉孔淋巴引流區(qū)。計(jì)劃靶體積(planning target volume，PTV)為CTV外放0.5 cm；危及器官為股骨頭、直腸、膀胱、小腸及骨盆。

1.2.3處方劑量及計(jì)劃要求

靶區(qū)處方劑量均為PTV 50 Gy/25 F，5 F/周。放療計(jì)劃要求靶區(qū)劑量分布滿足PTV的D95%(95% PTV受照劑量，下同)≥50 Gy，且PTV以外不可出現(xiàn)>110%劑量熱點(diǎn)。各危及器官劑量體積限定條件分別為：雙側(cè)股骨頭V50<5%，直腸V40<50%、V50<30%，膀胱V40<50%、V50<20%，小腸V30<40%，骨盆V10<90%、V20<75%、V30<60%。

1.2.4治療計(jì)劃設(shè)計(jì)

放療計(jì)劃系統(tǒng)為Monaco5.11.03，射野選擇6 MV X射線，小機(jī)頭角度為0°，最大劑量率600 MU/min。為便于比較放療計(jì)劃射野角度優(yōu)化函數(shù)設(shè)置完全相同。IMRT采用七野固定照射動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)設(shè)計(jì)，角度分別為 179°、129°、78°、25°、231°、282°、333°，計(jì)算網(wǎng)格選擇0.3 cm，射野最大控制點(diǎn)20個(gè)，最小子野寬度0.7 cm，調(diào)整鉛門適形靶區(qū)并外擴(kuò)0.5 cm。VMAT計(jì)劃設(shè)計(jì)采用往返雙弧，角度為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)(counter-clockwise，CCW)179°～181°，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)(clockwise，CW)181°～179°，計(jì)算網(wǎng)格選擇0.3 cm，每個(gè)弧最大控制點(diǎn)120個(gè)，調(diào)整鉛門適形靶區(qū)并外擴(kuò)0.5 cm。所有放療計(jì)劃有同一位高年資物理師制作，使用Elekta直線加速器(瑞典醫(yī)科達(dá)，Synergy)進(jìn)行治療。

1.2.5放療計(jì)劃評(píng)估

1.2.5.1靶區(qū)評(píng)估

比較PTV的最大劑量(Dmax)、最小劑量(Dmin)、平均劑量(Dmean)，D98%、D95%、D50%、D2%，V110%(PTV接受110%處方劑量的體積，下同)、V105%、V100%、V95%、V90%。評(píng)估靶區(qū)PTV的均勻性指數(shù)(homogeneity index，HI)和適形性指數(shù)(conformity index，CI)，HI=(D2%-D98%)/D50%[7]，CI=(VPTV，ref/VPTV)×(VPTV，ref/Vref)[8]。VPTV，ref為參考劑量覆蓋的PTV，VPTV為PTV，Vref為參考劑量包繞的體積。HI值越接近0，均勻性越好；CI值越接近1，適形度越高。

1.2.5.2危及器官評(píng)估

比較股骨頭的V50、Dmin、Dmax、Dmean，直腸的V30、V40、V45、V50、Dmin、Dmax、Dmean，膀胱的V20、V30、V40、V50、Dmean，小腸的V20、V30、Dmax，骨盆的V10、V20、V30、V40、V50、Dmean的受量。

1.2.5.3等劑量線及劑量體積直方圖(dose-volume histogram，DVH)圖比較

等劑量線的分布、對(duì)于靶體積的包裹程度及變化梯度，劑量曲線的跌落，高劑量區(qū)的拖尾及冷點(diǎn)和熱點(diǎn)的分布。

1.2.5.4實(shí)施效率評(píng)估

比較兩種計(jì)劃實(shí)際照射的機(jī)器跳數(shù)(monitor unit，MU)及治療時(shí)間。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié) 果

2.1 靶區(qū)劑量學(xué)比較

所有入組患者PTV最大體積1 150.37 cm3，最小體積598.19 cm3，平均(824.67±133.44)cm3。兩種計(jì)劃均可滿足計(jì)劃劑量學(xué)分布要求，與IMRT計(jì)劃比較，VMAT計(jì)劃的Dmax、D2%、V110%更低，V100%更高，HI、CI更優(yōu)(P<0.05)，見表1。

2.2 危及器官劑量學(xué)比較

雙側(cè)股骨頭的VMAT計(jì)劃V50、Dmax、Dmean低于IMRT計(jì)劃(P<0.05)。直腸的VMAT計(jì)劃V30、V40、V45、Dmin、Dmax、Dmean較IMRT計(jì)劃低(P<0.05)。膀胱的VMAT計(jì)劃V20、V30、V40、Dmean低于IMRT (P<0.05)。小腸的VMAT計(jì)劃V20、V30、Dmax低于IMRT計(jì)劃(P<0.05)。骨盆的VMAT計(jì)劃V20、V30、V40、V50、Dmean低于IMRT (P<0.05)，見表2。

2.3 PTV和危及器官的截面劑量分布及DVH比較

從放療計(jì)劃等劑量線圖和DVH圖中可以看出VMAT計(jì)劃的劑量線對(duì)于靶區(qū)的包裹更緊密，周圍危及器官受量較IMRT計(jì)劃更低，故其CI優(yōu)于IMRT計(jì)劃。VMAT計(jì)劃中靶區(qū)內(nèi)的冷點(diǎn)及危及器官上的熱點(diǎn)均較IMRT計(jì)劃少，PTV劑量跌落更陡峭，拖尾更短，提示其劑量均勻性更優(yōu)，見圖1、2。

表1 兩種計(jì)劃PTV劑量學(xué)比較(n=29)

表2 兩種計(jì)劃危及器官劑量學(xué)比較(n=29)

續(xù)表2 兩種計(jì)劃危及器官劑量學(xué)比較(n=29)

A：IMRT計(jì)劃；B：VMAT計(jì)劃。

紅線：計(jì)劃靶區(qū)；紫紅線：左股骨頭；紫線：右股骨頭；青線：直腸；橄欖綠線：膀胱；棕褐線：小腸；藍(lán)線：骨盆；實(shí)線：VMAT計(jì)劃；虛線：IMRT計(jì)劃。

2.4 兩種計(jì)劃實(shí)施效率比較

兩種計(jì)劃MU和治療時(shí)間比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見表3。

表3 兩種計(jì)劃實(shí)施效率比較

3 討 論

IMRT計(jì)劃是目前的主流放療技術(shù)之一，在我國(guó)已得到廣泛應(yīng)用[9]。相較于3D-CRT，IMRT計(jì)劃可在提高腫瘤組織照射劑量的同時(shí)降低正常組織受照劑量，但不降低腫瘤的局控率[10]。研究表明，在宮頸癌的放療中，IMRT計(jì)劃可以降低膀胱、直腸高劑量區(qū)域的劑量[11]和由此帶來的毒副作用[12]。近年來，國(guó)內(nèi)外越來越多的研究將VMAT計(jì)劃應(yīng)用于鼻咽癌、乳腺癌、肝癌等放療計(jì)劃，因其可實(shí)現(xiàn)在任何角度下對(duì)腫瘤進(jìn)行旋轉(zhuǎn)照射，生成高度適形的放療計(jì)劃，故較IMRT計(jì)劃的劑量分布更具優(yōu)勢(shì)，可達(dá)到與IMRT計(jì)劃相當(dāng)或更優(yōu)的治療效果[13-15]。

楊東明等[16]對(duì)90例Ⅱb期以上宮頸癌患者分別做3D-CRT、IMRT和VMAT計(jì)劃并進(jìn)行劑量學(xué)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)3D-CRT的PTV平均劑量、HI和CI明顯低于IMRT和VMAT計(jì)劃。而IMRT和VMAT計(jì)劃之間的PTV平均劑量和HI無差異，IMRT的CI低于VMAT計(jì)劃。NAGARAJAN等[17]研究頭頸部腫瘤的放療計(jì)劃顯示IMRT和VMAT計(jì)劃的HI分別為0.035和0.058，CI分別為1.033和1.016，VMAT計(jì)劃的D2%、D5%、D50%也高于IMRT計(jì)劃。與上述研究略有差異，本研究顯示Dmean及D50%兩種計(jì)劃無差異，但VMAT計(jì)劃HI及CI優(yōu)于IMRT計(jì)劃，VMAT計(jì)劃的Dmax、D2%、V110%低于IMRT計(jì)劃，VMAT計(jì)劃的V100%高于IMRT計(jì)劃，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，以上結(jié)果提示雖然兩種計(jì)劃均可滿足臨床要求，但無論是在靶區(qū)的HI還是CI上VMAT計(jì)劃均有優(yōu)勢(shì)，且靶區(qū)實(shí)際受量更貼近處方劑量。

在危及器官的保護(hù)方面VMAT計(jì)劃也能體現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)。鄧海軍等[18]通過對(duì)七野均分IMRT計(jì)劃和共面二弧VMAT計(jì)劃在宮頸癌術(shù)后放療中的比較和，顯示二者對(duì)危及器官的保護(hù)差異較大，小腸V20、V30，膀胱V40，股骨頭V20、V30和骨盆V20、V30均優(yōu)于IMRT計(jì)劃，所有危及器官的Dmax和Dmean(除直腸偏高外)也均有不同程度的降低，VMAT計(jì)劃身體內(nèi)15 Gy左右劑量覆蓋的體積較小，IMRT計(jì)劃15 Gy左右劑量覆蓋的體積較大，兩種治療計(jì)劃對(duì)整個(gè)骨盆受照射劑量分布影響最大的是髂骨和髖骨。楊勤等[19]研究顯示在危及器官的保護(hù)上，VMAT計(jì)劃略優(yōu)于IMRT計(jì)劃，特別是在小腸V20和左股骨頭V20上有明顯的優(yōu)勢(shì)，與IMRT計(jì)劃比較，VMAT計(jì)劃治療時(shí)間縮短至2～4 min。李明等[20]研究表明雙弧VMAT計(jì)劃與5野IMRT計(jì)劃比較，膀胱V40、V45、V50和小腸V20、股骨頭、骨盆劑量前者優(yōu)于后者。本研究顯示，與IMRT計(jì)劃比較，除左側(cè)股骨頭Dmin、直腸V50、膀胱V50及骨盆V10等少數(shù)參數(shù)以外，VMAT計(jì)劃均可明顯降低其他劑量體積參數(shù)，降低股骨頭、小腸、直腸、膀胱、骨盆諸骨等危及器官的受量，從而降低放療帶來的各種不良反應(yīng)，與上述研究結(jié)果結(jié)論較一致。

從技術(shù)原理上講，VMAT計(jì)劃是IMRT計(jì)劃的延伸，通過優(yōu)化機(jī)架旋轉(zhuǎn)角度、調(diào)整多葉光柵的形狀及放射線輸出劑量率，從而產(chǎn)生劑量更加均勻和高度適形的劑量分布曲線，同時(shí)也極大降低了射線的損耗，提高了放療設(shè)備的使用效率，節(jié)省了治療時(shí)間[19,21-22]。在一項(xiàng)保護(hù)海馬的全腦放療研究中，七野固定IMRT計(jì)劃的平均MU為2 863，而VMAT計(jì)劃中平均MU為935，MU降低67%[23]。IMRT計(jì)劃的平均治療時(shí)間為573 s，VMAT計(jì)劃為150 s，時(shí)間減少了74%。NAGARAJAN等[17]相關(guān)研究顯示頭頸部腫瘤VMAT計(jì)劃MU為610，而IMRT計(jì)劃為1 079，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。蘇曉科等[21]對(duì)宮頸癌的研究顯示IMRT技術(shù)和VMAT技術(shù)的MU為864及756，治療時(shí)間為873及459 s。本研究顯示IMRT和VMAT計(jì)劃MU及治療時(shí)間分別為923.55、399.59 s和825.48、296.59 s，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，VMAT計(jì)劃明顯減少了MU和治療時(shí)間，與既往研究結(jié)果相似。治療時(shí)間的縮短可間接減少患者的不自主運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而降低器官運(yùn)動(dòng)及靶區(qū)移動(dòng)誤差，提高治療精確性。尤其對(duì)于老年患者，由于體質(zhì)弱和控制力差，長(zhǎng)時(shí)間放療容易發(fā)生體位變化，導(dǎo)致其治療依從性下降[14]。

綜上所述，對(duì)于宮頸癌患者的術(shù)后放療，IMRT和VMAT計(jì)劃均可滿足靶區(qū)劑量要求，但VMAT計(jì)劃可使靶區(qū)HI和CI更佳，實(shí)際受量更貼近處方劑量，危及器官也能得到更好的保護(hù)，尤其使治療時(shí)間得到大幅度的縮短。但真實(shí)世界中，VMAT計(jì)劃的治療費(fèi)用可能會(huì)更高，因此，在無特殊治療要求情況下可優(yōu)先考慮VMAT計(jì)劃。