直腸癌術(shù)前固定野動態(tài)調(diào)強與容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強的劑量學(xué)比較

張武哲 馬長春 彭 遜 陳創(chuàng)珍

(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)

放療在直腸癌綜合治療中有重要的價值，多作為手術(shù)的補充。老年直腸癌患者在沒有手術(shù)禁忌證的情況下，仍積極建議手術(shù)治療聯(lián)合術(shù)前或術(shù)后的局部放化療的治療模式。術(shù)前同期放化療+根治性手術(shù)是局部晚期直腸癌的標(biāo)準(zhǔn)治療方案。該方法不但提高了局部控制率和遠期生存率，同時也提高了保肛率。固定野動態(tài)調(diào)強(dIMRT)已經(jīng)用于局部晚期直腸癌術(shù)前放射治療，相對于3DCRT技術(shù)更具優(yōu)勢。但dIMRT實際治療時間較長，增加器官運動所引入的誤差〔1，2〕，機器跳數(shù)(MU)的增多亦增加了二次致癌的概率〔3〕。容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強是不同于固定野動態(tài)調(diào)強的一種新技術(shù)，所需的治療時間及機器跳數(shù)明顯減少，具有高效、快捷的特點〔4〕。本研究旨在分析兩種技術(shù)在直腸癌術(shù)前放療中的劑量學(xué)差異，以期能夠降低老年直腸癌患者的放療毒副反應(yīng)。

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2011年1月至2012年12月收治的接受術(shù)前同期放化療(放療采用3DCRT技術(shù))的10例直腸癌患者的模擬CT圖像，分別設(shè)計5F-0°-dIMRT、5F-180°-dIMRT和RapidArc三組計劃。10例患者經(jīng)病理證實均為直腸腺癌，其中男8例，女2例，年齡52～75(中位年齡65)歲。根據(jù)美國癌癥聯(lián)合委員會/國際抗癌聯(lián)盟結(jié)直腸癌TNM分期系統(tǒng)(2010年第7版)標(biāo)準(zhǔn)，cT3N0M09例，cT1-4N1M01例。

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混合500 ml水，使小腸顯影并膀胱充盈。俯臥位，盆膜固定，行100 ml優(yōu)維顯靜脈增強造影。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DICOM 3.0傳輸?shù)酵呃锇睧clipse(第10.0版)三維放射治療計劃系統(tǒng)。

1.3靶區(qū)定義及勾畫標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)ICRU50和ICRU60號報告定義的大體腫瘤靶區(qū)(GTV)、臨床靶區(qū)(CTV)和計劃靶區(qū)(PTV)概念界定靶區(qū)。直腸癌術(shù)前放療靶區(qū)為：GTV包括CT和MRI所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隔和部分子宮后壁，男性患者包括前列腺和精囊腺后部；CTV上界為L5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。

1.4計劃設(shè)計 10例病例制定三組計劃，均采用TrumBeam直線加速器的6MV X射線進行計劃設(shè)計。①為5F-0°-dIMRT，機架角度分別為216°、288°、0°、72°、144°。②為5F-180°-dIMRT，機架角度分別為252°、324°、36°、108°、180°。③為RapidArc，采用雙弧設(shè)計(順時間方向自181°旋轉(zhuǎn)至179°及逆時間方向自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，機架旋轉(zhuǎn)速率為每圈60～72 s。為方便比較，對三組計劃進行歸一化處理，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)：V95Gy代表≥95%處方劑量的相應(yīng)靶體積的百分?jǐn)?shù)，V105Gy代表≥105%處方劑量的相應(yīng)靶體積的百分?jǐn)?shù)；③PTV適形指數(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等劑量線所包繞的所有區(qū)域的體積。CI取值在0～1，越靠近1說明靶區(qū)適合度越好；④劑量均勻性指數(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(越遠離1)，說明該計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%評價小腸、膀胱、和雙側(cè)股骨頭的受照劑量；②應(yīng)用V20Gy、V30Gy、V40Gy、V50Gy評價小腸、膀胱受相應(yīng)劑量照射的體積；③應(yīng)用V20Gy、V30Gy、V40Gy評價雙側(cè)股骨頭受相應(yīng)劑量照射的體積。

1.5.3治療相關(guān)指標(biāo) ①機器跳數(shù)(MU)；②治療時間(TT)，從機器出束至治療完畢的時間。③評估正常組織(定義為CT掃描覆蓋的身體Body減去PTV，即B-P)低劑量體積V5Gy、V10Gy、V15Gy、V20Gy、V30Gy。

1.6統(tǒng)計學(xué)處理 采用SPSS19.0統(tǒng)計學(xué)軟件對數(shù)據(jù)的組間比較進行配對樣本t檢驗。

2 結(jié) 果

2.1靶區(qū)的劑量學(xué)結(jié)果 PTV的DmeanRapidArc比dIMRT略高(P=0.000)，三組計劃中PTV的V95Gy、V105Gy差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。RapidArc的靶區(qū)適形度最好(P=0.000)，CIRapidArc>CI5F-0°-dIMRT>CI5F-180°-dIMRT。與dIMRT相比，RapidArc的HI略低，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。見表1。

表1 dIMRT與RapidArc的靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)比較±s)

2.2危及器官的受照射劑量及體積 見表2。RapidArc中膀胱的Dmean與D5%較dIMRT偏高(P=0.001)，其V30Gy高于dIMRT，但V20Gy、V40Gy、V50Gy與dIMRT的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。小腸的Dmean與D5%三者間無明顯差異，小腸V20Gy中5F-0°-dIMRT 高于RapidArc(P=0.041)，V30Gy中5F-0°-dIMRT及RapidArc低于5F-180°-dIMRT，其余V40Gy、V50Gy的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。雙側(cè)股骨頭的Dmean、D5%、V20Gy、V30Gy，5F-0°-dIMRT顯著高于RapidArc和5F-180°-dIMRT，RapidArc和5F-180°-dIMRT間無差異。V40Gy則明顯低于兩者，有統(tǒng)計學(xué)意義，而V50Gy的數(shù)值極低，并無實際臨床意義。

2.3B-P低劑量分布和MU及TT 相對于RapidArc來說，B-P的V5Gy、V10Gy高于dIMRT(P<0.05)，V15Gy略低于dIMRT，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義，V20Gy、V30Gy則顯著低于dIMRT(P<0.05)。RapidArc的MU分別較5F-0°-dIMRT和5F-180°-dIMRT減少了59%、60%(P=0.000)。RapidArc的TT分別較5F-0°-dIMRT和5F-180°-dIMRT減少了38%、39%(P=0.000)。見表3。

表2 dIMRT與RapidArc的危及器官劑量學(xué)參數(shù)比較±s)

表3 dIMRT與RapidArc計劃的正常組織與總MU及TT等參數(shù)比較±s)

3 討 論

放射治療無論是在直腸癌術(shù)前還是術(shù)后均具有重要意義，能夠提高局部控制率，降低局部復(fù)發(fā)。但放射治療會對盆腔臟器造成放射性損傷，在接受低劑量率的放療時，隨著年齡的增長老年患者往往會有較年輕患者更多的放療毒副反應(yīng):放射性皮膚反應(yīng)及腹瀉〔5～7〕，可能引起患者依從性下降，放棄治療等，在老年患者中，這一情況可能更為明顯。所以在保證靶區(qū)劑量的同時盡量降低危及器官小腸、膀胱、股骨頭等劑量是放療技術(shù)應(yīng)用于老年直腸癌患者時應(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)強放療技術(shù)(IMRT)更好地實現(xiàn)了靶區(qū)的適形，同時更好地保護了靶區(qū)周圍的危及器官，尤其是在凹形靶區(qū)有危及器官嵌入的時候，更體現(xiàn)了IMRT技術(shù)的優(yōu)勢〔8〕。但是固定野動態(tài)調(diào)強技術(shù)的治療時間相對于普通放療和三維適形有了一定程度的增加〔9〕，治療時間的增長有可能導(dǎo)致腫瘤相對生物效應(yīng)降低〔10〕，并且有可能導(dǎo)致治療過程中患者體位產(chǎn)生變化，進而降低治療的精度。近幾年，隨著容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(VMAT)技術(shù)的出現(xiàn)，在保證靶區(qū)劑量的同時，可以縮短治療時間，減少患者移動帶來的位置誤差。Antonella等〔11〕比較了VMAT和3D-CRT在直腸癌術(shù)前放療的劑量學(xué)特點，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，而且顯示出“快、準(zhǔn)、優(yōu)”的特點。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，同時能較少治療時間，達到與dIMRT技術(shù)相當(dāng)或更好的效果〔12,13〕。

本研究結(jié)果表明： RapidArc的靶區(qū)低劑量與高劑量區(qū)與dIMRT相當(dāng)，其平均劑量稍高，但滿足臨床劑量學(xué)要求。RapidArc計劃的靶區(qū)劑量適形度最好，而靶區(qū)劑量均勻性略低于dIMRT，差異無統(tǒng)計學(xué)意義。直腸癌放化療期間的主要毒性為急性小腸不良反應(yīng)，其與低劑量照射的小腸體積明顯相關(guān)〔14,15〕，本研究中RapidArc降低了小腸的V20Gy、V30Gy低劑量照射體積，不會增加小腸的急性不良反應(yīng)。雙側(cè)股骨頭除了V40GyRapidArc具有明顯優(yōu)勢。由此可見，RapidArc在保證良好的靶區(qū)適形度與均勻性的情況下，一定程度上更好地保護了小腸和雙側(cè)股骨頭，但在膀胱上無劑量學(xué)優(yōu)勢。在B-P中可見RapidArc呈先高后低趨勢。RapidArc在MU與TT上具有明顯優(yōu)勢，RapidArc的MU分別較5F-0°-dIMRT和5F-180°-dIMRT減少了59%、60%，RapidArc的TT分別較5F-0°-dIMRT和5F-180°-dIMRT減少了38%、39%。這說明RapidArc的射線利用率高，故所需MU減少，TT縮短，可減輕患者不適感，增加治療依從性，同時治療過程中患者體位移動、器官體積變化和運動等不確定因素對放療精度的影響亦減少，縮短治療時間對圖像引導(dǎo)下的調(diào)強放療也具有顯著意義。因此，降低老年直腸癌患者的放療毒副反應(yīng)，提高術(shù)后生存質(zhì)量，RapidArc技術(shù)是首選。

4 參考文獻

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.

2Kotte ANTJ,Hofman P,Lagendijk JJW,etal.Intrafraction motion of the prostate during external-beam radiation therapy: analysis of 427 patients with implanted fiducial markers〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys,2007;69(2):419-25.

3Guckenberger 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.

4Otto K.Volumetric modulated arc therapy: IMRT in a single gantry arc〔J〕.Int J Med Phys,2008;35(1):310-7.

5Endreseth BH,Romundstad P,Myrovold HE,etal.Rectal treatment of the elderly〔J〕.Colorectal Dis,2006;8(6):471-9.

6Ayanian JZ,Zaslavsky AM,Fuchs CS,etal.Use of adjuvant cchemotherapy and radiation therapy for colorectal cancer in a population-based cohort〔J〕.Clin Oncol,2003;21(7):1293-300.

7Bouvier AM,Launoy G,Lepaqe C,etal.Trends in the management and survival of digestive tract cancers among patients aged over 80 years〔J〕.Aliment Pharmacol Ther,2005;22(3):233-41.

8張利偉. 術(shù)前調(diào)強適形放療計劃在直腸癌患者照射劑量上的優(yōu)勢〔J〕.中國老年學(xué)雜志，2013;33(1):71-5.

9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.

10王 志，鄔 蒙. 調(diào)強放療中劑量率改變對生物效應(yīng)的影響〔J〕.實用癌癥雜志，2007;22(5):529-37.

11Antonella R,Antonella F,Alessandro C,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;14(5):1-9.

12Duthoy W,De Gersem W,Vergote K,etal.Whole abdominopelvic radiotherapy(WAPRT) using intensity-modulated arc therapy(IMAT):first clinical experience〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys,2003;57(4):1019-32.

13Jereczek-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.

14Grann 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.

15Hyams DM,Mamounas EP,Petrelli N,etal.A clinical trial to evaluate the worth of preoperative multimodality therapy in patients with operable carcinoma of the rectum:a progress report of the national surgical adjuvant breast and bowel project protocol R-03〔J〕.Dis Colon Rectum,1997;40(2):131-9.