直腸癌術(shù)前容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療和五野靜態(tài)調(diào)強(qiáng)放療的劑量學(xué)比較

汪　琳，張紅雁，錢立庭，吳愛東，方　為，閆　冰

直腸癌術(shù)前容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療和五野靜態(tài)調(diào)強(qiáng)放療的劑量學(xué)比較

汪琳，張紅雁，錢立庭，吳愛東，方為，閆冰

目的 比較直腸癌術(shù)前患者應(yīng)用五野靜態(tài)調(diào)強(qiáng)放療（5F-IMRT）和容積弧形調(diào)強(qiáng)放療（VMAT）兩種計(jì)劃的劑量學(xué)差別。方法 分別將16例術(shù)前行同期放化療的直腸癌患者進(jìn)行5F-IMRT和VMAT兩種計(jì)劃設(shè)計(jì)，應(yīng)用劑量體積直方圖比較分析靶區(qū)和危及器官的劑量學(xué)差異及治療參數(shù)。結(jié)果 兩種治療計(jì)劃均能滿足臨床劑量要求。5F-IMRT計(jì)劃的適形指數(shù)（CI）為0.88±0.04，VMAT計(jì)劃的CI為0.90 ±0.03，兩種計(jì)劃均能很好滿足95%等劑量曲線對(duì)100% PTV體積的完全覆蓋；VMAT和IMRT計(jì)劃的均勻性指數(shù)（HI）分別為1.06±0.01和1.05±0.01，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=1.37，P＞0.05）。5F-IMRT和VMAT計(jì)劃中重要的危及器官如小腸、膀胱和股骨頭等的關(guān)鍵劑量評(píng)價(jià)指標(biāo)（Dmean、Dmax）及受照射體積的關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)（V20、V30、V40和V50）在兩種放療計(jì)劃中差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。VMAT計(jì)劃組較5F-IMRT計(jì)劃組機(jī)器跳數(shù)（MU）平均值減少39%（P=0.000）。結(jié)論 直腸癌術(shù)前放療中采用VMAT技術(shù)可獲得等同于5F-IMRT計(jì)劃的劑量分布，危及器官均能得到較好的保護(hù)，VMAT計(jì)劃MU明顯降低，治療時(shí)間明顯縮短。

直腸癌；容積弧形調(diào)強(qiáng)放射治療；靜態(tài)調(diào)強(qiáng)放射治療；劑量學(xué)

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-4-19 11：04：48 網(wǎng)絡(luò)出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/34.1065.R.20160419.1104.056.html

放療在直腸癌綜合治療中有重要的價(jià)值。直腸癌輔助放療模式經(jīng)歷了從術(shù)后到術(shù)前的改變。目前，術(shù)前同步放化療聯(lián)合全直腸系膜切除術(shù)是可切除的局部進(jìn)展期［T3-4或N（+）期］直腸癌的標(biāo)準(zhǔn)治療模式，其不但可降低腫瘤分期、提高局控率與R0切除率及獲得約20%pCR率，且可潛在改善總生存率［1-2］。近年來(lái)，直腸癌術(shù)前放療的主要技術(shù)為調(diào)強(qiáng)放療（intensity modulated radiotherapy，IMRT），其較其他放療模式具有劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)，并且能減少腹瀉等不良反應(yīng)的發(fā)生［3-5］。該研究通過(guò)比較VMAT和5F-IMRT兩種計(jì)劃的劑量學(xué)特點(diǎn)及各治療參數(shù)的差異，為直腸癌術(shù)前放療的患者提供臨床參考。

1　材料與方法

1.1病例資料 選取2012年～2015年在我科行術(shù)前同期放化療的16例直腸癌患者，CT機(jī)模擬定位掃描后，分別對(duì)CT圖像進(jìn)行5F-IMRT和VMAT放療計(jì)劃設(shè)計(jì)。16例患者均經(jīng)直腸鏡檢查取病理證實(shí)為直腸腺癌，其中男12例，女4例；年齡32～70歲，中位年齡53歲?；颊叻暖熐熬灦ㄖ橥鈺?。

1.2CT定位 采用西門子16排螺旋CT下行增強(qiáng)掃描，所有患者在定位前1 h排空膀胱，隨即口服20%泛影葡胺10 ml+600 m l生理鹽水，充盈小腸及膀胱，定位時(shí)采用仰臥位，掃描范圍為L(zhǎng)2下緣至坐骨結(jié)節(jié)下5 cm，掃描層厚為5 mm，按2.5 mm重建，之后將圖像傳輸?shù)接?jì)劃室的ADAC Pinnacle 9.6三維治療計(jì)劃系統(tǒng)（treatment planning system，TPS）勾畫靶區(qū)及危及器官。

1.3靶區(qū)及危及器官勾畫 臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV）包括瘤床及其周圍2～5 cm區(qū)域和直腸系膜區(qū)域、骶前、閉孔、髂內(nèi)、部分髂外、部分髂總淋巴結(jié)，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。計(jì)劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）為CTV前后左右方向各外擴(kuò)0.7 cm，上下方向外擴(kuò)1 cm。危及器官包括小腸（勾畫至PTV上3 cm）、膀胱、雙側(cè)股骨頭。

1.4劑量學(xué)要求 所有患者在治療計(jì)劃系統(tǒng)pinnacle 9.6版本中根據(jù)相同的靶區(qū)分別設(shè)計(jì)5F-IMRT和VMAT兩種放療計(jì)劃，采用6MV-X射線照射。IMRT為五野共面射野，入射角度分別為：0°、72°、144°、216°和288°；VMAT采用2個(gè)全弧照射；靶區(qū)處方劑量為50 Gy（2.0 Gy/次）包繞95%的PTV體積。正常組織限量中雙側(cè)股骨頭V50≤5%，膀胱V50≤50%，小腸V50≤10%、Dmax≤52 Gy。

1.5評(píng)價(jià)指標(biāo) 通過(guò)劑量體積直方圖（dose-volume histogram，DVH）和劑量分布評(píng)估計(jì)劃。評(píng)估參數(shù)包括計(jì)劃靶區(qū)接受處方劑量95%、105%體積百分比（95%PTV、105%PTV）、靶區(qū)平均劑量Dmean和最大劑量Dmax；靶區(qū)的均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI）：

即為5%最高劑量區(qū)的PTV接受的最小劑量與95%最高劑量區(qū)的PTV接受的最小劑量之比。HI值越低，即值越接近1，表示靶區(qū)劑量均勻性越好，反之，HI值越大表明靶區(qū)劑量均勻性越差。

適形度指數(shù)（conformny index，CI）

其中CF（Cover Factory）是指PTV接受處方劑量的體積與PTV體積之比，SF（Spill Factor）定義為接受處方劑量的PTV體積與接受處方劑量的全身體積之比。CI值為0～1，CI值越大，表示適形度越好，等于1時(shí)最理想，等于0時(shí)最差。危及器官的評(píng)估參數(shù)包括膀胱、小腸、左、右股骨頭的V20、V30、V40和V50，及Dmean和Dmax。計(jì)時(shí)參數(shù)包括MU及照射時(shí)間。

1.6統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 使用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)以ˉx±s形式表示，對(duì)兩種放療計(jì)劃的參數(shù)比較行配對(duì)t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2　結(jié)果

2.1劑量分布 所有計(jì)劃通過(guò)5F-IMRT和VMAT這兩種照射技術(shù)均能達(dá)到臨床要求，都能夠很好滿足95%等劑量曲線對(duì)100%PTV體積的完全覆蓋。兩種計(jì)劃的適形度指數(shù)CI比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.490），二者HI差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P= 0.22）。見表1。同一患者兩種治療計(jì)劃靶區(qū)的劑量體積直方圖（圖1A）兩者差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.2危及器官受量 5F-IMRT和VMAT計(jì)劃都較好地保護(hù)了危及器官，達(dá)到了臨床要求。VMAT計(jì)劃股骨頭的V30、V40明顯增加，膀胱高劑量區(qū)有所減少，但在差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。見表2、圖1B。

圖1　同一患者兩種治療計(jì)劃靶區(qū)及危及器官的劑量體積直方圖A：靶區(qū)；B：危及器官

表1　兩種計(jì)劃間　PTV的劑量分布

表1　兩種計(jì)劃間　PTV的劑量分布

VMAT　5F-IMRT　t值　P值95%PTV（%）99.81±0.25　99.84±0.36　-0.358　0.733 105%PTV（%）　11.37±9.95　5.37±3.23　1.447　0.198 Dmean（Gy）　51.65±0.32　51.47±0.24　1.985　0.094 Dmax（Gy）　53.84±0.6　53.99±0.54　-0.976　0.367 HI　1.06±0.01　1.05±0.01　1.370　0.220 CI　0.90±0.03　0.88±0.04　0.745　0.490

表2　兩種計(jì)劃間危及器官的劑量分布

表2　兩種計(jì)劃間危及器官的劑量分布

項(xiàng)目　VMAT　5F-IMRT　t值　P值小腸Dmean（Gy）　23.22±0.72　24.06±0.71　-0.915　0.402 Dmax（Gy）　52.60±0.69　52.11±31.92　1.518　0.180 V10（%）　73.28±14.80　72.66±16.25　0.562　0.594 V20（%）　62.81±14.43　63.52±16.33　-0.675　0.525 V30（%）　47.17±13.96　47.24±13.41　-0.146　0.889 V40（%）　27.47±13.33　28.34±11.74　-0.774　0.468 V50（%）　2.62±1.19　2.61±1.09　0.014　0.989膀胱Dmean（Gy）　44.69±1.77　45.33±0.92　-1.480　0.189 Dmax（Gy）　53.02±0.75　52.87±0.79　0.490　0.641 V30（%）　100.00±0.00　99.73±0.33　1.987　0.104 V40（%）　75.24±12.92　80.48±4.86　-1.154　0.292 V50（%）　23.67±6.99　24.63±8.77　-0.390　0.710左股骨頭Dmean（Gy）　29.66±42.13　29.09±26.91　0.535　0.612 Dmax（Gy）　48.83±23.65　48.31±26.28　0.773　0.469 V20（%）　92.46±11.87　92.36±9.30　0.024　0.982 V30（%）　41.65±26.04　35.13±18.09　0.973　0.368 V40（%）　12.22±9.95　9.54±8.86　0.784　0.463 V50（%）　0.18±0.30　0.29±0.72　-0.492　0.640右股骨頭Dmean（Gy）　26.95±63.43　28.28±31.21　-0.749　0.482 Dmax（Gy）　46.40±59.87　47.30±52.48　-0.576　0.585 V20（%）　82.86±18.08　92.49±5.40　-1.643　0.152 V30（%）　33.77±30.81　29.03±19.07　0.656　0.536 V40（%）　9.68±10.19　8.62±8.38　0.355　0.734 V50（%）0.10±0.23　0.20±0.50　-0.502　0.633

2.3MU評(píng)估 機(jī)器跳數(shù)VMAT計(jì)劃平均值為298 MU，5F-IMRT計(jì)劃平均值為470 MU，VMAT較5F-IMRT平均數(shù)量減少約39%（t=-8.796，P= 0.000）。

3　討論

VMAT是目前國(guó)際最先進(jìn)的放射治療技術(shù)之一，是在加速器機(jī)架非勻速旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，劑量率動(dòng)態(tài)變化，多葉光柵不斷運(yùn)動(dòng)的一種動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)技術(shù)，可理解為動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)+機(jī)架旋轉(zhuǎn)。VMAT在頭頸部腫瘤和盆腔腫瘤等放療中的應(yīng)用已有大量研究。唐正中等［6］研究顯示鼻咽癌患者靜態(tài)IMRT與VMAT兩種計(jì)劃的靶區(qū)劑量分布均較滿意，且VMAT計(jì)劃的靶區(qū)適形性較靜態(tài)IMRT計(jì)劃更理想，而VMAT最大的優(yōu)勢(shì)是加速器總MU及總治療時(shí)間的減少，從而提高工作效率。楊波等［7］研究顯示宮頸癌術(shù)后患者采用VMAT技術(shù)可獲得與固定野調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃等同的甚至是更優(yōu)化的劑量分布，同時(shí)機(jī)器跳數(shù)明顯降低。前列腺癌中VMAT和IMRT兩種技術(shù)在小腸、直腸、股骨頭的多個(gè)劑量參數(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，兩種技術(shù)劑量分布相當(dāng)［8］。目前國(guó)內(nèi)直腸癌術(shù)前放療的類似研究報(bào)道不多。研究［9］顯示直腸癌術(shù)前同期加量放療中VMAT技術(shù)與IMRT計(jì)劃的靶區(qū)劑量分布相當(dāng)，且前者能更好保護(hù)危及器官特別是小腸，同時(shí)治療時(shí)間明顯縮短，但其療效還有待進(jìn)一步臨床評(píng)估。

本研究對(duì)比了雙弧VMAT計(jì)劃和5F-IMRT計(jì)劃，結(jié)果顯示兩種計(jì)劃均能較好地滿足臨床所要求的靶區(qū)處方劑量，靶區(qū)的均勻性及適形性均相當(dāng)。小腸、膀胱和股骨頭等在兩種調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃中的關(guān)鍵劑量評(píng)價(jià)指標(biāo)（Dmean、Dmax）差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。因VMAT采用拉弧照射區(qū)別于靜態(tài)IMRT，因此低劑量區(qū)對(duì)于低劑量部分，兩種方法照射，VMAT應(yīng)比IMRT要高，VMAT計(jì)劃左、右股骨頭的V30、V40明顯增加，膀胱高劑量區(qū)有所減少，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。文獻(xiàn)報(bào)道，與常規(guī)IMRT相比，VMAT最大優(yōu)勢(shì)是可大大提高治療效率。本研究16例患者。VMAT平均治療時(shí)間約為3～5 min，5F-IMRT平均治療時(shí)間約為9～10 min。VMAT的平均MU值為289，5F-IMRT的平均MU值為470，下降約39%。治療時(shí)間的減少不僅可提高科室加速器的使用效率，而且能減輕患者不舒適感，減少患者分次內(nèi)位移，提高治療劑量分布精確度和治療效果。MU較多，治療時(shí)間長(zhǎng)，有可能增加二次致癌的概率［10］，而IMRT因存在照射時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，可影響靶區(qū)的生物效應(yīng)［11］，從而可能對(duì)療效產(chǎn)生影響。本研究直腸癌計(jì)劃采用pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)，VMAT一次優(yōu)化時(shí)間約為1 h，明顯長(zhǎng)于IMRT優(yōu)化時(shí)間。機(jī)器故障率方面，所有治療患者采用ELEKTA synergy加速器，VMAT和IMRT并未發(fā)現(xiàn)明顯區(qū)別。

綜上所述，5F-IMRT與VMAT這兩種調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)在直腸癌術(shù)前放療的劑量學(xué)無(wú)明顯優(yōu)劣之分，危及器官方面如小腸、膀胱和股骨頭等均得到很好的保護(hù)。采用VMAT技術(shù)MU明顯減低，治療效率明顯提高，但其療效有待進(jìn)一步臨床評(píng)估。

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Dosimetric comparison between preoperative volumetric modulated arc therapy and five-field intensity modulated radiotherapy for rectal cancer

Wang Lin，Zhang Hongyan，Qian Liting，et al
（Dept of Radiation Oncology，Affiliated Provincial Hospital of AnhuiMedical University，Hefei 230001）

Objective To compare the dosimetric characteristics of volumetricmodulated arc therapy（VMAT）and five-field intensitymodulated radiotherapy（5F-IMRT）in preoperative radiotherapy for rectal cancer.Methods Sixteen patientswith rectal cancer who underwent preoperative chemo-radiotherapy were enrolled in this study.VMAT and 5F-IMRT planswere designed for each patient.The dose distribution in target volumes and organs at risk was evaluated according to the dose-volume histogram.Results Both plans couldmeet target dose specifications and normal tissue constraint.The CIwas similar between the 5F-IMRT（0.88±0.04）and VMAT plans（0.90±0.03），which could satisfy 95%of prescribed dose for covered PTV.The HIof the VMAT plan was1.06±0.01 compared to 1.05±0.01 of IMRT plans，without statistically significant differences（t=1.37，P＞0.05）.Therewas no significant difference for the key parameters（Dmean，Dmax）of risk organs such as intestine，bladder and femoral head in the two plans（P＞0.05）.There was no significant difference for the key parameters of irradiated volume such as V20，V30，V40 and V50 of risk organs between the 5F-IMRT and VMAT plans（P＞0.05）.The VMAT group also had significantly lower number ofmonitor units（MU）when compared with the 5F-IMRT plan group（P=0.000）. Conclusion The dose distribution of VMAT and 5F-IMRT is similar in preoperative radiotherapy for rectal cancer，and risk organs could be well protected.VMAT offers shorter treatment deliver time than IMRT，reduces treatment MU.

rectum cancer；volumetric modulated arc therapy；intensitymodulated radiotherapy；dosimetry

R 735.3+7；R 730.55

A

1000-1492（2016）05-0731-04

2016-03-08接收

安徽高校省級(jí)自然科學(xué)研究項(xiàng)目（編號(hào)：KJ2010B380）

安徽醫(yī)科大學(xué)附屬省立醫(yī)院腫瘤放療科，合肥 230001

汪 琳，女，主治醫(yī)師；

錢立庭，男，教授，主任醫(yī)師，碩士生導(dǎo)師，責(zé)任作者，E-mail：money2004@sina.com