不同能量容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)技術(shù)在直腸癌術(shù)前放療中的劑量學(xué)差異

張武哲 張基永 陸佳揚(yáng) 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)

不同能量容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)技術(shù)在直腸癌術(shù)前放療中的劑量學(xué)差異

張武哲 張基永 陸佳揚(yáng) 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)

目的 比較不同能量容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)技術(shù)(VMAT)在直腸癌術(shù)前放療中的劑量學(xué)差異。方法 選取18例直腸癌術(shù)前患者，在Eclipse 10.0計(jì)劃系統(tǒng)上分別進(jìn)行6 MV和10 MV單弧VMAT計(jì)劃設(shè)計(jì)。計(jì)劃靶區(qū)(PTV)處方劑量為50 Gy/25 次，2 Gy/次。在95%體積的PTV達(dá)到處方劑量前提下，比較兩種計(jì)劃的劑量體積直方圖(DVH)、靶區(qū)和危及器官劑量、適形度指數(shù)(CI)、均勻性指數(shù)(HI)、正常組織低劑量體積(B-P)、機(jī)器跳數(shù)(MU)及治療時(shí)間(TT)。結(jié)果 10 MV PTV的Dmean、V95 Gy、V105 Gy、HI均優(yōu)于6 MV(P<0.05)，其CI二者相近差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。10 MV的小腸(Dmean、D5%、V40 Gy)、膀胱(D5%)低于6 MV(P<0.05)，而雙側(cè)股骨頭組間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。相對(duì)于10MV來(lái)說(shuō)，B-P的V5 Gy略高于6 MV，V10 Gy、V15 Gy、V20 Gy較6 MV低(P<0.05)，其V30 Gy二者間相似(P>0.05)。10 MV的MU(427±53)和TT(72±6)s 分別較6 MV的MU(365±21)和TT(67±3)s增加了17%、7%(P<0.05)。結(jié)論 在單弧VMAT治療計(jì)劃中，10 MV較6 MV提供了更優(yōu)的靶區(qū)劑量分布，且對(duì)小腸和膀胱的保護(hù)有一定優(yōu)勢(shì)，但其MU和治療時(shí)間的略微增多及帶來(lái)的輻射防護(hù)問(wèn)題亦不容忽視。

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

放射治療在直腸癌治療中有著重要的臨床意義，不僅能對(duì)高危腫瘤降級(jí)，提高保肛率還能降低局部復(fù)發(fā)率〔1〕。調(diào)強(qiáng)技術(shù)(IMRT)已用于直腸癌術(shù)前放射治療，相對(duì)于三維適形放療(3D-CRT)技術(shù)更具優(yōu)勢(shì)，但實(shí)際治療時(shí)間較長(zhǎng)，增加器官運(yùn)動(dòng)所引入的誤差〔2，3〕，機(jī)器跳數(shù)(MU)的增多亦增加了二次致癌的概率〔4〕。容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)技術(shù)(VMAT)具有更高的靶區(qū)適形度和均勻性、降低危及器官受量、更少的機(jī)器跳數(shù)和縮短治療時(shí)間等優(yōu)勢(shì)〔5，6〕。針對(duì)體內(nèi)深部腫瘤患者，高能光子能夠提高劑量輸出均勻性并且降低體表組織的受照劑量。本研究旨在分析6 MV和10 MV應(yīng)用在單弧VMAT上的劑量學(xué)差異，為直腸癌術(shù)前放療的合理能量選擇提供理論依據(jù)。

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2013年4月至2014年5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11例，女7例；年齡45～66(平均54)歲。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(guò)DICOM 3.0傳輸?shù)酵呃锇睧clipse (Version 10.0)三維放射治療計(jì)劃系統(tǒng)。

1.2 靶區(qū)及危及器官勾畫 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)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。

1.3 治療計(jì)劃設(shè)計(jì) 采用美國(guó)瓦里安Eclipse (Version 10.0) 三維放射治療計(jì)劃系統(tǒng)分別制定6 MV和10 MV VMAT兩種治療計(jì)劃，并在TrumBeam直線加速器上執(zhí)行。VMAT計(jì)劃均采用單弧照射(順時(shí)間方向自181°旋轉(zhuǎn)至179°，準(zhǔn)直器角度為30°，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，兩種計(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。

1.4 計(jì)劃評(píng)估指標(biāo)

1.4.1 靶區(qū)指標(biāo) ①平均劑量Dmean。②V95 Gy、V105 Gy分別代表≥95%、105%處方劑量的相應(yīng)靶體積百分?jǐn)?shù)。③適形度指數(shù)(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(shuō)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%分別是靶區(qū)5%高劑量區(qū)劑量和其他95%區(qū)域的劑量。HI值越大(越遠(yuǎn)離1)，說(shuō)明該計(jì)劃的劑量分布均勻性越差。

1.4.2 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 Gy、V30 Gy、V40 Gy、V50 Gy評(píng)價(jià)小腸、膀胱受相應(yīng)劑量照射的體積。③應(yīng)用V20 Gy、V30 Gy、V40 Gy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 Gy、V10 Gy、V15 Gy、V20 Gy、V30 Gy評(píng)價(jià)正常組織低劑量體積(B-P)。

1.4.3 治療相關(guān)指標(biāo) ①機(jī)器跳數(shù)(MU);②治療時(shí)間(TT)。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 應(yīng)用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的組間比較配對(duì)t檢驗(yàn)。

2 結(jié) 果

2.1 靶區(qū)的劑量參數(shù) PTV的Dmean、V95 Gy、V105 Gy、HI 10MV均優(yōu)于6 MV(P<0.05)；10 MV的CI與6 MV的相似(P>0.05)。見(jiàn)表1。

2.2 危及器官和正常組織低劑量區(qū)劑量參數(shù) 小腸Dmean、D5%、V40 Gy10 MV低于6 MV(P<0.05)，其V20 Gy、V30 Gy、V50 Gy10 MV和6 MV的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；10 MV中除了膀胱的D5%比6 MV低之外(P<0.05)，其余參數(shù)均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；雙側(cè)股骨頭兩組間的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；相對(duì)于10 MV來(lái)說(shuō)，B-P的V5 Gy略高于6 MV，V10 Gy、V15 Gy、V20 Gy較6MV低(P<0.05)，其V30 Gy二者間相似(P>0.05)。見(jiàn)表2。

表1 兩種計(jì)劃PTV劑量參數(shù)的比較±s)

與6MV VMAT比較：1)P<0.01，2)P<0.05;下表同

表2 兩種計(jì)劃危及器官和正常組織低劑量區(qū)的參數(shù)比較±s)

2.3 MU和TT的參數(shù) MU：10 MV(427±53)較6 MV(365±21)增加了17%(P<0.05)；TT：10 MV〔(72±6)s〕較6 MV〔(67±3)s〕增加了7%(P<0.05)。

3 討 論

為提高手術(shù)治療的近期和遠(yuǎn)期效果，術(shù)前同步放化療已經(jīng)成為局部進(jìn)展期直腸癌的標(biāo)準(zhǔn)治療方案。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〔7〕。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〔8〕。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(wèn)題。在三維適形放療技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的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〔9〕。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〔10〕。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(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IMRT技術(shù)相當(dāng)或更好的效果〔12，13〕。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線在治療較深部腫瘤放療中比低能X射線更具優(yōu)勢(shì)。但是10 MV以上高能醫(yī)用電子直線加速器產(chǎn)生的X線，會(huì)與加速器的治療機(jī)頭中靶、準(zhǔn)直器和限束系統(tǒng)的多種高原子序數(shù)材料的原子核發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生中子輻射和感生放射性核素，對(duì)患者、工作人員及環(huán)境造成潛在的長(zhǎng)期危害。

本文結(jié)果表明對(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)，其與低劑量照射的小腸體積明顯相關(guān)〔14，15〕，本研究中小腸的Dmean、D5%、V40 Gy10 MV較6 MV降低，但其低劑量區(qū)的照射體積(V20 Gy、V30 Gy)二者間的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。膀胱的高劑量區(qū)(D5%)10 MV比6 MV減少，從而增加了降低放射性膀胱炎的發(fā)生概率〔16〕。雙側(cè)股骨頭二者間無(wú)明顯差異。MU數(shù)的增多意味著低劑量區(qū)增加，這與本研究中B-P的V5 Gy10 MV略高于6 MV相符，增加了二次惡性腫瘤的潛在可能性〔17〕。

綜上所述，在單弧VMAT技術(shù)應(yīng)用于直腸癌術(shù)前放療中，從劑量學(xué)角度而言10 MV相對(duì)于6 MV能夠?qū)崿F(xiàn)更優(yōu)的靶區(qū)劑量分布和均勻性，同時(shí)一定程度上保護(hù)了直腸周圍的正常組織器官如小腸、膀胱，但10 MV高能X射線導(dǎo)致二次致癌的概率更高，其產(chǎn)生的中子輻射污染和感生放射性核素亦不利于患者和工作人員，其最終的能量選擇應(yīng)由臨床醫(yī)生綜合考慮治療適應(yīng)證、合理應(yīng)用醫(yī)療資源及輻射防護(hù)問(wèn)題等多種因素而定。對(duì)于其遠(yuǎn)期生存率，有待進(jìn)一步臨床資料驗(yàn)證。

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〔2015-09-17修回〕

(編輯 苑云杰/曹夢(mèng)園)

汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院臨床科研提升計(jì)劃資助(201424)

陳創(chuàng)珍(1973-)，女，主任醫(yī)師，碩士生導(dǎo)師，主要從事腫瘤基礎(chǔ)與臨床研究。

張武哲(1980-)，男，高級(jí)工程師，放射物理師，主要從事治療計(jì)劃設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制研究。

R735.3

A

1005-9202(2017)04-0951-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.04.076