基于Varian 23EX直線加速器固定劑量率旋轉(zhuǎn)調(diào)強應用于直腸癌放療的研究分析

鄭士明 李玉成 史鐘 毛仙芝 邵凱南 張磊

[摘要] 目的 通過對直腸癌患者分別設計固定劑量率旋轉(zhuǎn)調(diào)強（FDR-IMAT）和可變劑量率容積弧形調(diào)強（RapidArc）計劃進行劑量學分析，為采用旋轉(zhuǎn)調(diào)強治療直腸癌提供合適的治療方式。 方法 選取2017年1～12月我院直腸癌患者10例。用Raystation計劃系統(tǒng)分別對每個患者設計FDR-IMAT和RapidArc計劃，采用相同的優(yōu)化目標參數(shù)。結果 兩種計劃均能滿足臨床要求，危及器官膀胱V40，小腸的Dmax、V35、V40無統(tǒng)計學差異（P>0.05）;RapidArc計劃相比FDR-IMAT計劃，跳數(shù)減少，治療時間減少，有統(tǒng)計學差異（P<0.05）;靶區(qū)適形度指數(shù)（CI）無統(tǒng)計學差異（P>0.05）。靶區(qū)均勻性指數(shù)（HI）RapidArc好于FDR-IMAT，有統(tǒng)計學差異（P<0.05）。 結論 在直腸癌放療方面，RapidArc技術相比FDR-IMAT技術，受照射的危及器官沒有差異，但治療跳數(shù)變少，治療時間大大縮減，對于一些沒有RapidArc技術的加速器可以選擇使用FDR-IMAT進行放射治療。

[關鍵詞] 放射治療;直腸癌;固定劑量率;容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強

[中圖分類號] R735.37;R730.55 ? ? ? ? ?[文獻標識碼] B ? ? ? ? ?[文章編號] 1673-9701（2019）32-0097-04

Research analysis ofintensity-modulated arc therapyapplied in rectal cancer based on varian 23EX linear accelerator fixed dose rate

ZHENG Shiming1 ? LI Yucheng2 ? SHI Zhong3 ? MAO Xianzhi1 ? SHAO Kainan1 ? ZHANG Lei1

1.Radiation Physics Room， Zhejiang Cancer Hospital， Hangzhou ? 310022， China; 2.Department of Radiotherapy， Zhejiang People's Hospital， Hangzhou ? 310014， China; 3.Department of Chemotherapy， Zhejiang Cancer Hospital， Hangzhou ? 310022， China

[Abstract] Objective To design dosimetric analysis of patients with rectal cancer by fixed dose rate intensity-modulated arc therapy（FDR-IMAT） and variable dose rate volume tricintensity-modulated arc therapy（RapidArc）， and to provide suitable treatment for rectal cancer treated withintensity-modulated arc therapy. Methods Ten patients with rectal cancer in our hospital from January to December 2017 were selected. The FDR-IMAT and RapidArc plans were designed for each patient， by the Raystation planning system and the same optimization target parameters. Results Both plans met the clinical requirements， endangering organ V40， Dmax， V35， V40 of the small intestine， there was no significant difference between the two plans（P>0.05）. The hop count in the RapidArc plan was reduced， and the treatment time was reduced， compared to that of the FDR-IMAT plan. And there was a statistical difference（P<0.05）. The target area conformity index（CI） had no statistical difference（P>0.05）. Target area homogenous index（HI） of RapidArc was better than that of FDR-IMAT， with statistical difference（P<0.05）. Conclusion In the radiotherapy for rectal cancer， there are no significant difference in the irradiated endangered organs between the RapidArc technique and the FDR-IMAT technique， but the number of treatment hops of RapidArcis reduced and the treatment time is greatly reduced. For some accelerators without RapidArc technology， FDR-IMAT can be selected for radiation therapy.

[Key words] Radiation therapy; Rectal cancer; Fixed dose rate; Volume intensity-modulated arc therapy

直腸癌是現(xiàn)在世界上最常見的腫瘤之一[1-2]，放射治療是治療直腸癌的重要手段之一。在世界范圍內(nèi)，它是男性中排名第三位的常見惡性腫瘤，在女性中排名第二位[3]，目前直腸癌放療技術主要有3D-CRT（3-dimensional conformal radiation therapy）技術、IMRT（Intensity Modulated Radiotherapy）技術、FDR-IMAT（Fixed Dose Rate-Intensity modulated Arc Therapy）技術、RapidArc技術等。目前資料中大部分均為3D-CRT技術、IMRT技術與RapidArc技術的劑量學比較[4-9]，很少有固定劑量率旋轉(zhuǎn)調(diào)強與容積弧形調(diào)強之間劑量學比較的相關報道。本研究基于Varian 23EX直線加速器，采用Raystation計劃系統(tǒng)對直腸癌患者分別做FDR-IMAT和RapidArc計劃，比較兩種計劃的靶區(qū)及危及器官的限量，為采用FDR-IMAT技術治療直腸癌提供可能。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

隨機選取本院2017年1～12月直腸癌患者10例，年齡39～64歲，中位年齡60歲，其中男8例，女2例，所有患者卡氏評分（KPS）均大于70。

1.2 模擬定位

患者定位前1 h排空膀胱和直腸后充分飲水，充盈膀胱，患者俯臥位于有孔腹部定位板，將腹部自然置于孔內(nèi)下垂，使小腸位于照射野外，減少放療時小腸的受量，保護小腸受照射體積，采用熱塑體膜固定。采用GE high-speed 80 cm CT模擬定位機進行掃描，掃描范圍為第1腰椎至坐骨結節(jié)下 10～15 cm，層厚 5 mm，將掃描圖像以DICOM格式傳輸至Raystation三維放射治療計劃系統(tǒng)進行三維圖像重建。

1.3 靶區(qū)勾畫

臨床醫(yī)生根據(jù)ICRU[10]報告勾畫靶區(qū)，包括腫瘤靶區(qū)（GTV）、臨床靶區(qū)（CTV）和計劃靶區(qū)（PTV），并勾畫出膀胱（Bladder）、小腸（Intestine）、左股骨頭（Head of femur-l）和右股骨頭（Head of femur-r）等正常危及器官。處方劑量為4500 cGy/25次，PTV≥95%，PTV內(nèi)高劑量點不得大于處方劑量的110%。正常組織限量要求：膀胱V40<40%，小腸Dmax<5000 cGy，V35<180 cm3，V40<100 cm3，左右股骨頭V50<5%。

1.4計劃設計

用Raystation計劃系統(tǒng)分別對每個患者設計FDR-IMAT計劃和RapidArc計劃，目標參數(shù)不變，能量為6 MV，統(tǒng)一使用計劃系統(tǒng)提供的“Dual Arc”功能生成順時針和逆時針方向的對偶弧。使用230°～130°的對偶弧。出束點間隔4°，單次優(yōu)化迭代60次，通量優(yōu)化迭代20次。IMAT采用200 MU/min固定劑量率，VMAT采用0～600 MU/min的可變劑量率。

1.5 評估方法

1.5.1 靶區(qū)的評估 ?在保證處方劑量線包繞靶區(qū)的體積達到95%的前提下，比較兩種計劃的靶區(qū)適形指數(shù)（CI）和均勻性指數(shù)（HI），來評價計劃的靶區(qū)劑量分布。

適形指數(shù)（CI）：CI=■×■

VT，ref：處方劑量包圍的靶區(qū)體積，VT：靶區(qū)體積，Vref處方劑量線包圍的所有區(qū)域的體積。適形指數(shù)取值在0～1，適形指數(shù)值越高說明適形度越好。

均勻性指數(shù)（HI）：HI=（D2%-D98%）/D50%，其中D2%、D98%、D50%分別是2%、98%、50%計劃靶區(qū)所接受的照射劑量。均勻性指數(shù)越小，說明靶區(qū)均勻性越好。

1.5.2 危機器官劑量參數(shù) ?比較膀胱、小腸、左右股骨頭的限量：膀胱V40<40%，小腸Dmax<5000 cGy，V35<180 cm3，V40<100 cm3，左右股骨頭V50<5%。

1.5.3 治療時間和治療跳數(shù) ?在Raystation計劃系統(tǒng)中，直接讀取兩種計劃的治療時間和治療跳數(shù)，并比較兩種計劃治療時的治療時間和治療跳數(shù)。

1.5.4 劑量學比較 ?在Raystation計劃系統(tǒng)中，顯示兩種計劃的劑量體積直方圖（DVH）并進行比較，并對兩種計劃進行統(tǒng)計學分析。

1.6 統(tǒng)計學處理

采用SPSS22.0統(tǒng)計軟件對每個計量資料指標進行配對樣本t檢驗，分別對腫瘤靶區(qū)劑量、正常組織限量、治療跳數(shù)及治療時間、DVH圖進行統(tǒng)計分析，P<0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 兩種計劃靶區(qū)的劑量學參數(shù)比較

由表1可以看出兩種計劃均能滿足臨床要求，兩者最低劑量有統(tǒng)計學意義，最大劑量無統(tǒng)計學意義，兩種計劃的靶區(qū)適形指數(shù)沒有統(tǒng)計學差異，均勻性RapidArc計劃略好于FDR-IMAT計劃，有統(tǒng)計學差異（P<0.05）。

表1 ? 兩種計劃靶區(qū)的劑量學參數(shù)比較（x±s）

2.2兩種計劃的危及器官劑量學參數(shù)比較

由表2可以得出兩種計劃的危及器官指標均無明顯統(tǒng)計學意義（P>0.05）。

2.3 兩種計劃的治療時間和機器跳數(shù)比較

由表3可以得出FDR-IMAT計劃治療時間大于RapidArc計劃治療時間，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。

2.4 計劃權重及劑量分布

分別設計RapidArc和FDR-IMAT計劃均能滿足臨床醫(yī)生的研究要求，封三圖5為同一例患者兩種計劃的控制點劑量權重圖比較，封三圖6為同一例患者兩種計劃不同切面的劑量分布圖比較，封三圖7為同一患者兩種計劃的DVH比較。

3討論

近年來容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強技術（RapidArc）發(fā)展迅速， 國內(nèi)外已有多篇報道顯示其在多個腫瘤部位的劑量學和效率優(yōu)勢[11-15]。國內(nèi)外對于FDR-IMAT技術的研究相關文獻比較少，本文對10例直腸癌患者的RapidArc計劃和FDR-IMAT計劃進行劑量學的比較，旨在研究FDR-IMAT技術在劑量學方面可以用于直腸癌患者的治療，為沒有可變劑量率旋轉(zhuǎn)調(diào)強的單位開展旋轉(zhuǎn)調(diào)強的技術提供可能。

10例直腸癌患者的RapidArc計劃在Varian Trilogy加速器模型上進行計劃設計，F(xiàn)DR-IMAT計劃在Varian 23EX加速器模型上進行計劃設計，我院在調(diào)試驗收兩臺加速器時對這兩臺加速器的百分深度劑量曲線（PDD）等物理參數(shù)進行了匹配使其誤差不超過1%。Beyer[16]研究表明當兩臺加速器匹配之后的物理參數(shù)相差不超過1%時，即認為其模型基本一致。因此這兩臺機器模型計算出來的劑量結果可以進行劑量學比較。

由表1可以看出兩者的適形指數(shù)沒有統(tǒng)計學差異（P>0.05），但是均勻指數(shù)具有統(tǒng)計學差異（P<0.05），分析由于其弧數(shù)相同以及都是每隔4°一個控制點所以其適形指數(shù)基本一致。但是其均勻指數(shù)RapidArc計劃要好于FDR-IMAT計劃其原因可能是由于RapidArc計劃的劑量率可變，所以對于靶區(qū)內(nèi)劑量的控制要優(yōu)于FDR-IMAT計劃。但是由表2可得出無論是危及器官的最大點劑量還是其體積劑量兩者之間均無統(tǒng)計學差異，因此在一定程度上FDR-IMAT技術可以代替RapidArc技術。

由表3發(fā)現(xiàn)在治療時間方面，F(xiàn)DR-IMAT計劃的時間是RapidArc計劃的1.5倍左右，這是由于RapidArc技術的劑量率可以從100～600 MU/min之間進行變化，它可以通過計算在合適的角度提高劑量率獲得更高的劑量以及通過降低劑量率來減少輸出劑量，筆者使用的 FDR-IMAT技術則是選定200 MU/min的劑量率其原因是考慮到計劃劑量分布與執(zhí)行效率的平衡。因此，其治療速度要慢于RapidArc 技術。由表1、2和圖2、3可以得出在劑量學上均可用于臨床治療，但固定劑量率旋轉(zhuǎn)調(diào)強可在Varina 23EX加速器上進行治療，此加速器作為一款應用范圍很廣的機器，為一些將要開展旋轉(zhuǎn)調(diào)強而沒有先進機器的醫(yī)院提供了可能，另外固定劑量率旋轉(zhuǎn)調(diào)強的機架以恒定速度轉(zhuǎn)動，機器出束更穩(wěn)定，損耗更小。除此之外，杜鋒磊等[17]使用我院Varian 23EX 加速器模型設計了10例FDR-IMAT技術的直腸癌計劃并使用MapCheck進行驗證得到其DTA和Gamma通過率均大于95%，因此單純Gamma通過率方面考慮FDR-IMAT也可以用于放射治療。另外，由于患者選取數(shù)量較少，結果存在一定誤差，后期加大患者數(shù)據(jù)再進行具體分析。此外龍雨松等[18]在肺癌固定劑量率旋轉(zhuǎn)調(diào)強和容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強的劑量學分析中，表示RapidArc技術是優(yōu)于FDR-IMAT技術的，這可能是不同病種導致的結果，后期我們會對不同病種進行分析如前列前癌、鼻咽癌、宮頸癌等來研究何種疾病是適合FDR-IMAT技術的，為要開展旋轉(zhuǎn)調(diào)強的醫(yī)院提供更準確的數(shù)據(jù)。

綜上所述，F(xiàn)DR-IMAT技術雖然在治療速度上要慢于RapidArc技術，但是靶區(qū)適形指數(shù)以及危及器官限量均無統(tǒng)計學差異，因此為一些將要開展旋轉(zhuǎn)調(diào)強而沒有先進機器的醫(yī)院提供了可能。另外，我們只是單純從劑量學角度對比了RapidArc技術與FDR-IMAT技術，但是對于它們的臨床療效仍需要長期和大數(shù)據(jù)的觀察分析。后期，我們會跟臨床醫(yī)生分析患者放療后的療效，為FDR-IMAT計劃提供一個準確的數(shù)據(jù)。

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（收稿日期：2019-01-18）