容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療在直腸癌患者中的應(yīng)用

花威，張先穩(wěn)，茅冬俊，陳婷婷(通信作者)

江蘇省蘇北人民醫(yī)院腫瘤科 (江蘇揚(yáng)州 225001)

近年來(lái)，我國(guó)直腸癌的發(fā)病率呈不斷升高的趨勢(shì)，主要發(fā)病原因可能與人們生活水平的提高及飲食和行為習(xí)慣的改變相關(guān)[1]。目前，手術(shù)仍是治療直腸癌患者的主要方式，而放射治療主要用于新輔助和輔助治療前[2]。容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療(volumetric modulated arc therapy，VMAT)作為一種較先進(jìn)的放射治療技術(shù)，具有高效、快捷的特點(diǎn)。其在各類惡性腫瘤放射治療中的應(yīng)用中均已有報(bào)道，且相關(guān)研究表明，與傳統(tǒng)調(diào)強(qiáng)技術(shù)相比，VMAT具有更好的靶區(qū)適形度和均勻性，能夠縮短治療時(shí)間，減少危及器官的受量[3-5]。VMAT在直腸癌放射治療中的報(bào)道多局限于放射治療計(jì)劃中的劑量學(xué)比較，罕見(jiàn)計(jì)劃驗(yàn)證方面的分析?；诖?，本研究將從治療計(jì)劃系統(tǒng)(treatment planning system，TPS)計(jì)劃值和COMPASS系統(tǒng)驗(yàn)證結(jié)果來(lái)探討VMAT在直腸癌中的應(yīng)用效果，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2019年11月至2020年12月于我院行放射治療的10例直腸癌患者的臨床資料，其中男7例，女3例；年齡41～69歲，中位年齡58歲；臨床分期為Ⅲ期，疾病類型為腺癌。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)。

1.2 儀器設(shè)備

美國(guó)VARIAN IX直線加速器，Eclipse13.5治療計(jì)劃系統(tǒng)；美國(guó)GE公司大孔徑CT；比利時(shí)IBA公司COMPASS三維劑量驗(yàn)證系統(tǒng)；德國(guó)PTW公司UNIDOSE型劑量?jī)x，有效測(cè)量體積為0.6 cm3的指形電離室。

1.3 CT定位及靶區(qū)勾畫(huà)

患者取仰臥位，采用真空墊行體位固定，中心設(shè)置在大體腫瘤幾何中心，并利用激光線畫(huà)體表標(biāo)記線；同體位下，采用GE大孔徑CT行增強(qiáng)掃描[經(jīng)肘正中靜脈高壓注射80 ml碘海醇注射液(揚(yáng)子江藥業(yè)集團(tuán)有限公司，批準(zhǔn)文號(hào) 國(guó)藥準(zhǔn)字H10970358，規(guī)格 按碘計(jì)100 ml︰30 g)，速率為2.5ml/s]，設(shè)置層厚為5 mm，掃描上界為第2腰椎，下界為坐骨結(jié)節(jié)下8 cm，掃描后將CT圖像傳輸?shù)紼clipse13.5治療計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行三維圖像重建。

定位后，由放射治療科醫(yī)師勾畫(huà)靶區(qū)，大體腫瘤區(qū)(gross tumor volume，GTV)為CT影像所見(jiàn)直腸原發(fā)腫瘤和局部轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)區(qū)域；臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)包括直腸腫瘤及局部可能發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的區(qū)域，直腸腫瘤上下界各擴(kuò)4 cm或下界至肛門(mén)口，上界達(dá)第5腰椎下緣，淋巴引流或可能侵及的部位包括骶骨前、直腸上動(dòng)脈周圍、髂血管周圍區(qū)域、閉孔區(qū)及部分精囊腺、前列腺或子宮和膀胱后壁1/3；計(jì)劃靶區(qū)(planning target volume，PTV)為受患者體位變化、器官移動(dòng)等因素的影響，在CTV基礎(chǔ)上各方向擴(kuò)展5～7 mm的區(qū)域。膀胱、小腸、股骨頭等結(jié)構(gòu)則被定義為危及器官(organs at risk，OARs)。

1.4 計(jì)劃設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

采用15 MV X線，設(shè)計(jì)單弧VMAT計(jì)劃，以逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，起始角度為179°、終止角度為181°、機(jī)頭轉(zhuǎn)角為15°、治療床轉(zhuǎn)角為0°、最大劑量率為600 MU/min，采用各向異性分析算法，以及等中心照射方式。PTV處方劑量DT為5 000 cGy/25 F/5 W。計(jì)劃優(yōu)化目標(biāo)：PTV小于107%的處方劑量，最小劑量大于95%的處方劑量；小腸30%的體積受照劑量D30%<3 000 cGy，最大受照劑量Dmax≤4 500 cGy；膀胱D50%<4 000 cGy；股骨頭D5%<4 500 cGy。

利用VMAT計(jì)劃生成質(zhì)量保證(quality assurance，QA)計(jì)劃，其劑量驗(yàn)證分為兩部分：利用指形電離室驗(yàn)證測(cè)量等中心絕對(duì)劑量，以及利用COMPASS系統(tǒng)驗(yàn)證相對(duì)劑量[6]。Gamma分析中的約束限制：相對(duì)劑量偏差3、距離偏差3 mm，以γ<1為通過(guò)。驗(yàn)證值與計(jì)劃值的比較：兩者差異[7]PD=100%×(Dcal-Dn)/Dn，其中，PD為差異百分比，單位為%；Dn為利用COMPASS系統(tǒng)測(cè)量的劑量，單位為cGy；Dcal為Eclipse13.5治療計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算的劑量，單位為cGy。

1.5 計(jì)劃評(píng)估

2 結(jié)果

2.1 等中心絕對(duì)劑量、γ通過(guò)率

利用指形電離室測(cè)量計(jì)劃等中心絕對(duì)劑量，發(fā)現(xiàn)其準(zhǔn)確率達(dá)(99.12±0.73)%；利用COMPASS系統(tǒng)分析PTV和OARs的γ通過(guò)率，發(fā)現(xiàn)PTV的γ通過(guò)率達(dá)95%以上，OARs的γ通過(guò)率達(dá)96%以上，見(jiàn)表1。

表1 靶區(qū)和OARs的γ通過(guò)率

2.2 靶區(qū)和OARs的各指標(biāo)評(píng)估結(jié)果

PTV的HI、CI分別為(1.06±0.03)、(0.90±0.05)，均勻性和適形度均較好，V95%為(97.93±1.21)%，劑量驗(yàn)證結(jié)果顯示，PTV各評(píng)價(jià)指標(biāo)差異在4.3%以內(nèi)；OARs的評(píng)估參數(shù)均滿足放射治療臨床劑量學(xué)要求，其中，膀胱和小腸的V40僅為(20.31±4.23)%和(7.81±3.15)%，低劑量區(qū)范圍較高，V20為(92.22±4.33)%和(51.24±4.41)%，Dmean分別為(2 772.54±235.82)cGy和(2 425.75±176.72)cGy，小腸的Dmax稍高，為(4 567.44±156.43)cGy，股骨頭D5%也在4 000 cGy以內(nèi)，劑量驗(yàn)證結(jié)果顯示，膀胱、小腸、股骨頭的各指標(biāo)差異在4.4%以內(nèi)，見(jiàn)表2。

表2 靶區(qū)和OARs的各指標(biāo)評(píng)估結(jié)果

3 討論

放射治療包括外照射和內(nèi)照射，目前，臨床對(duì)直腸癌的放射治療主要為外照射，其能夠降低直腸癌局部復(fù)發(fā)率，提高局部控制率，是治療直腸癌患者的主要手段之一。外照射無(wú)論是在直腸癌術(shù)前、術(shù)后，還是晚期姑息治療中均具有重要的意義。但在采用外照射實(shí)施放射治療時(shí)，可能會(huì)對(duì)盆腔臟器造成放射性損傷，導(dǎo)致患者出現(xiàn)腹瀉、腹痛、直腸出血等癥狀，影響生命質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致患者死亡，例如，小腸受射線照射的劑量和體積對(duì)急性放射性腸炎的發(fā)生具有重要影響。直腸癌靶區(qū)形狀相對(duì)規(guī)則，劑量梯度變化相對(duì)較小，在靶區(qū)的劑量分布和對(duì)小腸、膀胱、股骨頭的受量保護(hù)方面，調(diào)強(qiáng)技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)。但采用常規(guī)調(diào)強(qiáng)技術(shù)實(shí)施治療的時(shí)間較長(zhǎng)，且治療過(guò)程中易發(fā)生不確定因素，會(huì)對(duì)治療精度造成影響。近年來(lái)，VMAT技術(shù)因其“快、準(zhǔn)、優(yōu)”的特點(diǎn)被廣泛用于臨床放射治療中。Yadav等[3]、Zhang等[4]、張矛等[10]的研究報(bào)道，VMAT在宮頸癌、食管癌、鼻咽癌中可達(dá)到或優(yōu)于調(diào)強(qiáng)放射治療(intensity-modulated radiotherapy，IMRT)的靶區(qū)劑量分布，在一定程度上減少OARs的受照劑量，且出束時(shí)間較短。VMAT在直腸癌放射治療中的研究也有類似報(bào)道[11-12]，但其受限于不同放射治療計(jì)劃的劑量學(xué)比較。在IMRT計(jì)劃中，由于劑量梯度變化大、多葉光柵動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)，可能會(huì)導(dǎo)致較大的計(jì)算誤差。精確放射治療時(shí)代要求IMRT計(jì)劃實(shí)施前均需進(jìn)行劑量驗(yàn)證，待滿足劑量要求后方可實(shí)施。因此，VMAT是否適用于直腸癌放射治療需要?jiǎng)┝框?yàn)證研究的支持。

VMAT是在加速器機(jī)架旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，通過(guò)多葉光柵連續(xù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一系列子野，并通過(guò)劑量率改變、機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度改變，從而形成可變束流來(lái)完成的一種IMRT方式，因此，其具有動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)和旋轉(zhuǎn)照射的特點(diǎn)。在進(jìn)行VMAT計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)可優(yōu)化的條件較多，如機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度、弧旋轉(zhuǎn)度數(shù)、機(jī)頭角度、多葉光柵、劑量率等，這就對(duì)計(jì)劃設(shè)計(jì)和驗(yàn)證提出了更嚴(yán)格的要求。COMPASS三維劑量驗(yàn)證系統(tǒng)是通過(guò)將二維電離室矩陣懸掛在機(jī)頭上，隨機(jī)頭旋轉(zhuǎn)保持相對(duì)位置不變，來(lái)實(shí)時(shí)探測(cè)射野的通量，過(guò)程中無(wú)角度依賴的問(wèn)題，適用于VMAT計(jì)劃的驗(yàn)證。COMPASS系統(tǒng)最重要的特點(diǎn)是可使用測(cè)量的照射野通量在患者CT圖像上重建劑量分布，且充分計(jì)算組織的不均勻性，反映患者體內(nèi)感興趣區(qū)域的真實(shí)受照狀況。其可呈現(xiàn)真實(shí)的劑量分布，向放射物理師和放射治療醫(yī)師提供劑量體積直方圖及三維劑量評(píng)估的Gamma分析[13-15]。

自VMAT技術(shù)被應(yīng)用以來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多研究顯示其優(yōu)于三維適形放射治療，與傳統(tǒng)IMRT相比，VMAT因具有旋轉(zhuǎn)特性，布野自由度大，所以獲得的靶區(qū)劑量分布趨向更加緊密，靶區(qū)的適形度更好，并能夠降低與靶區(qū)相鄰OARs的高劑量受照體積[3-7，10]。劉路等[11]的研究表明，VMAT計(jì)劃的CI為0.92，優(yōu)于固定野調(diào)強(qiáng)，膀胱和腸道的低劑量區(qū)受累體積減小，高劑量區(qū)無(wú)優(yōu)勢(shì)。Cilla等[16]的研究表明，在局部晚期直腸癌新輔助放射治療中，相較于三維適形放射治療，VMAT可明顯降低小腸受量。殷麟等[12]的研究表明，VMAT計(jì)劃的HI和CI明顯優(yōu)于IMRT計(jì)劃，并可降低小腸的高劑量區(qū)受照體積，同時(shí)急性不良反應(yīng)發(fā)生率及等級(jí)均較低。本研究結(jié)果顯示，VMAT計(jì)劃具有良好的劑量學(xué)分布， PTV的HI、CI分別為(1.06±0.03)、(0.90±0.05)，V95%為(97.93±1.21)%，同時(shí)OARs受照體積呈現(xiàn)出高劑量區(qū)低、低劑量區(qū)高的趨勢(shì)，與上述研究報(bào)道相似。另外，腸道不良反應(yīng)的發(fā)生受小腸受射線照射劑量和體積的影響較大，原因?yàn)椋肷浣嵌榷?，使劑量趨于分散，VMAT計(jì)劃中小腸的Dmean明顯降低，本研究結(jié)果顯示，小腸的Dmean僅為(2 425.75±176.72)cGy。本研究通過(guò)COMPASS劑量驗(yàn)證所得靶區(qū)、膀胱、小腸、股骨頭的各指標(biāo)差異均在4.4%以內(nèi)；此外，劑量驗(yàn)證還顯示，等中心絕對(duì)劑量的準(zhǔn)確率達(dá)(99.12±0.73)%，PTV的γ通過(guò)率達(dá)95%以上，OARs的γ通過(guò)率達(dá)96%以上，完全滿足直腸癌放射治療對(duì)輻射劑量學(xué)的要求。