宮頸癌患者四種容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃小腸的劑量學(xué)比較

鄭蓮容，黎桂華，朱志鵬（通信作者）

（廣西醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院放射治療科 廣西 南寧 530000）

宮頸癌是臨床高發(fā)的婦科疾病之一，術(shù)后放療是臨床常見的治療方法。近年隨著放射治療技術(shù)的發(fā)展，容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)技術(shù)（volumetric modulated arc therapy，VMAT）被廣泛應(yīng)用于宮頸癌治療中。VMAT通過治療中同時(shí)調(diào)控機(jī)架角度、多葉光柵葉片的形狀和運(yùn)動(dòng)速度以及輸出劑量率的方式大幅提高治療效率。相比固定野調(diào)強(qiáng)（intensity modulated radio therapy，IMRT），VMAT技術(shù)具有靶區(qū)適形度高、機(jī)器跳數(shù)小與治療時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)[1]。宮頸癌靶區(qū)毗鄰許多正常器官和組織，其中小腸對(duì)射線敏感度最高，其是盆腔放療中最重要的劑量限制器官。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，接受處方劑量為50 Gy的盆腔放射治療后，急性或者慢性放射性腸炎并發(fā)癥的發(fā)生率為2%～9%[2-4]。放射性腸炎的嚴(yán)重程度取決于小腸的受照體積和劑量[5-7]。如何減少在治療過程中小腸的受照體積和劑量是近年的研究熱點(diǎn)。本研究旨在探究一種新的VMAT優(yōu)化方式減少宮頸癌放療中小腸受照體積，為宮頸癌計(jì)劃設(shè)計(jì)提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

隨機(jī)選取廣西醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院2016年1月—2019年12月接受宮頸癌術(shù)后放療的患者15例，經(jīng)病理診斷為中/低分化鱗癌，無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移且無放療禁忌證，具有復(fù)發(fā)高危因素。2009年國際婦產(chǎn)科聯(lián)盟（International Federation of Gynecology and Obstetrics，F(xiàn)IGO）臨床分期均為ⅠA～ⅡB期；年齡36～68歲，中位年齡53歲。

1.2 方式

協(xié)助患者取仰臥位，平躺于真空墊上，囑其雙手抱肘置于前額，用體部熱塑膜固定。定位前1 h囑患者口服造影劑后憋尿以保證膀胱充盈。按照頭腳方向掃描，掃描層厚為5 mm，采用飛利浦16排CT采集患者影像數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳送到飛利浦Pinnacle治療計(jì)劃系統(tǒng)工作站上。

1.3 靶區(qū)危及器官勾畫和劑量學(xué)限制

根據(jù)ICRU 62號(hào)報(bào)告宮頸癌術(shù)后盆腔臨床靶體積（clinical target volume，CTV）包括陰道殘端、陰道旁軟組織和盆腔淋巴引流區(qū)域，盆腔淋巴結(jié)引流區(qū)根據(jù)血管走形確定，包括部分骼總和骼內(nèi)、骼外、閉孔、骶前淋巴結(jié)等區(qū)域及周圍組織，范圍為上界達(dá)L4、L5、下界達(dá)閉孔下緣水平。對(duì)于危及器官僅勾畫小腸、直腸、左右股骨頭和膀胱，其中小腸包括造影劑顯示的腸管及周圍腸系膜組織，直腸上界為直腸乙狀結(jié)腸交界處、下界為肛門，膀胱包括充盈狀態(tài)下的全部膀胱。計(jì)劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）由CTV在三維方向上均外擴(kuò)7 mm形成。處方劑量為50 Gy/25次。靶區(qū)要求95%的PTV體積最低受照劑量48.5 Gy，靶區(qū)PTV的最高受照劑量不超過54 Gy[8-9]。正常器官限量為：小腸V50＜2%、Dmax＜5 200 cGy；直腸V50＜30%；膀胱V50＜40%，股骨頭V50＜5%。

1.4 治療計(jì)劃設(shè)計(jì)

采用瓦里安VitalBeam加速器6 MV X線，每個(gè)患者設(shè)計(jì)四種VMAT計(jì)劃，所有計(jì)劃都在飛利浦Pinnacle 9.10版本計(jì)劃系統(tǒng)完成。第1個(gè)VMAT計(jì)劃是全弧計(jì)劃，用P1表示，由兩個(gè)全弧構(gòu)成，機(jī)架角度順時(shí)針從181°旋轉(zhuǎn)到179°再逆時(shí)針返回。第2個(gè)VMAT計(jì)劃是全弧計(jì)劃，用P2表示，與P1計(jì)劃布野方式一樣，在計(jì)劃優(yōu)化時(shí)增加扇形區(qū)域限制條件優(yōu)化。第3個(gè)VMAT計(jì)劃是部分弧計(jì)劃，用P3表示，由4個(gè)小弧構(gòu)成，機(jī)架角度順時(shí)針從181°旋轉(zhuǎn)到179°再逆時(shí)針返回，且機(jī)架在經(jīng)過腹部方向90°角內(nèi)（順時(shí)針315°～45°或者逆時(shí)針45°～315°）加速器不出射線。第4個(gè)VMAT計(jì)劃是部分弧計(jì)劃，用P4表示，與P2計(jì)劃布野方式一樣，計(jì)劃優(yōu)化時(shí)增加扇形區(qū)域限制條件優(yōu)化。其中扇形區(qū)域結(jié)構(gòu)用sector表示，如圖1所示，通過以下方式得到：以射野中心為中心，創(chuàng)建315°～45°的90°的扇形區(qū)域，以PTV的頭腳方向多2 cm為上下界，減去皮膚內(nèi)3 mm和PTV外擴(kuò)8 mm區(qū)域。計(jì)劃優(yōu)化時(shí)對(duì)扇形區(qū)域設(shè)置3個(gè)限制條件為：①最大值為處方劑量的90%；②在不影響靶區(qū)的處方要求下，15 Gy的體積盡可能低；③在不影響靶區(qū)的處方要求下，30 Gy的體積盡可能低。

圖1 輔助結(jié)構(gòu)（sector）示意圖

1.5 計(jì)劃評(píng)估

基于Pinnacles計(jì)劃系統(tǒng)生成的劑量體積直方圖（dose-volume histogram，DVH）對(duì)四種VMAT計(jì)劃進(jìn)行比較。所有VMAT計(jì)劃的PTV都?xì)w一到95%的PTV體積至少接受97%的處方劑量（即4 850 Gy）。PTV包括平均劑量（mean），靶區(qū)適形指數(shù)（conformity index，CI），均勻指數(shù)（homogeneity index，HI）以及危及器官的接受15 Gy、20 Gy、25 Gy、35 Gy、40 Gy、50 Gy 的體積百分比（V15、V20、V25、V35、V40、V50）。其中CI=Vt,ref/Vt×Vt,ref/Vref，Vt是靶區(qū)體積，Vref是參考等劑量線包繞的體積，Vt,ref是參考等劑量線包繞靶區(qū)的體積。HI=（D2-D98）/DP，D2和D98分別為2%和98%的PTV處方劑量，DP是處方劑量。

1.6 劑量驗(yàn)證

采用ArcCHECK模體和自帶的分析軟件對(duì)四種VMAT計(jì)劃進(jìn)行劑量驗(yàn)證。選用Gamma方法為比較方法，閾值標(biāo)準(zhǔn)選擇3%，2 mm，10%。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，行t檢驗(yàn)；四種VMAT計(jì)劃各評(píng)估指標(biāo)比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 四種VMAT計(jì)劃靶區(qū)劑量學(xué)比較

P4的靶區(qū)Dmean與P1和P2計(jì)劃的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；P4的HI與P1、P2和P3計(jì)劃的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。P4計(jì)劃的靶區(qū)CI數(shù)值最小，但與其他計(jì)劃比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。見表1。

表1 四種VMAT計(jì)劃靶區(qū)劑量學(xué)比較（）

表1 四種VMAT計(jì)劃靶區(qū)劑量學(xué)比較（）

計(jì)劃 Dmean/cGy HI CI P1 5 040.91±3.38 0.056±0.002 0.74±0.02 P2 5 042.00±2.52 0.058±0.002 0.74±0.01 P3 5 045.37±1.93 0.065±0.002 0.74±0.01 P4 5 049.81±1.36 0.075±0.002 0.71±0.01

2.2 四種VMAT計(jì)劃小腸受照劑量學(xué)比較

小腸受量V15、V20、V30、V40在計(jì)劃P1～P4之間逐漸減小，P4計(jì)劃的V15、V20、V30、V40數(shù)值均最小。P4計(jì)劃小腸的V15、V20、V30與P1計(jì)劃的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.017、0.002、0.003）。四種VMAT計(jì)劃的V10、V40、V50數(shù)值相近，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。見表2。

表2 四種VMAT計(jì)劃小腸劑量學(xué)比較（，%）

表2 四種VMAT計(jì)劃小腸劑量學(xué)比較（，%）

計(jì)劃 V10 V15 V20 P1 70.88±4.66 55.87±4.33 48.90±4.09 P2 69.94±4.89 48.30±4.07 39.86±3.41 P3 69.06±4.88 46.98±4.12 38.74±3.54 P4 68.04±4.61 41.61±3.92 32.12±3.39計(jì)劃 V30 V40 V50 P1 29.33±2.97 15.29±2.11 0.25±0.06 P2 24.57±2.54 13.55±1.78 0.26±0.06 P3 23.43±2.44 13.34±1.81 0.27±0.06 P4 18.12±2.36 10.70±1.73 0.24±0.06

2.3 其他危及器官受照劑量學(xué)比較

四種VMAT計(jì)劃之間的直腸和右股骨頭的V20、V30、V40和V50數(shù)值相差不大，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。四種VMAT計(jì)劃之間P4計(jì)劃的膀胱V20數(shù)值最小，P1計(jì)劃的數(shù)值最大，且P4計(jì)劃膀胱V20分別與P1、P2及P3計(jì)劃的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.000、0.022、0.001）。P4計(jì)劃膀胱V30的數(shù)值最小，P1計(jì)劃的數(shù)值最大，且P4與P1、P4與P3、P1與P2計(jì)劃之間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.001、0.015、0.026）。四種VMAT計(jì)劃之間的V50數(shù)值相差不大，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。四種VMAT計(jì)劃之間的左股骨頭V20、V50數(shù)值相差不大，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。P4計(jì)劃左股骨頭V30的數(shù)值最大，P1計(jì)劃的數(shù)值最小，且P4與P1、P1與P2及P1與P3計(jì)劃之間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.001、0.004、0.048）。P4計(jì)劃左股骨頭V40的數(shù)值最大，P1計(jì)劃的數(shù)值最小，且P4與P1計(jì)劃之間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.030）。

2.4 劑量驗(yàn)證通過率比較

四種VMAT計(jì)劃的劑量驗(yàn)證通過率的均值均＞99.5%，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。見表3。

表3 四種計(jì)劃劑量驗(yàn)證通過率均值比較（，%）

表3 四種計(jì)劃劑量驗(yàn)證通過率均值比較（，%）

計(jì)劃 P1 P2 P3 P4均值 99.80±0.1199.78±0.1399.77±0.1199.75±0.11

3 討論

宮頸癌術(shù)后小腸易落入盆腔，且由于其活動(dòng)度大使其解剖學(xué)位置不固定，這易導(dǎo)致宮頸癌患者在放療過程中小腸受照劑量體積增大，增加患者發(fā)生放射性腸炎的風(fēng)險(xiǎn)。放射性腸炎的嚴(yán)重程度與小腸的受照劑量和體積密切相關(guān)[10-12]。NTCP模型研究發(fā)現(xiàn)，與胃腸毒性最相關(guān)的是小腸受照劑量V15和V45的體積[4,13]。相關(guān)研究回顧性分析急性腸毒性事件與小腸受照體積發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小腸的V15＜150 mL時(shí)，無患者發(fā)生三級(jí)急性腸毒性事件；而當(dāng)V15≥150 mL且＜299 mL時(shí)，40%的患者發(fā)生二級(jí)以上的急性腸毒性事件[14]。有學(xué)者建議，將小腸的V15至少限制在130 mL以內(nèi)，這至少能減少11%的三級(jí)急性腸毒性事件發(fā)生[15]。上述研究證明，限制小腸的低劑量區(qū)域受照體積（V15～45）能盡可能地減少放射性腸炎的發(fā)生。

本研究通過采用避免90°角度出束和增加扇形區(qū)域的優(yōu)化條件設(shè)計(jì)四種VMAT計(jì)劃。通過比較四種計(jì)劃之間的劑量學(xué)分布發(fā)現(xiàn)，同時(shí)采用規(guī)避90°角度出束和增加扇形區(qū)域優(yōu)化條件的P4計(jì)劃能更有效地降低宮頸癌放療中的小腸和膀胱受照劑量體積。本研究結(jié)果顯示，四種VMAT計(jì)劃的劑量分布均能滿足靶區(qū)處方劑量的需求且均有較高的通過率。一方面，在保證四種計(jì)劃之間的直腸V50和膀胱V50都無顯著性差異的情況下，P4計(jì)劃小腸的受照體積V15，V20，V30，V40比P1計(jì)劃分別至少減少了14%，16%，11%，5%；且四種計(jì)劃間的小腸的受照體積V50無顯著性差異。這表明，P4計(jì)劃能有效地減少小腸的低劑量受照體積，盡可能降低宮頸癌患者發(fā)生急性和慢性放射性腸炎的風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，P4計(jì)劃膀胱的受照體積V20和V30比P1計(jì)劃分別至少減少了6%，9%。這表明，P4計(jì)劃也能有效地減少膀胱的低劑量受照體積。這反映了普通雙弧VMAT計(jì)劃通過規(guī)避90°角度出束和增加扇形區(qū)域優(yōu)化條件限制能有效地減小腹部方向的正常組織的受照劑量。雖然P4的靶區(qū)均勻性略低于其他三種計(jì)劃，但四種計(jì)劃間的適形度無明顯差異。這是由于為了減少小腸受照劑量，P4計(jì)劃增加條件限制，稍微影響了靶區(qū)的均勻性。從總體上來看，相比其他3種計(jì)劃，P4計(jì)劃在保證靶區(qū)滿足處方劑量下最能降低小腸的受照劑量體積。

綜上所述，P4計(jì)劃能在滿足臨床處方劑量要求下，在保護(hù)小腸和膀胱方面更有優(yōu)勢(shì)，這為宮頸癌計(jì)劃設(shè)計(jì)提供了一種新的計(jì)劃設(shè)計(jì)思路。但本研究的計(jì)劃設(shè)計(jì)方式是否能減少患者的放射性腸炎的發(fā)生率，需要未來長期隨訪觀察。