3種調(diào)強技術(shù)在局部晚期直腸癌術(shù)前新輔助短程放療的劑量學(xué)比較*

周小琴，羅 佳，陳 川，耿明英，周 鵬

(陸軍軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院腫瘤科，重慶 400042)

術(shù)前新輔助同步放化療聯(lián)合直腸全系膜切除術(shù)，是當前國際指南推薦的局部晚期直腸癌標準治療方案，可以提高手術(shù)切除率和保肛率，明顯改善患者的生存時間和生活質(zhì)量[1-5]。常用的新輔助放療有長程放療(50.4 Gy，28次)和短程放療(25 Gy，5次)，已有研究報道短程放療較長程放療在病理完全緩解率更優(yōu)、疾病相關(guān)的治療失敗率更低，總生存、無疾病生存和晚期毒性方面結(jié)果相當，短程放療還具有治療時間短、患者耐受性和依從性好等優(yōu)點[6-8]。術(shù)前短程放療聯(lián)合化療可作為長程放療的替代方案[9]。

調(diào)強放療分為靜態(tài)調(diào)強放療(static intensity modulated radiotherapy，sIMRT)和動態(tài)調(diào)強放療(dynamic intensity modulated radiotherapy，dIMRT)。sIMRT是機架固定、多野光柵(multi-leave collimators，MLC)形成子野后，直線加速器出束，治療時間較長。為了縮短治療時間，機架固定，MLC運動的同時直線加速器出束，這種治療方法即為dIMRT。容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強放療(volumetric modulated arc therapy，VMAT)是在調(diào)強放療的基礎(chǔ)上，將dIMRT與弧形治療相結(jié)合，可縮短治療時間[10-12]。從理論上VMAT是要優(yōu)于sIMRT和dIMRT。直腸癌放療通常采用sIMRT，但治療時間太長[13]。VMAT因劑量率可變、機架旋轉(zhuǎn)、MLC動態(tài)改變，能明顯提高治療的精準性和計劃的實施效率，具有劑量均勻、適形度好、治療時間短等優(yōu)點，近年來在直腸癌放療中也有應(yīng)用[14-16]。已有研究報道在直腸癌常規(guī)分割放療下，VMAT在劑量分布、治療時間方面均不劣于調(diào)強放療[17-19]。僅有少量研究探討了在直腸癌術(shù)前新輔助短程放療中IMRT和VMAT的差異，但未在計劃驗證方面進行比較[20-21]。本研究在直腸癌術(shù)前短程放療中比較sIMRT、dIMRT和VMAT的劑量學(xué)差異和計劃驗證結(jié)果差異。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2021年4月至2022年6月于本院行直腸癌術(shù)前新輔助短程放療患者16例，其中男9例，女7例，年齡25～77歲?；颊呔?jīng)病理診斷為直腸腺癌，臨床分期為Ⅱ～Ⅲ期。所有患者均簽署知情同意書，且本研究已獲得本院倫理委員會批準。

1.2 方法

1.2.1CT定位和靶區(qū)勾畫

患者采用仰臥位，頭朝機架，熱塑體膜固定，定位前充盈膀胱，在飛利浦公司16排CT模擬定位機上行CT增強掃描，掃描層厚為5 mm，掃描范圍從肝臟上緣到股骨頭中段。CT圖像經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至瑞典醫(yī)科達公司Monaco TPS(版本號 5.11)。由醫(yī)師勾畫腫瘤靶區(qū)(GTV)、臨床靶區(qū)(CTV)，CTV外擴5 mm生成計劃靶區(qū)(PTV)，危及器官勾畫包括小腸、膀胱、股骨頭、陰莖、會陰等。

1.2.2治療計劃設(shè)計

PTV處方劑量為25 Gy/5 F，所有計劃要求100%處方劑量覆蓋95%的PTV體積。采用Monaco TPS為每位患者制訂3組計劃(7F-sIMRT，7F-dIMRT，VMAT)，選擇PTV中心作為計劃中心點，8 MV X射線，sIMRT、dIMRT采用7野共面照射，機架固定，射野角度分別為180°、147°、114°、70°、290°、246°、213°，VMAT采用等中心單野雙弧進行照射，1個照射野設(shè)置2個全弧。所有計劃的優(yōu)化限制條件均保持一致。

1.2.3計劃驗證

計劃驗證設(shè)備選擇美國Sun Nuclear公司的ArcCHECK。將每位患者的計劃移植到ArcCHECK模體中，ArcCHECK模體重新計算劑量，記為該患者的QA計劃，并將RT Plan與RT DOSE文件導(dǎo)出保存至對應(yīng)的文件夾。ArcCHECK模體擺放到位后，測量本底，校正矩陣和絕對劑量。將每位患者的計劃傳輸至系統(tǒng)中排程后進行計劃驗證，通過模體獲取實際測量的劑量。將QA計劃的RT Plan與RT DOSE文件導(dǎo)入SNC patient軟件，與實際測得的劑量進行對比分析，記錄閾值設(shè)置為10%，3 mm/3%、2 mm/2%、1 mm/1% 3種評判標準下的伽馬通過率。

1.2.4計劃評估

靶區(qū)劑量學(xué)包括2%、98%、50%靶區(qū)體積劑量(D2、D98、D50)、最大劑量(Dmax)、最小劑量(Dmin)、平均劑量(Dmean)、107%處方劑量覆蓋的體積(V107%)、均勻性指數(shù)(homogeneity index，HI)、適形度指數(shù)(conformal index，CI)。HI=(D2-D98)/D50×100%，HI越小，劑量均勻性越好。CI=Vtref2/(Vt×Vref)，Vtref表示處方劑量覆蓋靶區(qū)體積，Vt表示靶區(qū)體積，Vref表示處方劑量體積，CI值越接近1，適形度越好。危及器官(小腸、膀胱、股骨頭、陰莖、會陰)劑量學(xué)參數(shù)主要評價25、20、15、10 Gy劑量曲線覆蓋的體積(V25、V20、V15、V10)、Dmax、Dmin、Dmean。比較3種計劃的機器跳數(shù)(monitor unit，MU)。

1.3 統(tǒng)計學(xué)處理

采用SPSS20.0統(tǒng)計軟件進行分析。計量資料以M(P25，P75)表示，多組間比較采用Friedman檢驗，兩兩比較采用q檢驗。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 靶區(qū)劑量學(xué)比較

3組D98、D2、D50、Dmax、Dmin、HI、CI比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，Dmean、V107%無明顯差異(P>0.05),見表1。

2.2 危及器官劑量學(xué)比較

左、右側(cè)股骨頭：3組V20、V10、Dmin、Dmean差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),V15、Dmax差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。膀胱：3組V25、V20、V10、Dmin、Dmean差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),V15、Dmax差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。小腸：3組V25、V20、V15、V10、Dmin、Dmean差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),Dmax差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。陰莖：3組V10、Dmin、Dmean差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),V15、 Dmax差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。會陰：3組Dmin、Dmean差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),V15、V10、Dmax差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，見表2。

表2 危及器官劑量學(xué)比較[n=16,M(P25,P75)]

2.3 MU比較

3組MU比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。sIMRT組低于dIMRT組和VMAT組(P<0.05)，dIMRT組和VMAT組無明顯差異(P>0.05)，見表1。

表1 各組靶區(qū)劑量學(xué)比較[n=16,M(P25,P75)]

2.4 伽馬通過率比較

3種評判標準下，sIMRT組的伽馬通過率均高于dIMRT組和VMAT組(P<0.05)，dIMRT組和VMAT組無明顯差異(P>0.05)，見表3。

續(xù)表2 危及器官劑量學(xué)比較[n=16,M(P25,P75)]

表3 伽馬通過率比較[n=16,M(P25,P75)]

3 討 論

直腸癌術(shù)前新輔助短程放療與長程放療相比，治療時間縮短，可以增加患者依從性，減少放療費用，也大大節(jié)約了放療資源。目前已有報道，短程放療療效和不良反應(yīng)均不劣于長程放療，因此，短程放療在國內(nèi)醫(yī)院逐漸開展[16，22-23]。短程放療屬于大分割放療，放療醫(yī)生關(guān)心大分割放療的腫瘤生物等效劑量和周圍正常組織的耐受性[24]，但是放療物理師更關(guān)心大分割放療下不同放療技術(shù)對劑量學(xué)參數(shù)、計劃驗證。目前，關(guān)于不同放療技術(shù)對直腸癌術(shù)前新輔助短程放療劑量學(xué)影響的研究鮮有報道。本研究著力于sIMRT、dIMRT和VMAT 3種放療方式在直腸癌術(shù)前新輔助短程放療中的應(yīng)用，比較3種方法的劑量學(xué)參數(shù)和伽馬通過率。

本研究顯示，對于靶區(qū)劑量，VMAT組低劑量點D98高于sIMRT組和dIMRT組，VMAT組高劑量點D2低于sIMRT組，VMAT組HI優(yōu)于sIMRT組，表明VMAT能更好地控制靶區(qū)劑量，擁有更好的劑量均勻性，與其他研究報道基本一致[20]。VMAT對右側(cè)股骨頭Dmax的控制優(yōu)于sIMRT和dIMRT，對左側(cè)股骨頭Dmax的控制優(yōu)于dIMRT，但對右側(cè)和左側(cè)股骨頭V15的控制能力均低于sIMRT和dIMRT，VMAT在股骨頭高劑量區(qū)控制上具有優(yōu)勢，但對低劑量區(qū)的保護最弱。VMAT組膀胱V25最高，由于膀胱與PTV有重疊部位，對于這一部分靶區(qū)，VMAT能夠更好地控制與危及器官交集的靶區(qū)劑量，防止因過度保護危及器官而導(dǎo)致靶區(qū)欠量。VMAT組膀胱V20低于sIMRT組和dIMRT組,V10、Dmean和Dmin高于dIMRT組,表明VMAT在高劑量區(qū)控制上優(yōu)于其余兩者，在低劑量區(qū)控制上弱于dIMRT，且與sIMRT相當。VMAT組小腸V25高于其余兩組，因小腸和PTV也有重疊部分。VMAT對V20控制更優(yōu)，dIMRT對V10控制更優(yōu)，表明在小腸保護方面VMAT較dIMRT優(yōu)勢略多，sIMRT最差。VMAT對陰莖的保護能力較弱,sIMRT和dIMRT相當。以上結(jié)果均提示，VMAT對高劑量的控制更有優(yōu)勢，在低劑量控制方面sIIMRT和dIMRT更強。VMAT是機架旋轉(zhuǎn)運動時加速器連續(xù)出束，導(dǎo)致患者接受低劑量(特別是低于10 Gy)照射體積較調(diào)強放療大[25-26]，短程放療總劑量較低，這就是VMAT對低劑量的控制并無優(yōu)勢的主要原因。股骨頭、膀胱和小腸耐受劑量都較高，較低的劑量對其功能沒有太大影響，陰莖和會陰對射線比較敏感，需注意保護。從危及器官方面考慮，VMAT較為合適。sIMRT組的MU低于dIMRT組和VMAT組。但是VMAT與sIMRT、dIMRT比較，最大的優(yōu)勢就是縮短治療時間[27-28]。所以綜合治療時間和MU考慮，VMAT更優(yōu)。

隨著放療技術(shù)的快速發(fā)展，放療技術(shù)越來越復(fù)雜，對治療精度的要求越來越高，所以質(zhì)量控制與質(zhì)量保證也是調(diào)強放療和VMAT需要重點關(guān)注的方面[29]。目前關(guān)于不同放療技術(shù)在直腸癌術(shù)前短程放療中應(yīng)用的相關(guān)研究都沒有提及在計劃驗證結(jié)果方面的差異。本研究結(jié)果顯示，所有計劃伽馬通過率均符合臨床要求(3 mm/3%標準下，伽馬通過率大于95%)。在不同評判標準下sIRMT組的伽馬通過率均明顯高于其余兩組，表明sIMRT計劃質(zhì)量最高，可能是dIMRT和VMAT的MLC是連續(xù)變動的，計算過程中容易產(chǎn)生更多、更小的子野，小的子野會導(dǎo)致計劃驗證時伽馬通過率降低。

綜上所述，采用VMAT技術(shù)能夠更好地控制靶區(qū)劑量，減少股骨頭、膀胱、小腸受高劑量照射范圍，縮短治療時間，提高放療設(shè)備的使用率。如果追求更低的危及器官受照射量，sIMRT是最佳的選擇。需綜合考慮不同放療技術(shù)的優(yōu)缺點，根據(jù)臨床需求選擇合適的直腸癌術(shù)前新輔助短程放療技術(shù)。