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。

1 Hoffe SE，Shridhar R，Biagioli MC.Radiation therapy for rectal cancer：current status and future directions〔J〕.Cancer Control，2010;17(2)：25-34.

2 Kotte AN，Hofman P，Lagendijk JJ，etal.Intrafraction motion of the prostate during external-beam radiation therapy：analysis of 427 patients with implanted fiducial markers〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2007;69(2)：419-25.

3 張利偉.術(shù)前調(diào)強(qiáng)適形放療計(jì)劃在直腸癌患者照射劑量上的優(yōu)勢(shì)〔J〕.中國(guó)老年學(xué)雜志，2013;33(1)：71-5.

4 Guckenberger M，Richter A，Krieger T，etal.Is a single arc sufficient in volumetric-modulated arc therapy(VMAT) for complex-shaped target volumes〔J〕?Radiother Oncol，2009;93(2)：259-65.

5 張武哲，馬長(zhǎng)春，彭 遜，等.直腸癌術(shù)前固定野動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)與容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)的劑量學(xué)比較〔J〕.中國(guó)老年學(xué)雜志，2014;34(22)：6330-2.

6 王廣善，全 紅，楊 波，等.不同能量射線在盆腔腫瘤容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療中的劑量學(xué)研究〔J〕.中華放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)雜志，2013;33(5)：523-5.

7 蘭瓊玉，劉安文，劉建輝，等.三維適形放療同步化療治療直腸癌術(shù)后局部復(fù)發(fā)的臨床分析〔J〕.第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013;35(2)：178-9.

8 Roberton J，Lockman D，Yan D，etal.The dose volume relationship of small bowel irradiation and acute grade 3 diarrhea during chemoradiotherpy for rectal cancer〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Pyhs，2008;70(2)：413-8.

9 蔡 勇，何玉香，韓樹奎，等.直腸癌盆腔常規(guī)放療與三維適形放療的劑量學(xué)研究〔J〕.中華放射腫瘤學(xué)雜志，2007;16(3)：201-5.

10 Studenski MT，Bar-Ad V，Siglin J，etal.Clinical experience treansitioning from IMRT to VMAT for head and neck cancer〔J〕.Med Dosim，2013;38：171-5.

11 Antonella R，Antonella F，Alessandro C，etal.Neo-adjuvant chemo-radiation of rectal cancer with volumetric modulated arc therapy：summary of technical and dosimetric features and early clinical experience〔J〕.Radiat Oncol，2010;14(5)：1-9.

12 Duthoy W，DeGersem W，Vergote K，etal.Whole abdominopelvic radiotherapy(WAPRT) using intensity-modulated arc therapy(IMAT)：first clinical experience〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2003;57(4)：1019-32.

13 Jereczek-Fossa BA，Cattai F，Donofrio A，etal.Dose distribution in 3-dimensional conformal radiotherapy for prostate cancer：comparison of two treatment techniques(six coplanar fields and two dynamic arcs)〔J〕.Radiother Oncol，2006;81(3)：294-302.

14 Grann A，Minsky BD，Cohen AM，etal.Preliminary results of preoperative 5-fluorouracil，low-dose leucovorin and concurrent radiation therapy for clinically resectable T3 rectal cancer〔J〕.Dis Colon Rectum，1997;40(5)：515-22.

15 Hyams DM，Mamounas EP，Petrelli N，etal.A clinical trial to evaluate the worth of preoperative multimodality therapy in patients with operable carcinoma of the rectum：a progress report of the national surgical adjuvant breast and bowel project protocol R-03〔J〕.Dis Colon Rectum，1997;40(2)：131-9.

16 Mysliwiec LW，Cholewicki J，Winkelpleck MD，etal.MSU classification for herniated lumbar discs on MRI：toward developing objective criteria for surgical selection〔J〕.Eur Spine J，2010;19(7)：1087-93.

17 Followill DS，Nusslin F，Orton CG.Point/counterpoint IMRT should not be administered at photon energies greater than 10 MV〔J〕.Med Phys，2007;34(6)：1877-9.

〔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