直腸癌術前固定野動態調強與不同能量容積旋轉調強的劑量學差異

張武哲 黃寶添 吳曉玲 彭 遜

(汕頭大學醫學院附屬腫瘤醫院放療科，廣東 汕頭 515031)

放射治療是直腸癌主要治療方法之一，不但能提高局部控制率，同時也提高了保肛率。固定野動態調強(c-IMRT)已用于直腸癌術前放射治療，相對于三維適形放療(3DCRT)技術更具優勢，但實際治療時間較長，增加了器官運動引入的誤差〔1〕；機器跳數(MU)的增多亦增加了二次致癌的概率〔2〕。容積旋轉調強(VMAT)是在動態調強的基礎上加入旋轉治療技術，所需的治療時間及機器跳數明顯減少，具有高效、快捷的特點〔3〕。一般體內較深位置的腫瘤，選擇高能X射線比低能X射線具有更強的穿透力，能夠提高劑量輸出的均勻性，降低表面組織的受照劑量。本研究旨在分析c-IMRT與不同能量VMAT在直腸癌術前放療中的劑量學差異，探討更適合直腸癌患者的治療能量與技術。

1 資料與方法

1.1一般資料 選取汕頭大學醫學院附屬腫瘤醫院2016年1月至2017年3月收治的接受術前同期放化療的18例直腸癌患者，經病理證實均為直腸腺癌，男13例，女5例，中位年齡53歲，年齡43～68歲。

1.2放療定位 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碘普羅胺(優維顯)靜脈增強造影。CT掃描范圍從L2椎體下緣至坐骨結節下5 cm，層厚及層間距均為5 mm。獲得的CT圖像通過DICOM3.0傳輸到瓦里安Eclipse(Version 10.0)三維放射治療計劃系統。

1.3靶區定義及勾畫標準 根據ICRU50和ICRU60號報告定義的大體腫瘤靶區(GTV)、臨床靶區(CTV)和計劃靶區(PTV)概念界定靶區。直腸癌術前放療靶區：GTV包括CT和MRI顯示的直腸病變并結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，包括直腸、部分乙狀結腸、骶前組織、部分膀胱后壁、左右髂總、髂內及部分髂外淋巴引流區，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L5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)定義為體表輪廓區域(BODY)減去PTV。

1.4計劃設計 采用瓦里安Eclipse(Version 10.0)三維放射治療計劃系統為TrumBeam直線加速器制定c-IMRT和VMAT治療計劃。c-IMRT計劃采用6 MV 5野共面照射，機架角度分別為216°、288°、0°、72°、144°。VMAT計劃分別采用6 MV、10 MV單弧照射(順時間方向自181°旋轉至179°及逆時間方向自179°旋轉至181°，準直器角度為30°及330°，治療床角度均為0°)最大劑量率600 MU/min，機架旋轉速率為每圈60～72 s。為方便比較，所有計劃進行歸一化處理，均使95% PTV滿足處方劑量，處方劑量為50 Gy/25次，2 Gy/次。劑量限值級別依次為PTV、小腸、膀胱和雙側股骨頭。PTVmin≥35 Gy；小腸限量D5≤50 Gy，Dmax≤55 Gy；膀胱限量D5≤50 Gy，Dmax≤55 Gy；雙側股骨頭D5≤45 Gy。

1.5評估指標

1.5.1靶區指標 (1)劑量參數：Dmean代表平均劑量；(2)體積參數：V95代表≥95%處方劑量的相應靶體積的百分數，V105代表≥105%處方劑量的相應靶體積的百分數；(3)PTV適形度指數(CI)：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等劑量線包繞的所有區域的體積。CI取值在0～1，越靠近1說明靶區適形度越好；(4)均勻性指數(HI)：HI=D5/D95，D5和D95分別是5%和95%體積的靶區受到照射的劑量。HI值越大(越遠離1)，說明該計劃的劑量分布均勻性越差。

1.5.2危及器官受量指標 (1)應用Dmean與D5評價小腸、膀胱、和雙側股骨頭的受照劑量；(2)應用V20、V30、V40、V50評價小腸、膀胱受相應劑量照射的體積；(3)應用V20、V30、V40評價雙側股骨頭受相應劑量照射的體積；(4)應用V5、V10、V15、V20、V30評價正常組織低劑量體積(B-P)。

1.5.3治療相關指標 (1)機器跳數(MU)；(2)治療時間(TT)，從機器出束至治療完畢的時間。

1.6統計學方法 應用SPSS19.0軟件行t檢驗。

2 結 果

2.1靶區的劑量參數 PTV的Dmean VMAT比c-IMRT略高(P<0.05)，其V95二者差異無統計學意義(P>0.05)；VMAT的靶區適形度指數比c-IMRT略低(P>0.05)；與c-IMRT相比，10 MV VMAT的HI和V105略高(P>0.05)，但二者均顯著優于6 MV VMAT(P<0.05)。見表1，圖1。

2.2危及器官的劑量參數 小腸的Dmean 和V50 VMAT略高于c-IMRT(P>0.05)，小腸V20中VMAT低于c-IMRT(P<0.05)，V30中VMAT高于c-IMRT(P<0.05)，其余V40、V50二者間的差異無統計學意義(P>0.05)；VMAT中膀胱的Dmean、D5、V30高于c-IMRT，其中10 MV VMAT顯著低于6 MV VMAT(P<0.05)；雙側股骨頭的Dmean、V20、V30，VMAT顯著低于c-IMRT(P<0.05)，6 MV VMAT 和10 MV VMAT的差異無統計學意義(P>0.05)；相對于VMAT來說，B-P的V5、V10高于c-IMRT，V20、V30則顯著低于c-IMRT，其中V10、V15、V20 10 MV VMAT較6 MV VMAT顯著低(P<0.05)。見表2，圖1。

2.3MU和TT的參數 MU：6 MV VMAT(365±21)和10 MV VMAT(427±53)分別較c-IMRT(940±177)減少了61%、55%(P<0.05)。TT：6 MV VMAT(67±3)s和10 MV VMAT(72±6)s分別較c-IMRT(247±28)s減少了73%、71%(P<0.05)，10 MV VMAT比6 MV VMAT增加了7%(P<0.05)。見表3。

表1 c-IMRT與VMAT計劃的靶區劑量學參數比較

與6 MV c-IMRT比較：1)P<0.05; 與6 MV VMAT比較：2)P<0.05;下表同

圖1 1例直腸癌術前患者3種計劃的劑量體積直方圖

表2 c-IMRT與VMAT計劃的危及器官劑量學參數比較

表3 c-IMRT與VMAT計劃的MU與TT的參數比較

3 討 論

放射治療無論在直腸癌術前還是術后均具有重要意義，可降低局部復發率，提高手術切除率和保肛率〔4〕。但放療對盆腔臟器造成的毒副作用，尤其是晚期損傷，嚴重影響患者的生活質量。術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生〔5〕。所以在保證靶區劑量的同時盡量降低危及器官小腸、膀胱、股骨頭等劑量是放射治療應用于直腸癌患者時應該著重考慮的問題。在三維適形放療技術基礎上發展起來的調強放療技術(IMRT)能有效提高靶區的劑量分布，保護靶區周圍的危及器官，但實際治療時間較長，增大了治療中不確定因素的影響，進而降低治療精度〔6〕。而VMAT是在動態調強的基礎上加入了旋轉治療技術，在保證靶區劑量的同時，更好地保護了危及器官及縮短治療時間〔7〕。Richetti等〔8〕比較了VMAT和3D-CRT在直腸癌術前放療的劑量學特點，結果表明VMAT比以往放療技術具有一定的劑量學優勢，而且顯示出“快、準、優”的特點。亦有研究表明，VMAT可減少正常組織劑量，提供較好的靶區覆蓋率，同時能減少治療時間，達到與c-IMRT技術相當或更好的效果〔9〕。6 MV X線對于體內深部器官如直腸，可能導致靶區劑量覆蓋不足，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線治療較深部腫瘤能更好地保護表淺正常組織和危及器官。

通過本研究的劑量學比較，可見c-IMRT與VMAT兩種治療技術均能滿足臨床劑量學要求。結果表明：VMAT的靶區劑量與c-IMRT相當，其平均劑量稍高、靶區適形度指數略低，但均能滿足臨床劑量學要求。10 MV VMAT的均勻性指數和高劑量區與c-IMRT相似，均優于6 MV VMAT，證明了對于體內深部腫瘤，10 MV X射線比6 MV X射線有更強的穿透力，能夠提高靶區劑量均勻性。直腸癌放化療期間的主要毒性為急性小腸不良反應，與低劑量照射的小腸體積明顯相關〔10〕。本研究中VMAT減少了小腸V20的照射體積，降低了小腸急性不良反應發生率，其中10 MV比6 MV更好地保護了小腸。VMAT中膀胱的高劑量受照體積10 MV比6 MV減少，從而降低了放射性膀胱炎的發生率〔11〕。雙側股骨頭除了D5、V40 之外VMAT具有明顯優勢。由此可見，VMAT在保證良好的靶區劑量分布情況下，一定程度上更好地保護了小腸、膀胱和雙側股骨頭。在正常組織B-P分布中可見VMAT呈先高后低趨勢，10 MV VMAT較6 MV VMAT更好地保護了正常組織的低劑量區。針對c-IMRT治療時間長的缺點，VMAT恰好彌補其不足，MU降至c-IMRT的55%～61%，治療時間縮短了71%～73%，10 MV VMAT比6 MV VMAT略為增加。

綜上所述，對于直腸癌術前患者，10 MV VMAT相對于6 MV VMAT與c-IMRT比較具有相當或略好的靶區劑量分布，一定程度上更好地保護了部分危及器官。MU的減少對降低放射線誘導的繼發腫瘤的發生率有重要意義〔12〕，治療時間的縮短對提高治療精度、減輕患者不適感、增加治療依從性也具有顯著意義。

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