3種調強技術在局部晚期直腸癌術前新輔助短程放療的劑量學比較*

周小琴，羅 佳，陳 川，耿明英，周 鵬

(陸軍軍醫大學大坪醫院腫瘤科，重慶 400042)

術前新輔助同步放化療聯合直腸全系膜切除術，是當前國際指南推薦的局部晚期直腸癌標準治療方案，可以提高手術切除率和保肛率，明顯改善患者的生存時間和生活質量[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、疾病相關的治療失敗率更低，總生存、無疾病生存和晚期毒性方面結果相當，短程放療還具有治療時間短、患者耐受性和依從性好等優點[6-8]。術前短程放療聯合化療可作為長程放療的替代方案[9]。

調強放療分為靜態調強放療(static intensity modulated radiotherapy，sIMRT)和動態調強放療(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。容積旋轉調強放療(volumetric modulated arc therapy，VMAT)是在調強放療的基礎上，將dIMRT與弧形治療相結合，可縮短治療時間[10-12]。從理論上VMAT是要優于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、MLC動態改變，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、治療時間短等優點，近年來在直腸癌放療中也有應用[14-16]。已有研究報道在直腸癌常規分割放療下，VMAT在劑量分布、治療時間方面均不劣于調強放療[17-19]。僅有少量研究探討了在直腸癌術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]。本研究在直腸癌術前短程放療中比較sIMRT、dIMRT和VMAT的劑量學差異和計劃驗證結果差異。

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。患者均經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圖像經網絡傳輸至瑞典醫科達公司Monaco TPS(版本號 5.11)。由醫師勾畫腫瘤靶區(GTV)、臨床靶區(CTV)，CTV外擴5 mm生成計劃靶區(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個照射野設置2個全弧。所有計劃的優化限制條件均保持一致。

1.2.3計劃驗證

計劃驗證設備選擇美國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文件導出保存至對應的文件夾。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文件導入SNC patient軟件，與實際測得的劑量進行對比分析，記錄閾值設置為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

靶區劑量學包括2%、98%、50%靶區體積劑量(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(homogeneity index，HI)、適形度指數(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體積，Vt表示靶區體積，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)劑量學參數主要評價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(monitor unit，MU)。

1.3 統計學處理

采用SPSS20.0統計軟件進行分析。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為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 靶區劑量學比較

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

2.2 危及器官劑量學比較

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

表2 危及器官劑量學比較[n=16,M(P25,P75)]

2.3 MU比較

3組MU比較差異有統計學意義(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 各組靶區劑量學比較[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。

續表2 危及器官劑量學比較[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，也大大節約了放療資源。目前已有報道，短程放療療效和不良反應均不劣于長程放療，因此，短程放療在國內醫院逐漸開展[16，22-23]。短程放療屬于大分割放療，放療醫生關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心大分割放療下不同放療技術對劑量學參數、計劃驗證。目前，關于不同放療技術對直腸癌術前新輔助短程放療劑量學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前新輔助短程放療中的應用，比較3種方法的劑量學參數和伽馬通過率。

本研究顯示，對于靶區劑量，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優于sIMRT組，表明VMAT能更好地控制靶區劑量，擁有更好的劑量均勻性，與其他研究報道基本一致[20]。VMAT對右側股骨頭Dmax的控制優于sIMRT和dIMRT，對左側股骨頭Dmax的控制優于dIMRT，但對右側和左側股骨頭V15的控制能力均低于sIMRT和dIMRT，VMAT在股骨頭高劑量區控制上具有優勢，但對低劑量區的保護最弱。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，VMAT能夠更好地控制與危及器官交集的靶區劑量，防止因過度保護危及器官而導致靶區欠量。VMAT組膀胱V20低于sIMRT組和dIMRT組,V10、Dmean和Dmin高于dIMRT組,表明VMAT在高劑量區控制上優于其余兩者，在低劑量區控制上弱于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，dIMRT對V10控制更優，表明在小腸保護方面VMAT較dIMRT優勢略多，sIMRT最差。VMAT對陰莖的保護能力較弱,sIMRT和dIMRT相當。以上結果均提示，VMAT對高劑量的控制更有優勢，在低劑量控制方面sIIMRT和dIMRT更強。VMAT是機架旋轉運動時加速器連續出束，導致患者接受低劑量(特別是低于10 Gy)照射體積較調強放療大[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。

隨著放療技術的快速發展，放療技術越來越復雜，對治療精度的要求越來越高，所以質量控制與質量保證也是調強放療和VMAT需要重點關注的方面[29]。目前關于不同放療技術在直腸癌術前短程放療中應用的相關研究都沒有提及在計劃驗證結果方面的差異。本研究結果顯示，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計劃質量最高，可能是dIMRT和VMAT的MLC是連續變動的，計算過程中容易產生更多、更小的子野，小的子野會導致計劃驗證時伽馬通過率降低。

綜上所述，采用VMAT技術能夠更好地控制靶區劑量，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的優缺點，根據臨床需求選擇合適的直腸癌術前新輔助短程放療技術。