楊詠強(qiáng)，馮林春，王運(yùn)來，葛瑞剛，解傳濱，鞏漢順，徐 偉，叢小虎，陳 靜

解放軍總醫(yī)院 放療科，北京 100853

直腸癌術(shù)前容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療和螺旋斷層放療的劑量學(xué)比較

楊詠強(qiáng)，馮林春，王運(yùn)來，葛瑞剛，解傳濱，鞏漢順，徐 偉，叢小虎，陳 靜

解放軍總醫(yī)院 放療科，北京 100853

目的比較直腸癌術(shù)前同期加量放療中容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療(volumetric modulated arc therapy，VMAT)和螺旋斷層放療(helical tomotherapy，HT)計(jì)劃的劑量學(xué)差異。方法對(duì)10例Ⅱ～Ⅲ期直腸癌術(shù)前同步放化療患者分別進(jìn)行VMAT和HT的計(jì)劃設(shè)計(jì)，統(tǒng)一給予腫瘤原發(fā)病灶及轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)(腫瘤大體靶區(qū)，pGTV)處方劑量56.25 Gy/25 F，高危復(fù)發(fā)區(qū)域和區(qū)域淋巴引流區(qū)(計(jì)劃靶區(qū)， PTV)50 Gy/25 F，利用劑量體積直方圖評(píng)價(jià)靶區(qū)劑量分布和危及器官照射劑量。結(jié)果與HT計(jì)劃相比，VMAT計(jì)劃的pGTV適形指數(shù)(conformity index，CI)CIpGTV變差(t=-2.803，P=0.005)，PTV的中位劑量和最小劑量(D98)升高(t=8.895、3.663，P=0.000、0.005)。對(duì)小腸的保護(hù)VMAT計(jì)劃優(yōu)于HT計(jì)劃，VMAT計(jì)劃的小腸V15比HT計(jì)劃降低約19% (t=-3.802，P=0.004)。VMAT計(jì)劃骨盆V10低于HT計(jì)劃(t=-7.047，P=0.000)，但骨盆V30高于HT計(jì)劃(t=4.704，P=0.001)。對(duì)膀胱的保護(hù)HT計(jì)劃略優(yōu)于VMAT計(jì)劃。VMAT計(jì)劃?rùn)C(jī)器跳數(shù)比HT計(jì)劃降低約89%(t=-2.666，P=0.008)。結(jié)論直腸癌術(shù)前同期加量放療中采用VMAT技術(shù)可獲得與HT計(jì)劃相當(dāng)?shù)膭┝糠植?，?duì)小腸保護(hù)略有優(yōu)勢(shì)，機(jī)器跳數(shù)明顯降低，但其療效還需進(jìn)一步臨床評(píng)估。

直腸腫瘤；放射治療劑量；螺旋斷層放療

術(shù)前同步放化療是局部中晚期直腸癌的首選治療方法。近年來，調(diào)強(qiáng)放療(intensity-modulated radiotherapy，IMRT)已廣泛應(yīng)用于直腸癌術(shù)前放療，IMRT較三維適形放療能減少腹瀉等腸道不良反應(yīng)的發(fā)生率，同時(shí)能方便地實(shí)現(xiàn)腫瘤局部同期加量照射[1-3]。螺旋斷層放療(helical tomotherapy，HT)技術(shù)有望進(jìn)一步降低腸道不良反應(yīng)的發(fā)生率，但主要缺點(diǎn)是明顯延長(zhǎng)治療時(shí)間[4-8]。容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療(volumetric modulated arc therapy，VMAT)作為一種全新IMRT技術(shù)，最顯著的特點(diǎn)是能明顯縮短治療時(shí)間[9-12]。本研究通過比較VMAT和HT計(jì)劃的劑量學(xué)特點(diǎn)，探討VMAT技術(shù)應(yīng)用于直腸癌術(shù)前同期加量放療中的價(jià)值。

資料和方法

1 臨床資料 選取10例2011 - 2012年在我院放療科行直腸癌術(shù)前同步放化療患者的定位CT圖像。病理均為直腸腺癌，臨床分期均為Ⅱ～Ⅲ期。男9例，女1例。腫瘤下緣距離肛緣3 ～ 5 cm，中位距離4 cm。所有患者在定位前充分充盈膀胱，定位時(shí)采用仰臥位，熱塑體模固定，在Philips Brilliance CT定位機(jī)下行CT增強(qiáng)掃描，掃描范圍為L(zhǎng)2下緣至坐骨結(jié)節(jié)下5 cm，掃描層厚為5 mm。使用Pinancle3 8.0 m治療計(jì)劃系統(tǒng)勾畫靶區(qū)及危及器官。

2 靶區(qū)及危及器官勾畫 參照ICRU 50號(hào)和62號(hào)報(bào)告，腫瘤區(qū)(GTV)為腫瘤原發(fā)病灶及轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)，腫瘤大體靶區(qū)(pGTV)為GTV三維方向各外擴(kuò)1 cm。臨床靶區(qū)(CTV)包括GTV、直腸、直腸系膜區(qū)、骶前區(qū)、坐骨直腸窩及盆腔區(qū)域淋巴結(jié)(包括直腸上動(dòng)脈區(qū)、低位髂總、髂內(nèi)及閉孔動(dòng)脈區(qū))，如果腫瘤侵犯前列腺、膀胱或子宮，CTV還應(yīng)包括髂外淋巴結(jié)區(qū)，若陰道下1/3或肛管受累及，CTV則需包括腹股溝淋巴結(jié)區(qū)。計(jì)劃靶區(qū)(PTV)為CTV三維方向各外擴(kuò)0.5 cm。危及器官包括：小腸(勾畫至PTV上3 cm)、膀胱、骨盆(僅勾畫骨窗上髂骨、骶骨、坐骨及恥骨的低密度區(qū))、雙側(cè)股骨頭。

3 治療計(jì)劃設(shè)計(jì) 為每例患者分別設(shè)計(jì)VMAT和HT計(jì)劃，所有計(jì)劃均采用6 MV X線。處方劑量：pGTV給予56.25 Gy/25 F(2.25 Gy/F)，要求至少95%的pGTV達(dá)到53.5 Gy(95%×56.25 Gy)；PTV給予50 Gy/25 F(2.0 Gy/F)，要求至少95%的PTV達(dá)到47.5 Gy(95%×50 Gy)。危及器官劑量限制要求：小腸V30＜40%，膀胱V40＜45%，骨盆V40＜50%，雙側(cè)股骨頭V40＜5%。VMAT計(jì)劃在瓦里安Eclipse治療計(jì)劃系統(tǒng)上完成，采用2個(gè)全弧照射。HT計(jì)劃在TomoPlan治療計(jì)劃系統(tǒng)上完成，采用360°旋轉(zhuǎn)照射。

4 治療計(jì)劃評(píng)價(jià) 利用劑量體積直方圖評(píng)價(jià)靶區(qū)劑量分布和危及器官照射劑量。1)靶區(qū)的評(píng)價(jià)參數(shù)：①D95、中位劑量(D50)、最低劑量(D98)及最高劑量(D2)。②CI：CIpGTV定義為VTV/VpGTV，VTV為53.5 Gy等劑量線包繞的所有區(qū)域體積，VpGTV為pGTV體積；CIPTV定義為VTV/VPTV，VTV為47.5 Gy等劑量線包繞的所有區(qū)域體積，VPTV為PTV體積。CI值越接近1則說明靶區(qū)適形度越好。③均勻指數(shù)(homogeneity index，HI)：HIpGTV定義為(D2－D98)/DRx，DRx為pGTV的處方劑量56.25 Gy。HIPTV定義為(D2－D98)/DRx，DRx為PTV的處方劑量50 Gy。HI值越接近0表示劑量均勻性越好。2)危及器官的評(píng)價(jià)參數(shù)：小腸平均劑量(Dmean)、V50、V40、V30、V20、V15、V10，膀胱及骨盆Dmean、V50、V40、V30、V20、V10，雙側(cè)股骨頭Dmean、V45、V40、V30、V20、V10。3)機(jī)器跳數(shù)(machine unit，MU)評(píng)價(jià)。

5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件分析，行配對(duì)t檢驗(yàn)或配對(duì)樣本非參數(shù)秩和檢驗(yàn)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1 靶區(qū) 與HT計(jì)劃相比，VMAT計(jì)劃的CIpGTV變差，PTV的中位劑量和最小劑量升高，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，詳見表1。圖1A為同一患者兩種治療計(jì)劃靶區(qū)的劑量體積直方圖，可見HT計(jì)劃的曲線比VMAT計(jì)劃陡峭，劑量梯度更優(yōu)。

2 危及器官 對(duì)小腸的保護(hù)VMAT計(jì)劃優(yōu)于HT計(jì)劃，VMAT計(jì)劃的小腸V15比HT計(jì)劃降低約19%。對(duì)膀胱的保護(hù)HT計(jì)劃略優(yōu)于VMAT計(jì)劃。VMAT計(jì)劃骨盆V10低于HT計(jì)劃，但骨盆V30高于HT計(jì)劃，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。詳見表2、圖1B。3 機(jī)器跳數(shù) VMAT計(jì)劃明顯低于HT計(jì)劃，平均值分別為712.8 MU、6 278.2 MU，平均數(shù)量減少約89%(t=-2.666，P=0.008)。

圖 1 同一患者兩種治療計(jì)劃靶區(qū)及危及器官的劑量體積直方圖A： 靶區(qū)； B： 危及器官Fig. 1 Dose-volume histogram for target (A) and involved organs (B) in a patient

表1 兩種治療計(jì)劃靶區(qū)參數(shù)比較Tab. 1 Parameters of VMAT and HT plans(±s)

表1 兩種治療計(jì)劃靶區(qū)參數(shù)比較Tab. 1 Parameters of VMAT and HT plans(±s)

VMAT: volumetric modulated arc therapy; HT: helical tomotherapy; CI: conformity index; HI: homogeneity index

?

表2 兩種治療計(jì)劃危及器官參數(shù)比較Tab. 2 Parameters of VMAT and HT plans for involved organs(±s)

表2 兩種治療計(jì)劃危及器官參數(shù)比較Tab. 2 Parameters of VMAT and HT plans for involved organs(±s)

VMAT: volumetric modulated arc therapy; HT: helical tomotherapy

?

討 論

HT是一種高精度的IMRT技術(shù)，它將6 MV直線加速器安裝在環(huán)形機(jī)架上，加速器圍繞治療床在360°內(nèi)的51個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)出束，多葉光柵在機(jī)架角度改變的同時(shí)改變?nèi)~片的位置，具有靶區(qū)適形度好、劑量均勻性好及陡峭的劑量梯度等特點(diǎn)，從而可在滿足靶區(qū)內(nèi)高劑量的同時(shí)更有效地保護(hù)危及器官[13]。HT技術(shù)應(yīng)用于直腸癌術(shù)前放療取得了可喜的治療效果[6-7]。但在臨床治療操作中HT技術(shù)尚存在不足之處。首先，HT計(jì)劃子野數(shù)目過多，使得患者治療時(shí)間明顯延長(zhǎng)，治療中器官移動(dòng)會(huì)引起較大劑量誤差；其次，HT計(jì)劃中靶區(qū)周圍正常組織受低劑量照射范圍增大，長(zhǎng)期不良反應(yīng)值得進(jìn)一步研究；再次，作為一種高精度的放療技術(shù)，每例患者HT計(jì)劃都需要投入大量人力和物力。VMAT作為一種全新IMRT技術(shù)，它聯(lián)合動(dòng)態(tài)多葉準(zhǔn)直器技術(shù)配合機(jī)架旋轉(zhuǎn)，機(jī)架旋轉(zhuǎn)過程中射線出束，劑量率、射野形狀、機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度同時(shí)可變可調(diào)。機(jī)架旋轉(zhuǎn)360°，最大劑量率可達(dá)600 MU/min，機(jī)架旋轉(zhuǎn)一周約75 s。VMAT最大優(yōu)點(diǎn)是可在短時(shí)間內(nèi)完成與靜態(tài)IMRT相當(dāng)?shù)膭┝糠植糩9]。

本研究比較了10例直腸癌術(shù)前同期加量放療患者的VMAT和HT計(jì)劃，結(jié)果顯示兩種計(jì)劃均能較好地滿足靶區(qū)處方劑量要求。但VMAT計(jì)劃pGTV的適形度差于HT計(jì)劃，PTV中位劑量及最小劑量略高于HT計(jì)劃，說明HT計(jì)劃的劑量梯度下降較快，其劑量梯度更優(yōu)。

小腸是直腸癌放療最主要的劑量限制器官，腸道不良反應(yīng)的發(fā)生率與小腸受照射的劑量和體積密切相關(guān)。Baglan等[14]的研究結(jié)果顯示，急性腸道不良反應(yīng)的發(fā)生率與小腸低劑量照射體積尤其是V15關(guān)系密切，在V15＜150 cc、150 ～ 299 cc和≥300 cc時(shí)，3級(jí)急性腸道不良反應(yīng)的發(fā)生率分別為0、30%和70%。本研究中，VMAT計(jì)劃的小腸V15比HT計(jì)劃降低約19%，平均值分別為194.9 cc、240.7 cc(t=-3.802，P=0.004)。而且，VMAT計(jì)劃的小腸V10、V20、V30及V40均低于HT計(jì)劃，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。因此，VMAT技術(shù)有望進(jìn)一步減少直腸癌術(shù)前同期加量放療中腸道不良反應(yīng)的發(fā)生率。

成人約50%有造血活性的骨髓組織位于骨盆，屬于放射敏感組織。Rose等[15]報(bào)道，對(duì)于盆腔腫瘤行同步放化療患者，急性血液毒性與骨盆低劑量照射體積V10明顯相關(guān)，V10≥95%和V10＜95%組患者的嚴(yán)重骨髓抑制發(fā)生率分別為68.8%和24.6%(P＜0.001)。本研究中，VMAT計(jì)劃的骨盆V10低于HT計(jì)劃，平均值分別為92.9%、96.3%(t=-7.047，P=0.000)。VMAT技術(shù)在減少直腸癌術(shù)前同步放化療中血液毒性方面的價(jià)值有待進(jìn)一步研究。

此研究中，HT計(jì)劃較VMAT計(jì)劃降低了膀胱高、低劑量照射體積，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。但考慮到直腸癌術(shù)前放療中嚴(yán)重膀胱不良事件發(fā)生率低，HT技術(shù)在保護(hù)膀胱方面的價(jià)值可能有限。兩種計(jì)劃股骨頭的照射劑量相似，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

綜上所述，直腸癌術(shù)前同期加量放療中采用VMAT技術(shù)可獲得與HT計(jì)劃相當(dāng)?shù)陌袇^(qū)劑量分布，有望降低腸道不良反應(yīng)的發(fā)生率，MU數(shù)量明顯降低，患者治療時(shí)間明顯縮短，但其療效有待進(jìn)一步臨床評(píng)估。

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Preoperative volumetric modulated arc therapy and helical tomotherapy for rectal cancer: A dosimetric study

YANG Yong-qiang, FENG Lin-chun, WANG Yun-lai, GE Rui-gang, XIE Chuan-bin, GONG Han-shun, XU Wei, CONG Xiao-hu, CHEN Jing
Department of Radiation Oncology, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China Corresponding author: FENG Lin-chun. Email: 301fc@163.com

ObjectiveTo compare the dose distribution of volumetric modulated arc therapy (VMAT) and helical tomotherapy (HT) in preoperative radiotherapy for rectal cancer. MethodsTen patients with rectal cancer at stage Ⅱ-Ⅲ who underwent preoperative chemo-radiotherapy were enrolled in this study. VMAT and HT plans were designed for each patient. The prescribed dose was 56.25 Gy for pGTV and 50 Gy for PTV, and delivered over 25 fractions daily using a simultaneous integrated boost approach. The dose distribution in target volumes and organs at risk was evaluated according to the dose-volume histogram. ResultsThe HT plan provided a better conformity index for pGTV than the VMAT plan (t=-2.803, P=0.005). The PTV D50and D98were higher for the VMAT plan than for the HT plan (t=8.895 vs t=3.663, P＜0.05). The VMAT plan was better than the HT plan for protecting the small bowel. The V15of small bowel was about 19% lower in the VMAT plan than in the HT plan (t=-3.802, P＜0.05). The V10of pelvis was lower whereas the V30of pelvis was higher in the VMAT plan than in the HT plan (t=-7.047, t=4.704, P＜0.05). The VMAT plan was better than the HT plan for protecting bladder. The number of monitor units (MU) were about 89% lower in the VMAT plan than in the HT plan (t=-2.666, P=0.008). ConclusionThe dose distribution of VMAT and HT is similar in preoperative radiotherapy for rectal cancer. VMAT is advantageous over HT in protecting the small bowel. However, the number of MU is signifcantly lower in VMAT than in HT. The curative effect of HT needs to be further assessed.

rectal neoplasms; radiotherapy dosage; helical tomotherapy

R 815

A

2095-5227(2014)02-0146-04

10.3969/j.issn.2095-5227.2014.02.014

2013-10-23 17:20

http://www.cnki.net/kcms/detail/11.3275.R.20131023.1720.001.html

2013-08-16

楊詠強(qiáng)，男，在讀碩士。研究方向：直腸癌術(shù)前同步放化療。Email: yangyongqiang301@126.com

馮林春，男，碩士生導(dǎo)師，副主任。Email: 301flc@163. com