兩種容積旋轉調強方法在局部晚期直腸癌術前放療的劑量學比較

彭 倩，駱科林，謝 朝，曾 銘

(四川省醫(yī)學科學院·四川省人民醫(yī)院腫瘤中心，四川 成都 610072)

兩種容積旋轉調強方法在局部晚期直腸癌術前放療的劑量學比較

彭 倩，駱科林，謝 朝，曾 銘

(四川省醫(yī)學科學院·四川省人民醫(yī)院腫瘤中心，四川 成都 610072)

目的研究不同容積旋轉調強方法對局部晚期直腸癌術前短程放療病例的劑量學影響。方法選擇Ⅱ～Ⅲ期直腸癌病例16例，使用容積弧形調強放射治療技術(RapidArc)對每個病例分別進行雙全弧(FAAS)和雙半弧(PA，150°～210°)的計劃設計，比較兩種計劃下的靶區(qū)和危及器官各劑量參數以及總機器跳數(MU)。結果兩種設計的計劃靶區(qū)(PTV)接受2325 cGy的照射體積(V2325cGy)、最小劑量(Dmin)、最大劑量(Dmax)、靶區(qū)適形指數(CI)、靶區(qū)劑量均勻性指數(HI)差異有統計學意義(P< 0.05)；FAAS中大腸、膀胱、盆腔骨髓、左右股骨頭的平均劑量(Dmean)較PA明顯降低，差異有統計學意義(P< 0.05)；總機器MU差異有統計學意義(P< 0.05)；其余指標差異無統計學意義(P> 0.05)。結論在局部晚期直腸癌接受術前短程放療RapidArc計劃設計時，選擇FAAS可以保證靶區(qū)劑量的適形度和均勻性，減少危及器官的受量，降低總MU輸出。

容積旋轉調強放療；放療劑量；直腸癌；術前放療

結直腸癌在全世界常見惡性腫瘤中位居第三，且近年來在我國發(fā)病率有逐漸上升趨勢[1]。目前，術前放射治療為Ⅱ、Ⅲ期直腸癌患者的標準治療模式[2，3]。直腸癌術前短程放療是指術前照射總劑量2500 cGy，每天1次，每次500 cGy，共照射5次。近期研究表明，短程放療聯合化療延長了cT3或cT4直腸癌患者的總生存時間、降低了急性毒性反應[4]。近年來，容積弧形調強放射治療技術(RapidArc)已逐步應用于盆腔腫瘤的放射治療[5，6]。研究顯示，與三維適形和調強放射治療相比，RapidArc在靶區(qū)劑量分布、保護危及器官、減少照射時間等方面都更具優(yōu)勢[7]。目前，計劃者往往根據經驗設計RapidArc方案，造成了不同醫(yī)療機構間計劃設計的差異。本研究旨在通過RapidArc聯合無均整濾過射線(FFF)束技術進行計劃設計，根據不同參數的比較，尋找均衡、穩(wěn)定的設計方案，以指導臨床應用。

1 資料與方法

1.1一般資料選取本院腫瘤中心2015年12月至2016年6月經病理學檢查證實的直腸癌患者16例，其中男10例，女6例，年齡42～78歲(中位年齡57.5歲)，腫瘤距肛緣長度3～9 cm(中位數4.95 cm)，所有患者ECOG評分均≤2分，無放療禁忌癥。根據UICC 2010 TNM分期標準，患者臨床分期均為Ⅱ～Ⅲ期，其中cT3患者12例，cT4患者4例。

1.2方法所有患者均簽署接受放射治療的知情同意書，對每例患者分別進行FAAS和PA計劃設計。掃描前患者充盈膀胱，掃描時取俯臥位，以Belly-board聯合熱塑體模固定，在Siemens Somation CT定位機下行CT增強掃描。掃描范圍從膈頂至坐骨結節(jié)下2 cm，層厚3 mm。

靶區(qū)勾畫參考國際輻射單位與測量委員會(ICRU)62號文件報告[8]及Nancy等[9]建議，臨床靶區(qū)(CTV)包括大體腫瘤體積、骶前、完整的直腸及直腸系膜、髂淋巴結引流區(qū)。cT3 期包括左、右側髂內淋巴引流區(qū)；cT4期包括浸潤的鄰近器官處腫瘤外2 cm范圍和左、右側髂外淋巴引流區(qū)。上界通常位于L5上緣，下界為盆底。計劃靶區(qū)(PTV)由計劃系統生成，定義為CTV邊界在三維方向上外擴0.5～1 cm。危及器官包括：膀胱、大腸(除直腸外所有影像可見大腸)、小腸(所有影像可見小腸)、骨盆骨髓(包括骨窗上骶骨、髂骨、坐骨及恥骨的低密度區(qū))、左右股骨頭(包括股骨頭及股骨頸)。

1.3治療計劃設計應用Eclipse 10.0(美國Varian公司)治療計劃系統進行RapidArc計劃設計，在TrueBeam加速器(美國Varian公司)上進行模擬，多葉準直器帶有60對葉片。采用6 MV光子束，FFF模式，最大劑量率為1400 MU/min。每個患者分別進行了雙全弧(FAAS)和雙半弧(PA，150°～210°)計劃設計，見圖1。每組計劃使用的劑量限值和優(yōu)化條件均不變，處方劑量2500 cGy/5次，要求95%PTV達到處方劑量。危及器官劑量限值參考AAPM任務組101號報告[10]。

圖1 全弧和半弧計劃設計示意圖 a： FAAS；b：PA

1.4觀察指標用劑量-體積直方(DVH)圖對PTV劑量參數以及劑量分布的適形度和均勻性進行比較。①PTV的劑量參數：93%、105%、110%處方劑量的照射體積分別表示為V2325cGy、V2625cGy、V2750cGy；靶體積最小、最大、平均劑量分別表示為Dmin、Dmax、Dmean[11]；②劑量分布的適形度和均勻性分別以適形指數(CI)、均勻性指數(HI)表示。CI=VT.ref/VT× VT.ref/Vref，其中VT.ref為接受處方劑量的PTV體積，VT為PTV體積，Vref為接受處方劑量的所有區(qū)域體積，CI取值為0～1，越接近于1說明靶區(qū)適形度越好。HI=(D2-D98)/D50，HI值越大說明劑量分布越不均勻。危及器官參數分別以V500cGy、V1000cGy、V1500cGy、V2000cGy、Dmin、Dmax、Dmean表示。加速器總跳數以MU計量。

1.5統計學方法數據采用SPSS 20.0進行統計學分析。符合正態(tài)分布的數據以均數±標準差表示，組間比較采用配對t檢驗，數據；非正態(tài)分布數據以中位數(25%～75%)表示，組間比較采用Wilcoxon符號秩檢驗。P< 0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1PTV參數指標FAAS計劃條件下時，患者PTV的V2325cGy明顯大于PA，且 Dmin劑量較大、Dmax劑量較小，差異有統計學意義(P< 0.05)，見表1；兩種計劃PTV V2625cGy、V2750cGy及Dmean差異無統計學意義(P> 0.05)。FAAS計劃PTV的CI值較大，HI值較小，較PA計劃具有更好的適形度及劑量均勻性(P< 0.05)，如圖2。

表1 兩種容積旋轉調強方法患者靶區(qū)受照射劑量比較

圖2 1例直腸癌患者的兩種治療計劃的橫斷面分布 a：FAAS；b：PA

2.2大腸相關參數指標所有計劃都滿足大腸Dmax<3800cGy的劑量限制。FAAS計劃中，大腸的V500cGy、V1000cGy、V1500cGy均較PA計劃顯著減小(P< 0.05)；且Dmin及Dmean也較PA計劃明顯降低(P< 0.05)；Dmax差異無統計學意義(P> 0.05)，見表2。

2.3其余危及器官平均劑量比較PAAS計劃膀胱Dmean較PA計劃明顯降低(P< 0.05)；兩種計劃小腸Dmean差異無統計學意義；PAAS的盆腔骨髓Dmean較PA劑量降低(P< 0.05)；與PA計劃比較，PAAS計劃中左右股骨頭的平均劑量也明顯減小(P< 0.05)。見表3。

表2 兩種計劃中患者大腸的各劑量學參數比較

表3 兩種計劃中患者危及器官的平均劑量比較

2.4兩組加速器MU比較PAAS計劃的平均MU為(1161.25±156.78)，PA計劃的平均MU為(1770.50±257.37)，兩組計劃的MU比較，差異有統計學差異(P< 0.05)；其中，PAAS較PA計劃平均MU減少了34.40%。見圖3。

圖3 1例直腸癌患者FAAS和PA計劃的DVH圖比較

3 討論

目前，術前新輔助放化療為局部晚期直腸癌的標準治療。近年來研究表明，總劑量2500 cGy，共5次的短程術前放療在疾病控制率和降低急性毒性反應等方面展現出了一定的優(yōu)勢[12]。國內的一些學者也在逐漸開展直腸癌術前短程放療臨床實驗，但是關于直腸癌短程放射治療計劃的劑量學研究卻鮮有報道。本研究著眼于RapidArc聯合FFF技術在大分割放射治療中的運用，對16例接受術前放療的直腸癌患者分別進行FAAS和PA 計劃設計，以指導腸癌患者短程放療的運用。

本研究顯示，對于局部晚期的直腸癌患者的術前RapidArc放療計劃，無論是FAAS還是PA計劃均能滿足臨床靶區(qū)覆蓋的要求，靶區(qū)劑量分布相似，但FAAS明顯具有更好的靶區(qū)適形度和劑量均勻性。FAAS計劃中大腸的V500cGy、V1000cGy、V1500cGy、Dmin、Dmean較PA計劃明顯降低，說明FAAS在腸道的保護上更具優(yōu)勢。本研究兩種計劃小腸的Dmean差異無統計學意義，考慮原因可能為勾畫靶區(qū)時將大腸、小腸分別進行了定義，并且大腸和小腸的勾畫范圍包含了所有CT影像可見區(qū)域，FAAS保護腸道的優(yōu)勢主要體現在大腸的相關參數上。為了更精確評價危及器官的照射劑量，除膀胱、左右股骨頭外，盆腔骨髓也納入了勾畫范圍，結果顯示，上述器官的Dmean均小于PA計劃，說明FAAS方法能夠更好的保護危及器官，降低其照射劑量。此外，本研究還分別進行了實施FAAS與PA計劃所需加速器MU的統計分析。PAAS較PA計劃平均MU減少了34.40%，這表明PAAS能顯著減少加速器總跳數。

Yu等[11，13]在進行局部晚期直腸癌Tomotherapy與3D-CRT劑量學比較的研究中，進行了以下的劑量限制：膀胱Dmax< 2400 cGy、V1100cGy<50%；腸道Dmax<2500 cGy、V300cGy< 50%；股骨頭Dmax<2000 cGy、V1500cGy< 50%。本研究進行了RapidArc的計劃設計與優(yōu)化，發(fā)現上述三個危及器官的Dmax均超出了Yu[11，13]研究的劑量限制，但其余指標都能滿足。這可能與不同研究中靶區(qū)勾畫范圍密切相關，尤其是PTV覆蓋膀胱和腸道的區(qū)域大小。根據直腸癌術前放療靶區(qū)勾畫的相關指南[9]，因考慮到膀胱及直腸的位置變化，要求CTV的勾畫邊緣至少包含膀胱內1～1.5 cm范圍，這可能是本研究中膀胱劑量較高的重要原因。結合本研究的統計結果，我們認為AAPM 101號報告[10]中推薦的大分割照射下的危及器官劑量限制更具指導意義。此外，本研究僅進行了150°～210°的PA計劃設計，且選取的病例數較少。不同角度的PA計劃設計和大樣本研究應進一步開展。

綜上，本研究表明，局部晚期直腸癌患者接受術前RapidArc放射治療能夠較好的滿足靶區(qū)和危及器官的劑量限制。在FFF模式下，FAAS與PA計劃比較，具有更好的靶區(qū)適形度和劑量均勻性，降低了大腸、膀胱、盆腔骨髓、左右股骨頭的平均照射劑量，并減少了加速器MU，提高了設備使用效率。

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DosimetriccomparisonoftwoRapidArcdeliverystrategiesinpreoperativeshort-courseradiotherapyforlocallyadvancedrectalcancer

PENGQian，LUOKe-lin，XIEZhao，ZENGMing

(CancerCenter，SichuanAcademyofMedicalSciences&SichuanProvincialPeople’sHospital，Chengdu610072，China)

ZENGMing

ObjectiveTo evaluate the dosimetric impact of two RapidArc delivery strategies in preoperative short-course radiotherapy for locally advanced rectal cancer.MethodsSixteen patients with stageⅡ～Ⅲ rectal cancer were selected for this study.Two RapidArc plans were generated for the patients using full arc with avoidance sectors (FAAS) and partial arc (PA) techniques，respectively.Dosimetry of the target and organs at risk (OARs) and monitor unit (MU) were statistically analyzed.ResultsThe V2325cGy，Dmin，Dmax，conformity index (CI)，homogeneity index (HI) of the planning target volume (PTV) of the two strategies was significantly different (P< 0.05).The mean level of irradiation doses to the big bowel，bladder，bone marrow，femur heads and total MU in the FAAS technique were significantly lower when compared to the PA plan (P< 0.05).However，the differences in other parameters was not significant between the two plans (P> 0.05).ConclusionThis study suggests that the FAAS technique is more beneficial for patients with locally advanced rectal cancer undergoing preoperative short-course radiotherapy.It is reflected in better conformal and homogeneous dose to the target and reduction in the irradiated dose to OAR than PA plan.

Volumetric modulated arc therapy；Dosimetry；Rectal cancer；Preoperative radiotherapy

國家重點研發(fā)計劃課題(編號：2016YFC0105107)

曾 銘

R735.3；R454

A

1672-6170(2017)05-0040-04

2017-02-07；

2017-05-22)