术前调强适形放疗计划在直肠癌患者照射剂量上的优势

张利伟 (张家港市澳洋医院，江苏 张家港 215600)

虽然外科手术可以长期治愈局灶性晚期直肠癌，然而辅助疗法在治疗这类疾病中也起着重要作用，可以显著降低局部治疗失败的概率〔1〕，如果同时与化疗一起进行，可以进一步提高治疗效果。Saue等〔2〕研究证实术前放化疗比术后放化疗可以更好地降低局部复发率，更好保护括约肌功能。直肠癌术前放化疗安全性、有效性和耐受性的一些问题尚待解决，一部分问题是大面积照射有造成微小疾病扩散的危险，从而对邻近的小肠、膀胱和股骨头造成潜在的危害。急性严重毒性的高发生率可以导致治疗失败或病情加重，而这对局部控制或长期生存来说是一个不利的结果〔3〕。本研究旨在比较调强适形放疗(IMRT)治疗局部晚期直肠癌时，在降低正常组织照射剂量方面是否比三维适实放疗技术(3DCRT)有潜在优势。

1 资料与方法

1.1 一般资料 在我院就诊并进行术前治疗的10例直肠癌患者纳入本研究，其中男6例，女4例;临床诊断均为T3直肠癌;1例患者淋巴结阴性，9例患者淋巴结阳性，10例患者均未出现远端转移。所有患者都接受了氟嘧啶为基础药物的化疗，其中另一药物通常为卡培他滨。

1.2 方法

1.2.1 三射野腹板计划 所有患者进行了计算机断层扫描(CT)模拟并采用俯卧腹板固定术移动腹部其他组织器官。在模拟扫描时，患者没有被特异嘱咐充盈膀胱，在模拟期间也没有使用小肠造影剂。临床计划(以下称为三射野腹板计划，即3FBB)包括一个主要治疗方法：采用45 Gy 3射野方案(楔形PA面和对侧面)作为主要的治疗方案，随后采用唯一的18 MV光束和每日每级1.8 Gy在对侧场局部增大5.4 Gy。预期靶组织包括大体肿瘤和病变淋巴结，采用CT模拟扫描器、直肠系膜、髂骨和骶骨前淋巴结勾画轮廓。借用经典的解剖学边界描述即上野边缘在L5/S1、下缘在坐骨结节或肿瘤尾端下缘3 cm处。为了确定PA野，侧野边缘在骨盆上口2 cm。侧野的位置，前缘在骶岬前3 cm，后缘充分暴露于后部髂骨轮廓1 cm处。利用多路平行光管(MLC)阻断靶区外正常组织的照射。为了本研究的目的，考虑到缺乏增加直肠癌照射体积的统一意见，本组采用45 Gy场进行评估。

1.2.2 DCRT和IMRT计划的靶区和剂量 参考最初的CT模拟扫描数据为每一名患者制定含计划靶区(PTV)的IMRT方案和3DCRT方案。临床靶区(CTV)包括大体肿瘤和受累的淋巴结、直肠系膜、骶骨前和内侧髂淋巴结区域，与RTOG指南描述的肛门直肠癌方案一致〔4〕。PTV为CTV外放7 mm。本研究总的处方剂量限制在45 Gy，每级为1.8 Gy。

1.2.3 危及器官 本研究中相关危及器官是膀胱、股骨头/颈、骨盆、小肠、乙状结肠/结肠和正常组织。膀胱轮廓可按CT扫描来勾画，股骨头/颈轮廓含双侧股骨头/颈直至较小的粗隆，骨盆轮廓为从髂嵴顶端到坐骨结节骨板外缘。从乙状结肠到小肠的轮廓主要依据其特征、最近的模拟对比增强造影CT数据来显示。小肠和乙状结肠/结肠勾画至PTV上2 cm的肠环。正常组织勾画至PTV的上、下2 cm。

1.2.4 放疗计划 本研究采用的放疗计划系统为Pinnacle version 8.0 m系统(荷兰)。照射野采用两侧野加后垂直野，双侧野加楔形板。为了制定3DCRT和IMRT计划，恢复了每位患者的最初的 CT模拟数据集，并按照上述所说勾画靶区。3DCRT场边缘依据3FBB计划修订以给定剂量覆盖PTV 95%以上的体积，并基于PTV体积而做相应的修正。应用每名患者附加场来做均一性对照，以限定核心区剂量不超过给定剂量的107%，特别是在包含小肠区的前野。3DCRT计划也采用18 MV光束。IMRT计划采用6 MV光束来照射。通过光束排列检测，7 个光束采用 0°、40°、70°、95°、265°、290°和 320°的机架角进行排列。平行光管设置为90°，在所有的光束上分布有70个照射点。依据总体计划优先覆盖PTV区，然后将照射到小肠的剂量减至最低，再减少到骨盆、膀胱和轮廓区外正常组织的剂量。对乙状结肠/结肠并没有制定特异的优化方法，最后才考虑将照射到股骨头/颈的剂量减到最少。最终剂量采用简化锥形卷积方法计算。

1.2.5 计划评估 评估体积包括PTV和相关正常组织体积。PTV、膀胱、骨盆、股骨头/颈和小肠也作全体积评估。乙状结肠/结肠和正常组织体积评估不包括任何与PTV重叠的或PTV包括的区域。采用剂量体积直方图(DVH)来计算剂量。依据指南Dx%=靶区接受到的剂量x%，VxGy=靶区接受不少于X Gy剂量的百分比。最大剂量记为D1%，最小剂量记为D99%，平均剂量记为Dmean，最大剂量点记为Dmax。均一指数(HI)是反映靶区内剂量分布的均匀性，适形指数(CI)是评估等剂量曲线与靶区的适形性。HI=(D5%－D95%)/设定剂量。CI为接受到设定剂量绝对体积与靶区体积比值(CI=V45Gy/VPTV)。

计划平均累积DVH值由输出为10 cGy的表格DVH数据集来计算并绘出。小肠平均累积DVH值基于照射绝对体积的曲线来产生。所有组织的累积剂量(包括PTV)由10 cGY的差分DVH数据集来计算。

1.3 统计学方法 应用SPSS12.0统计软件进行分析，每位患者IMRT计划分别于3FBB和3DCRT计划做配对检验比较，非参数统计分析采用配对双尾Wilcoxon符号秩检验。

2 结果

2.1 靶区剂量 3FBB和IMRT计划的剂量比较，显示接受设定剂量的PTV百分数在3FBB计划中显著低于IMRT计划(V45 Gy：中位 3FBB 87.2%vs IMRT 99.5%，P=0.005)。因此，应用前述足够覆盖PTV区的技术来设定每一病例的3DCRT计划。该计划很有效果，因为虽然与IMRT比较有统计学上的差异(P=0.02)，但是3DCRT V45Gy中位数增加到98.4%，而3DCRT和IMRT计划的平均剂量相似(P=0.46)。

IMRT计划的PTV最小剂量D99%高于3FBB(P=0.005)和3DCRT(P=0.01)计划。IMRT计划的PTV最大剂量D1%显著低于3FBB(P=0.007);而与3DCRT(P=0.35)计划相似。HI和CI IMRT显著优于3DCRT(P=0.007，P=0.005)。这些均可以在平均累积DVH计划的图解中反映出。见图1，表1。

2.2 危及器官和正常组织的剂量 IMRT与3FBB在膀胱、股骨头、乙状结肠和小肠的平均剂量之间几乎没有差异。然而，与3DCRT比较，IMRT在膀胱(P=0.007)、乙状结肠(P=0.005)、小肠(P=0.005)和股骨头(P=0.03)的平均剂量显著降低。IMRT在骨盆的平均剂量显著低于3FBB(P=0.04)和3DCRT(P=0.005)。

就高剂量而言，与3FBB比较，IMRT显著改善V40Gy照射时股骨头(P=0.01)、骨盆(P=0.005)受照射剂量;与3DCRT比较，IMRT显著改善V40Gy照射时膀胱(P=0.005)、股骨头(P=0.005)和骨盆(P=0.005)受照射剂量。IMRT与3FBB在所有实验照射剂量中，乙状结肠/结肠受照射剂量均无差异，但显著低于3DCRT(P=0.005)。

计算了在5～45 Gy的射线照射下全小肠受照射体积。在V15Gy照射时，IMRT计划中全小肠受照射体积显著小于3FBB

计划(P=0.03)，但在其他剂量相似。与3DCRT比较，IMRT在15～45 Gy照射时可以显著减少小肠受照射体积(P＜0.01)。当V15Gy照射时，若将10名患者作为一个整体时，其中位体积的差异是中等的(138 cc IMRT vs 157 cc 3DCRT;P=0.005)。然而，邻近治疗区有大体积小肠受照射患者表明其受照射体积有巨大差异。例如，在6例大体积小肠受照射患者(209～537 cc)，接受15 Gy照射的小肠体积中位数从3DCRT的231cc减少到IMRT的185cc。相反，在其他4例患者中，只是轻微的绝对减少(中位数V15 Gy：13 cc IMRT vs 22 cc 3DCRT)。

表1 IMRT和3DCRT剂量比较〔中位数值(范围)〕

图1 IMRT、3FBB和3DCRT PTV外平均累积剂量体积直方图

在靶区外正常组织，与3FBB计划相比，IMRT计划平均剂量(P=0.02)、V10Gy(P=0.01)～V30Gy(P＜0.02)剂量显著增高。然而，在最高剂量，IMRT计划显著降低(V40Gy，P=0.02;V45Gy，P ＜0.01)。与 3DCRT比较，IMRT平均剂量(P=0.007)、V40Gy(P=0.005)、V45Gy(P=0.005)显著降低，而 V10Gy(P=0.005)、V20Gy(P=0.01)仅是轻微降低，但有统计学意义。见表1。

2.3 计划的整体情况 IMRT的监测单元显著高于3FBB(P=0.005)和3DCRT(P=0.005)(表2)。整个计划IMRT的最大剂量高于3DCRT的最大剂量(P=0.005)。IMRT的累积剂量显著高于3FBB的累积剂量(P=0.007)，低于3DCRT的累积剂量(P=0.007)。

表2 IMRT和3DCRT计划概要〔中位数值(范围)〕

3 讨论

本研究发现，直肠癌采用IMRT效果好于非IMRT计划，与3DCRT计划相比，IMRT计划治疗大体肿瘤和盆腔淋巴结时能在PTV上达到比较高的覆盖率、同质性和适形性。这不是以邻近危及器官为代价，所有危及器官如小肠、乙状结肠、骨盆、膀胱和股骨头评估证实受照射剂量降低。与其他治疗计划相比较，IMRT可以降低所有组织的累积剂量并降低PTV外正常组织的平均剂量，尤其是在高剂量照射时。与3DCRT比较，IMRT每一级需要更多的监测单位。

依据放射治疗肿瘤协作组(RTOG)指南设计的PTV大小与依据经典解剖学标志3FBB制定的体积不一致，甚至在考虑患者个体解剖学差异的情况下也是如此。因为3FBB计划比IMRT计划接受给定剂量的PTV体积显著降低，进而在一定程度成上降低了小肠总体受照射剂量。尽管在IMRT计划中有大量的靶体积，IMRT对所有危及器官的剂量与其他计划相似或有所改善。例如，在受照射小肠平均剂量相似时，除了15 Gy外，受照射绝对体积在5～45 Gy水平也是相似的，而在剂量为15 Gy时，IMRT计划的照射绝对体积比3FBB计划有显著改善。

在治疗毒性方面，腹泻是最常见的。研究证实受照射小肠存在强烈的剂量-体积效应关系〔3〕。当V15Gy低至150 cc时，观察到2级或更高级毒性发生率降低，而绝大多数超过300 cc的V15Gy患者有3级或更高的毒性。Robertson等〔5〕研究证实了V15Gy剂量、含V20Gy和V25Gy的其他中等剂量在重症腹泻中的重要性。本研究发现，IMRT在小肠平均剂量和15～45 Gy的绝对体积中显著小于3DCRT;而在最低剂量V5Gy时没有差异。IMRT V45Gy照射小肠可以降低胃肠毒性的发生率。在IMRT和源自经典界标的3FBB比较中，IMRT治疗扩大了照射体积，但IMRT较3FBB降低了重症急性胃肠道毒性发生率。有研究证实IMRT方案可以减少小肠平均剂量，或改善高剂量的照射影响;患者的治疗体位，一个采用泡沫垫子完成固定，两个使用小肠移动装置〔6〕。相反，本组采用硬质碳纤维腹板固定装置固定，观察结果表明在15～45 Gy照射时IMRT计划受照射的小肠剂量和平均剂量优于3DCRT。因此，采用IMRT治疗时，碳纤维腹板固定对小肠剂量有进一步的改善。

本文选择层分类途径使用一个非对称、7束光排列、附加励磁消除前向光束，减少了光束通过前段小肠内容物或通过腹部固定装置进入。最近发布的IMRT研究证实与3DCRT比较，IMRT采用5束或9束射线在V40Gy剂量照射时可以减少小肠平均剂量〔6〕。在本研究中还发现IMRT可以减少潜在毒性诱导的中等或低剂量放射的小肠体积。同时，IMRT有更好的PTV覆盖靶区、同质性和适形性，本文结果也支持IMRT的剂量优势，特别采用俯卧腹板术时。本研究中，PTVs的外放间距有7 mm，大于经典的3FBB射野治疗体积。由于经典3FBB射野一直有极好结果，一种解释是，RTOG指南为肛门直肠制定的IMRT勾画的靶体积比需要的更大。另一选择是，正如本文所发现，射线可以覆盖更多的复杂的PTV体积靶区但不增加小肠等危及器官的受照射剂量。通过采用IMRT计划而不增加急性和长期毒性是可能的。当然，获得这方面的长期临床数据的证实也是必要的。另外需要指出的是，IMRT的应用不会自动考虑正常组织的剂量，而非常大的靶体积事实上可以导致正常组织受照射绝对体积增大。这也突出了在标准化治疗中靶区设置一致的重要性。

IMRT的一个潜在问题是累积剂量，较大体积的正常组织暴露于低剂量的射线下可以增加继发性肿瘤的发生率〔7〕。另一潜在问题是在层级运动时静态场调强适形治疗光束传递时间比3DCRT要长。这一点可以通过体积调制弧形治疗技术解决。直肠癌辅助疗法IMRT计划在靶区的覆盖率、同质性和适形性方面比3DCRT要优，同时，也可以降低邻近危及器官的剂量。考虑到对小肠的毒性，IMRT联合采用俯卧腹板固定技术有很大的潜在临床应用价值.

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