直肠癌术前容积旋转调强放疗和五野静态调强放疗的剂量学比较

汪　琳，张红雁，钱立庭，吴爱东，方　为，闫　冰

直肠癌术前容积旋转调强放疗和五野静态调强放疗的剂量学比较

汪琳，张红雁，钱立庭，吴爱东，方为，闫冰

目的 比较直肠癌术前患者应用五野静态调强放疗（5F-IMRT）和容积弧形调强放疗（VMAT）两种计划的剂量学差别。方法 分别将16例术前行同期放化疗的直肠癌患者进行5F-IMRT和VMAT两种计划设计，应用剂量体积直方图比较分析靶区和危及器官的剂量学差异及治疗参数。结果 两种治疗计划均能满足临床剂量要求。5F-IMRT计划的适形指数（CI）为0.88±0.04，VMAT计划的CI为0.90 ±0.03，两种计划均能很好满足95%等剂量曲线对100% PTV体积的完全覆盖；VMAT和IMRT计划的均匀性指数（HI）分别为1.06±0.01和1.05±0.01，差异无统计学意义（t=1.37，P＞0.05）。5F-IMRT和VMAT计划中重要的危及器官如小肠、膀胱和股骨头等的关键剂量评价指标（Dmean、Dmax）及受照射体积的关键评价指标（V20、V30、V40和V50）在两种放疗计划中差异无统计学意义（P＞0.05）。VMAT计划组较5F-IMRT计划组机器跳数（MU）平均值减少39%（P=0.000）。结论 直肠癌术前放疗中采用VMAT技术可获得等同于5F-IMRT计划的剂量分布，危及器官均能得到较好的保护，VMAT计划MU明显降低，治疗时间明显缩短。

直肠癌；容积弧形调强放射治疗；静态调强放射治疗；剂量学

网络出版时间：2016-4-19 11：04：48 网络出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/34.1065.R.20160419.1104.056.html

放疗在直肠癌综合治疗中有重要的价值。直肠癌辅助放疗模式经历了从术后到术前的改变。目前，术前同步放化疗联合全直肠系膜切除术是可切除的局部进展期［T3-4或N（+）期］直肠癌的标准治疗模式，其不但可降低肿瘤分期、提高局控率与R0切除率及获得约20%pCR率，且可潜在改善总生存率［1-2］。近年来，直肠癌术前放疗的主要技术为调强放疗（intensity modulated radiotherapy，IMRT），其较其他放疗模式具有剂量学优势，并且能减少腹泻等不良反应的发生［3-5］。该研究通过比较VMAT和5F-IMRT两种计划的剂量学特点及各治疗参数的差异，为直肠癌术前放疗的患者提供临床参考。

1　材料与方法

1.1病例资料 选取2012年～2015年在我科行术前同期放化疗的16例直肠癌患者，CT机模拟定位扫描后，分别对CT图像进行5F-IMRT和VMAT放疗计划设计。16例患者均经直肠镜检查取病理证实为直肠腺癌，其中男12例，女4例；年龄32～70岁，中位年龄53岁。患者放疗前均签定知情同意书。

1.2CT定位 采用西门子16排螺旋CT下行增强扫描，所有患者在定位前1 h排空膀胱，随即口服20%泛影葡胺10 ml+600 m l生理盐水，充盈小肠及膀胱，定位时采用仰卧位，扫描范围为L2下缘至坐骨结节下5 cm，扫描层厚为5 mm，按2.5 mm重建，之后将图像传输到计划室的ADAC Pinnacle 9.6三维治疗计划系统（treatment planning system，TPS）勾画靶区及危及器官。

1.3靶区及危及器官勾画 临床靶区（clinical target volume，CTV）包括瘤床及其周围2～5 cm区域和直肠系膜区域、骶前、闭孔、髂内、部分髂外、部分髂总淋巴结，CTV上界为L5椎体下缘至S1椎体下缘水平，下界为直肠病灶下缘下3 cm。计划靶区（planning target volume，PTV）为CTV前后左右方向各外扩0.7 cm，上下方向外扩1 cm。危及器官包括小肠（勾画至PTV上3 cm）、膀胱、双侧股骨头。

1.4剂量学要求 所有患者在治疗计划系统pinnacle 9.6版本中根据相同的靶区分别设计5F-IMRT和VMAT两种放疗计划，采用6MV-X射线照射。IMRT为五野共面射野，入射角度分别为：0°、72°、144°、216°和288°；VMAT采用2个全弧照射；靶区处方剂量为50 Gy（2.0 Gy/次）包绕95%的PTV体积。正常组织限量中双侧股骨头V50≤5%，膀胱V50≤50%，小肠V50≤10%、Dmax≤52 Gy。

1.5评价指标 通过剂量体积直方图（dose-volume histogram，DVH）和剂量分布评估计划。评估参数包括计划靶区接受处方剂量95%、105%体积百分比（95%PTV、105%PTV）、靶区平均剂量Dmean和最大剂量Dmax；靶区的均匀性指数（homogeneity index，HI）：

即为5%最高剂量区的PTV接受的最小剂量与95%最高剂量区的PTV接受的最小剂量之比。HI值越低，即值越接近1，表示靶区剂量均匀性越好，反之，HI值越大表明靶区剂量均匀性越差。

适形度指数（conformny index，CI）

其中CF（Cover Factory）是指PTV接受处方剂量的体积与PTV体积之比，SF（Spill Factor）定义为接受处方剂量的PTV体积与接受处方剂量的全身体积之比。CI值为0～1，CI值越大，表示适形度越好，等于1时最理想，等于0时最差。危及器官的评估参数包括膀胱、小肠、左、右股骨头的V20、V30、V40和V50，及Dmean和Dmax。计时参数包括MU及照射时间。

1.6统计学处理 使用SPSS 19.0统计软件进行分析，数据以¯x±s形式表示，对两种放疗计划的参数比较行配对t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1剂量分布 所有计划通过5F-IMRT和VMAT这两种照射技术均能达到临床要求，都能够很好满足95%等剂量曲线对100%PTV体积的完全覆盖。两种计划的适形度指数CI比较，差异无统计学意义（P=0.490），二者HI差异无统计学意义（P= 0.22）。见表1。同一患者两种治疗计划靶区的剂量体积直方图（图1A）两者差异无统计学意义。

2.2危及器官受量 5F-IMRT和VMAT计划都较好地保护了危及器官，达到了临床要求。VMAT计划股骨头的V30、V40明显增加，膀胱高剂量区有所减少，但在差异无统计学意义（P＞0.05）。见表2、图1B。

图1　同一患者两种治疗计划靶区及危及器官的剂量体积直方图A：靶区；B：危及器官

表1　两种计划间　PTV的剂量分布

表1　两种计划间　PTV的剂量分布

VMAT　5F-IMRT　t值　P值95%PTV（%）99.81±0.25　99.84±0.36　-0.358　0.733 105%PTV（%）　11.37±9.95　5.37±3.23　1.447　0.198 Dmean（Gy）　51.65±0.32　51.47±0.24　1.985　0.094 Dmax（Gy）　53.84±0.6　53.99±0.54　-0.976　0.367 HI　1.06±0.01　1.05±0.01　1.370　0.220 CI　0.90±0.03　0.88±0.04　0.745　0.490

表2　两种计划间危及器官的剂量分布

表2　两种计划间危及器官的剂量分布

项目　VMAT　5F-IMRT　t值　P值小肠Dmean（Gy）　23.22±0.72　24.06±0.71　-0.915　0.402 Dmax（Gy）　52.60±0.69　52.11±31.92　1.518　0.180 V10（%）　73.28±14.80　72.66±16.25　0.562　0.594 V20（%）　62.81±14.43　63.52±16.33　-0.675　0.525 V30（%）　47.17±13.96　47.24±13.41　-0.146　0.889 V40（%）　27.47±13.33　28.34±11.74　-0.774　0.468 V50（%）　2.62±1.19　2.61±1.09　0.014　0.989膀胱Dmean（Gy）　44.69±1.77　45.33±0.92　-1.480　0.189 Dmax（Gy）　53.02±0.75　52.87±0.79　0.490　0.641 V30（%）　100.00±0.00　99.73±0.33　1.987　0.104 V40（%）　75.24±12.92　80.48±4.86　-1.154　0.292 V50（%）　23.67±6.99　24.63±8.77　-0.390　0.710左股骨头Dmean（Gy）　29.66±42.13　29.09±26.91　0.535　0.612 Dmax（Gy）　48.83±23.65　48.31±26.28　0.773　0.469 V20（%）　92.46±11.87　92.36±9.30　0.024　0.982 V30（%）　41.65±26.04　35.13±18.09　0.973　0.368 V40（%）　12.22±9.95　9.54±8.86　0.784　0.463 V50（%）　0.18±0.30　0.29±0.72　-0.492　0.640右股骨头Dmean（Gy）　26.95±63.43　28.28±31.21　-0.749　0.482 Dmax（Gy）　46.40±59.87　47.30±52.48　-0.576　0.585 V20（%）　82.86±18.08　92.49±5.40　-1.643　0.152 V30（%）　33.77±30.81　29.03±19.07　0.656　0.536 V40（%）　9.68±10.19　8.62±8.38　0.355　0.734 V50（%）0.10±0.23　0.20±0.50　-0.502　0.633

2.3MU评估 机器跳数VMAT计划平均值为298 MU，5F-IMRT计划平均值为470 MU，VMAT较5F-IMRT平均数量减少约39%（t=-8.796，P= 0.000）。

3　讨论

VMAT是目前国际最先进的放射治疗技术之一，是在加速器机架非匀速旋转的过程中，剂量率动态变化，多叶光栅不断运动的一种动态调强技术，可理解为动态调强+机架旋转。VMAT在头颈部肿瘤和盆腔肿瘤等放疗中的应用已有大量研究。唐正中等［6］研究显示鼻咽癌患者静态IMRT与VMAT两种计划的靶区剂量分布均较满意，且VMAT计划的靶区适形性较静态IMRT计划更理想，而VMAT最大的优势是加速器总MU及总治疗时间的减少，从而提高工作效率。杨波等［7］研究显示宫颈癌术后患者采用VMAT技术可获得与固定野调强放疗计划等同的甚至是更优化的剂量分布，同时机器跳数明显降低。前列腺癌中VMAT和IMRT两种技术在小肠、直肠、股骨头的多个剂量参数各有优缺点，两种技术剂量分布相当［8］。目前国内直肠癌术前放疗的类似研究报道不多。研究［9］显示直肠癌术前同期加量放疗中VMAT技术与IMRT计划的靶区剂量分布相当，且前者能更好保护危及器官特别是小肠，同时治疗时间明显缩短，但其疗效还有待进一步临床评估。

本研究对比了双弧VMAT计划和5F-IMRT计划，结果显示两种计划均能较好地满足临床所要求的靶区处方剂量，靶区的均匀性及适形性均相当。小肠、膀胱和股骨头等在两种调强放疗计划中的关键剂量评价指标（Dmean、Dmax）差异无统计学意义。因VMAT采用拉弧照射区别于静态IMRT，因此低剂量区对于低剂量部分，两种方法照射，VMAT应比IMRT要高，VMAT计划左、右股骨头的V30、V40明显增加，膀胱高剂量区有所减少，但差异无统计学意义。文献报道，与常规IMRT相比，VMAT最大优势是可大大提高治疗效率。本研究16例患者。VMAT平均治疗时间约为3～5 min，5F-IMRT平均治疗时间约为9～10 min。VMAT的平均MU值为289，5F-IMRT的平均MU值为470，下降约39%。治疗时间的减少不仅可提高科室加速器的使用效率，而且能减轻患者不舒适感，减少患者分次内位移，提高治疗剂量分布精确度和治疗效果。MU较多，治疗时间长，有可能增加二次致癌的概率［10］，而IMRT因存在照射时间长的缺点，可影响靶区的生物效应［11］，从而可能对疗效产生影响。本研究直肠癌计划采用pinnacle计划系统，VMAT一次优化时间约为1 h，明显长于IMRT优化时间。机器故障率方面，所有治疗患者采用ELEKTA synergy加速器，VMAT和IMRT并未发现明显区别。

综上所述，5F-IMRT与VMAT这两种调强放疗技术在直肠癌术前放疗的剂量学无明显优劣之分，危及器官方面如小肠、膀胱和股骨头等均得到很好的保护。采用VMAT技术MU明显减低，治疗效率明显提高，但其疗效有待进一步临床评估。

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Dosimetric comparison between preoperative volumetric modulated arc therapy and five-field intensity modulated radiotherapy for rectal cancer

Wang Lin，Zhang Hongyan，Qian Liting，et al
（Dept of Radiation Oncology，Affiliated Provincial Hospital of AnhuiMedical University，Hefei 230001）

Objective To compare the dosimetric characteristics of volumetricmodulated arc therapy（VMAT）and five-field intensitymodulated radiotherapy（5F-IMRT）in preoperative radiotherapy for rectal cancer.Methods Sixteen patientswith rectal cancer who underwent preoperative chemo-radiotherapy were enrolled in this study.VMAT and 5F-IMRT planswere designed for each patient.The dose distribution in target volumes and organs at risk was evaluated according to the dose-volume histogram.Results Both plans couldmeet target dose specifications and normal tissue constraint.The CIwas similar between the 5F-IMRT（0.88±0.04）and VMAT plans（0.90±0.03），which could satisfy 95%of prescribed dose for covered PTV.The HIof the VMAT plan was1.06±0.01 compared to 1.05±0.01 of IMRT plans，without statistically significant differences（t=1.37，P＞0.05）.Therewas no significant difference for the key parameters（Dmean，Dmax）of risk organs such as intestine，bladder and femoral head in the two plans（P＞0.05）.There was no significant difference for the key parameters of irradiated volume such as V20，V30，V40 and V50 of risk organs between the 5F-IMRT and VMAT plans（P＞0.05）.The VMAT group also had significantly lower number ofmonitor units（MU）when compared with the 5F-IMRT plan group（P=0.000）. Conclusion The dose distribution of VMAT and 5F-IMRT is similar in preoperative radiotherapy for rectal cancer，and risk organs could be well protected.VMAT offers shorter treatment deliver time than IMRT，reduces treatment MU.

rectum cancer；volumetric modulated arc therapy；intensitymodulated radiotherapy；dosimetry

R 735.3+7；R 730.55

A

1000-1492（2016）05-0731-04

2016-03-08接收

安徽高校省级自然科学研究项目（编号：KJ2010B380）

安徽医科大学附属省立医院肿瘤放疗科，合肥 230001

汪 琳，女，主治医师；

钱立庭，男，教授，主任医师，硕士生导师，责任作者，E-mail：money2004@sina.com