不同能量容积旋转调强技术在直肠癌术前放疗中的剂量学差异

张武哲 张基永 陆佳扬 陈创珍

(汕头大学医学院附属肿瘤医院放疗科，广东 汕头 515031)

不同能量容积旋转调强技术在直肠癌术前放疗中的剂量学差异

张武哲 张基永 陆佳扬 陈创珍

(汕头大学医学院附属肿瘤医院放疗科，广东 汕头 515031)

目的 比较不同能量容积旋转调强技术(VMAT)在直肠癌术前放疗中的剂量学差异。方法 选取18例直肠癌术前患者，在Eclipse 10.0计划系统上分别进行6 MV和10 MV单弧VMAT计划设计。计划靶区(PTV)处方剂量为50 Gy/25 次，2 Gy/次。在95%体积的PTV达到处方剂量前提下，比较两种计划的剂量体积直方图(DVH)、靶区和危及器官剂量、适形度指数(CI)、均匀性指数(HI)、正常组织低剂量体积(B-P)、机器跳数(MU)及治疗时间(TT)。结果 10 MV PTV的Dmean、V95 Gy、V105 Gy、HI均优于6 MV(P<0.05)，其CI二者相近差异无统计学意义(P>0.05)。10 MV的小肠(Dmean、D5%、V40 Gy)、膀胱(D5%)低于6 MV(P<0.05)，而双侧股骨头组间无统计学差异(P>0.05)。相对于10MV来说，B-P的V5 Gy略高于6 MV，V10 Gy、V15 Gy、V20 Gy较6 MV低(P<0.05)，其V30 Gy二者间相似(P>0.05)。10 MV的MU(427±53)和TT(72±6)s 分别较6 MV的MU(365±21)和TT(67±3)s增加了17%、7%(P<0.05)。结论 在单弧VMAT治疗计划中，10 MV较6 MV提供了更优的靶区剂量分布，且对小肠和膀胱的保护有一定优势，但其MU和治疗时间的略微增多及带来的辐射防护问题亦不容忽视。

直肠癌；术前放疗；容积旋转调强；剂量学

放射治疗在直肠癌治疗中有着重要的临床意义，不仅能对高危肿瘤降级，提高保肛率还能降低局部复发率〔1〕。调强技术(IMRT)已用于直肠癌术前放射治疗，相对于三维适形放疗(3D-CRT)技术更具优势，但实际治疗时间较长，增加器官运动所引入的误差〔2，3〕，机器跳数(MU)的增多亦增加了二次致癌的概率〔4〕。容积旋转调强技术(VMAT)具有更高的靶区适形度和均匀性、降低危及器官受量、更少的机器跳数和缩短治疗时间等优势〔5，6〕。针对体内深部肿瘤患者，高能光子能够提高剂量输出均匀性并且降低体表组织的受照剂量。本研究旨在分析6 MV和10 MV应用在单弧VMAT上的剂量学差异，为直肠癌术前放疗的合理能量选择提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取汕头大学医学院附属肿瘤医院2013年4月至2014年5月收治的接受术前同期放化疗的18例直肠癌患者，经病理证实均为直肠腺癌，男11例，女7例；年龄45～66(平均54)岁。采用Philips Brilliance 大孔径螺旋CT模拟定位，CT模拟定位前1 h，排空膀胱和直肠，口服60%泛影葡胺20 ml + 500 ml水，使小肠显影并膀胱充盈。俯卧位，盆膜固定，行100 ml优维显静脉增强造影。CT扫描范围从L2椎体下缘至坐骨结节下5 cm，层厚及层间距均为5 mm。获得的CT图像通过DICOM 3.0传输到瓦里安Eclipse (Version 10.0)三维放射治疗计划系统。

1.2 靶区及危及器官勾画 根据ICRU50和ICRU60号报告定义的大体肿瘤靶区(GTV)、临床靶区(CTV)和计划靶区(PTV)概念界定靶区。直肠癌术前放疗靶区为：GTV包括CT和MRI所显示的直肠病变并结合直肠镜及肛门指检确定；CTV为直肠病灶及盆腔淋巴引流区，包括直肠、部分乙状结肠、骶前组织、部分膀胱后壁、左右髂总、髂内及部分髂外淋巴引流区，女性患者还包括直肠阴道膈和部分子宫后壁，男性患者包括前列腺和精囊腺后部；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；PTV为CTV外放0.7 cm。本组中盆腔危及器官(OAR)包括小肠、膀胱和双侧股骨头，其中小肠勾画至PTV上2 cm。正常组织低剂量体积(B-P)定义为体表轮廓区域(BODY)减去PTV。

1.3 治疗计划设计 采用美国瓦里安Eclipse (Version 10.0) 三维放射治疗计划系统分别制定6 MV和10 MV VMAT两种治疗计划，并在TrumBeam直线加速器上执行。VMAT计划均采用单弧照射(顺时间方向自181°旋转至179°，准直器角度为30°，治疗床角度均为0°)最大剂量率600 MU/min，机架旋转速率为每圈60～72 s。为方便比较，两种计划进行归一化处理，均使95% PTV满足处方剂量，处方剂量为50 Gy/25次，2 Gy/次。剂量限值级别依次为PTV、小肠、膀胱和双侧股骨头。PTVmin≥35 Gy；小肠限量D5%≤50 Gy，Dmax≤55 Gy；膀胱限量D5%≤50 Gy，Dmax≤55 Gy；双侧股骨头D5%≤45 Gy。

1.4 计划评估指标

1.4.1 靶区指标 ①平均剂量Dmean。②V95 Gy、V105 Gy分别代表≥95%、105%处方剂量的相应靶体积百分数。③适形度指数(CI)=(VT，ref/VT)×(VT，ref/Vref)，参考取值VT为PTV体积，VT，ref为50 Gy等剂量线所包绕的PTV体积，Vref为50 Gy等剂量线所包绕的所有区域的体积。CI取值在0～1，越靠近1说明靶区适合度越好。④剂量均匀性指数(HI)：HI=D5%/D95%，D5%和D95%分别是靶区5%高剂量区剂量和其他95%区域的剂量。HI值越大(越远离1)，说明该计划的剂量分布均匀性越差。

1.4.2 危及器官受量指标 ①应用Dmean与D5%评价小肠、膀胱、和双侧股骨头的受照剂量。②应用V20 Gy、V30 Gy、V40 Gy、V50 Gy评价小肠、膀胱受相应剂量照射的体积。③应用V20 Gy、V30 Gy、V40 Gy评价双侧股骨头受相应剂量照射的体积。④应用V5 Gy、V10 Gy、V15 Gy、V20 Gy、V30 Gy评价正常组织低剂量体积(B-P)。

1.4.3 治疗相关指标 ①机器跳数(MU);②治疗时间(TT)。

1.5 统计学方法 应用SPSS19.0统计学软件进行数据的组间比较配对t检验。

2 结 果

2.1 靶区的剂量参数 PTV的Dmean、V95 Gy、V105 Gy、HI 10MV均优于6 MV(P<0.05)；10 MV的CI与6 MV的相似(P>0.05)。见表1。

2.2 危及器官和正常组织低剂量区剂量参数 小肠Dmean、D5%、V40 Gy10 MV低于6 MV(P<0.05)，其V20 Gy、V30 Gy、V50 Gy10 MV和6 MV的差异无统计学意义(P>0.05)；10 MV中除了膀胱的D5%比6 MV低之外(P<0.05)，其余参数均无统计学意义；双侧股骨头两组间的差异无统计学意义(P>0.05)；相对于10 MV来说，B-P的V5 Gy略高于6 MV，V10 Gy、V15 Gy、V20 Gy较6MV低(P<0.05)，其V30 Gy二者间相似(P>0.05)。见表2。

表1 两种计划PTV剂量参数的比较±s)

与6MV VMAT比较：1)P<0.01，2)P<0.05;下表同

表2 两种计划危及器官和正常组织低剂量区的参数比较±s)

2.3 MU和TT的参数 MU：10 MV(427±53)较6 MV(365±21)增加了17%(P<0.05)；TT：10 MV〔(72±6)s〕较6 MV〔(67±3)s〕增加了7%(P<0.05)。

3 讨 论

为提高手术治疗的近期和远期效果，术前同步放化疗已经成为局部进展期直肠癌的标准治疗方案。但放疗对盆腔脏器造成的毒副作用，尤其是晚期损伤，严重影响患者的生活质量〔7〕。术前放疗因小肠位置较高，受照体积减少，可减轻急性和晚期放射性肠炎的发生〔8〕。所以在保证靶区剂量的同时尽量降低危及器官小肠、膀胱、股骨头等剂量是放射治疗应用于直肠癌患者时应该着重考虑的问题。在三维适形放疗技术基础上发展起来的IMRT能有效提高靶区的剂量分布，保护靶区周围的危及器官，但实际治疗时间较长，增大了治疗中不确定因素的影响，进而降低治疗精度〔9〕。而VMAT是在动态调强的基础上加入了旋转治疗技术，在保证靶区剂量的同时，更好地保护了危及器官及缩短治疗时间〔10〕。Antonella等〔11〕比较了VMAT和3D-CRT在直肠癌术前放疗的剂量学特点，结果表明VMAT比以往放疗技术具有一定的剂量学优势，而且显示出“快、准、优”的特点。亦有研究表明，VMAT可减少正常组织剂量，提供较好的靶区覆盖率，同时能减少治疗时间，达到与IMRT技术相当或更好的效果〔12，13〕。6 MV X线对于体内深部器官如直肠，可能导致靶区剂量覆盖不足，并且增加浅表器官组织的放射剂量，从X线的剂量学特性解释，10 MV X线的表面剂量低于6 MV X线，其最大剂量深度也随之增加，因此10 MV X线在治疗较深部肿瘤放疗中比低能X射线更具优势。但是10 MV以上高能医用电子直线加速器产生的X线，会与加速器的治疗机头中靶、准直器和限束系统的多种高原子序数材料的原子核发生反应，产生中子辐射和感生放射性核素，对患者、工作人员及环境造成潜在的长期危害。

本文结果表明对于体内深部肿瘤，10 MV X射线比6 MV X射线有更强的穿透力，能够提高靶区剂量均匀性。直肠癌放化疗期间的主要毒性为急性小肠不良反应，其与低剂量照射的小肠体积明显相关〔14，15〕，本研究中小肠的Dmean、D5%、V40 Gy10 MV较6 MV降低，但其低剂量区的照射体积(V20 Gy、V30 Gy)二者间的差异无统计学意义。膀胱的高剂量区(D5%)10 MV比6 MV减少，从而增加了降低放射性膀胱炎的发生概率〔16〕。双侧股骨头二者间无明显差异。MU数的增多意味着低剂量区增加，这与本研究中B-P的V5 Gy10 MV略高于6 MV相符，增加了二次恶性肿瘤的潜在可能性〔17〕。

综上所述，在单弧VMAT技术应用于直肠癌术前放疗中，从剂量学角度而言10 MV相对于6 MV能够实现更优的靶区剂量分布和均匀性，同时一定程度上保护了直肠周围的正常组织器官如小肠、膀胱，但10 MV高能X射线导致二次致癌的概率更高，其产生的中子辐射污染和感生放射性核素亦不利于患者和工作人员，其最终的能量选择应由临床医生综合考虑治疗适应证、合理应用医疗资源及辐射防护问题等多种因素而定。对于其远期生存率，有待进一步临床资料验证。

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〔2015-09-17修回〕

(编辑 苑云杰/曹梦园)

汕头大学医学院临床科研提升计划资助(201424)

陈创珍(1973-)，女，主任医师，硕士生导师，主要从事肿瘤基础与临床研究。

张武哲(1980-)，男，高级工程师，放射物理师，主要从事治疗计划设计与质量控制研究。

R735.3

A

1005-9202(2017)04-0951-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.04.076