宫颈癌螺旋断层和容积旋转调强治疗剂量学研究

潘林飞+++王彬冰+++单国平+++陈维军+++杨双燕+++袁淑惠

[摘要] 目的 评估螺旋断层放射治疗（TOMO）和容积旋转调强（VMAT）对于宫颈癌剂量学的影响。 方法 选取2015年5月～2016年2月在浙江省肿瘤医院治疗的20例宫颈癌患者，分别应用TOMO和VMAT两种照射技术，比较两种照射技术之间的靶区和危及器官之间的剂量学参数、有效治疗时间以及治疗跳数。 结果 应用TOMO治疗技术患者，肿瘤靶区的适形指数为（0.895±0.013），均匀性指数为（0.051±0.010），均优于应用VMAT[（0.860±0.021）、（0.079±0.010）]（P < 0.01）。对于正常组织，TOMO同样具有剂量学优势，但是TOMO所需要的平均治疗时间为（548±44）s，远大于VMAT所需要的平均时间[（136±5）s]（P < 0.01）；同时，TOMO需要更多的治疗跳数（7862±647），而应用VMAT的平均治疗跳数为（533±27），差异有高度统计学意义（P < 0.01）。 结论 TOMO技术能获得更好的靶区适形性和均匀性以及对正常组织的保护，但是实施TOMO技术的有效治疗时间和治疗跳数多于VMAT技术。

[关键词] 宫颈癌；螺旋断层放射治疗；容积旋转调强；剂量学

[中图分类号] R737.31 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2017）04（b）-0095-04

[Abstract] Objective To investigate the influence of helical tomotherapy （TOMO） and volumetric modulated arc therapy （VMAT） on the dosimetry of cervical cancer. Methods Twenty cases of patients with cervical cancer treated in Zhejiang Cancer Hospital from May 2015 to February 2016 were selected， they were taken radiotherapy techniques of TOMO and VMAT respectively. The dosimetry parameters， effective deliver time and monitor unit of target region and organ at risk between two radiotherapy techniques were compared. Results For the patients applying TOMO technique， the conformity index was （0.895±0.013）， homogeneity index was （0.051±0.010）， which were all better than those applying VMAT [（0.860±0.021）， （0.079±0.010）] （P < 0.01）. For normal tissue， TOMO also has dosimetry advantage. However， the average delivery time of TOMO was （548±44） s， which was significantly longer than that of VMAT [（136±5） s] （P < 0.01）； at the same time， TOMO needed more monitor unit （7862±647）， while the average monitor unit of VMAT was （533±27）， the difference was highly statistically significant （P < 0.01）. Conclusion TOMO technique can obtain better conformity and homogeneity of target region and protection for the normal tissue， but the effective deliver time and monitor unit of performing TOMO are more than those of VMAT.

[Key words] Cervical cancer； Helical tomotherapy； Volumetric modulated arc therapy； Dosimetry

宮颈癌是现代妇女较为常见的恶性肿瘤，放射治疗是宫颈癌的主要治疗方式之一。随着技术的发展，放射治疗已经从固定射野调强放疗技术发展成旋转调强的照射方式，如容积旋转调强（volumetric modulated arc therapy，VMAT）、螺旋断层放射治疗（helical tomotherapy，TOMO）等[1-4]。与传统的固定野调强技术相比，弧形调强放射治疗技术使用的射野方向自由度高，从而更有利于保护正常组织受照剂量，同时也能保证肿瘤靶区产生较高的剂量适形度。TOMO和VMAT是两种不同的弧形调强放射治疗，由于两者的治疗技术实行方式不同，因此产生的剂量学结果存在差异。已有较多文献报道了两种放疗技术分别和固定野放疗技术剂量学的比较研究[5-7]，但是对于TOMO和VMAT两者之间直接剂量学的比较较少，关于宫颈癌的文献仅有零星报道[8-9]。本研究比较和分析了20例宫颈癌患者TOMO和VMAT之间的剂量学差异以及治疗跳数（monitor unit，MU）和治疗时间（deliver time，DT）。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2015年5月～2016年2月在浙江省肿瘤医院治疗的Ⅲ、Ⅳ期宫颈癌晚期放射治疗患者20例，年龄28～56岁，中位年龄45岁，患者都是广泛子宫切除，并行腹膜淋巴结清扫。

1.2 方法

1.2.1 CT模拟定位 CT扫描前1 h患者排空膀胱，口服800 mL水（含20 mL浓度为76%的泛影葡胺），憋尿充盈膀胱。患者取仰卧位躺在腹部体罩固定板上，双手抱头置于额前。采用熱塑体膜固定体位，在人体的两侧和体前的激光灯十字线处分别放置铅珠。由GE high-speed 80 cm CT模拟机扫描获取患者的影像数据，扫描的范围：上界至胸12下缘，下界至闭孔下缘，层厚5 mm。

1.2.2 靶区和危及器官的勾画 通过RayStation V4.5.1.14治疗计划系统接收患者CT图像，根据ICRU 50、62号文件逐层勾画临床靶体积（clinical target volume，CTV）、计划靶体积（planning target volume，PTV）、危及器官（organ at risk，OAR）。对于宫颈癌晚期患者的CTV包括阴道及残端、阴道旁软组织、盆腔淋巴引流区域（包括髂总、髂外、髂内、闭孔及髂前淋巴结区）、腹主动脉旁淋巴引流区。PTV在CTV的基础上外放0.7～2.0 cm。OAR包括直肠、膀胱、骨髓、肠袋、脊髓、肾脏。

1.2.3 靶区处方剂量和危及器官的限量 处方剂量：PTV 46.8 Gy/26次，1次/d，5次/周。危及器官剂量限制：膀胱D2cc≤50 Gy，直肠D2cc≤50 Gy，骨髓Ⅴ10≤90%且Ⅴ20≤75%，肠袋V46.8≤195cc，左肾和右肾均为Ⅴ12.5≤50%且Ⅴ22.5≤30%，脊髓Dmax≤40 Gy。

1.2.4 治疗计划设计 VMAT采用双弧旋转照射（178°到182°和182°到178°），由RayStation V4.5.1.14治疗计划系统计算并优化而来。TOMO采用360°螺旋照射，结合初始优化参数（射野宽度为2.5 cm，调制因子2.2～2.3，螺距0.287）由TomoHTMV2.0.5逆向治疗计划系统计算并优化而来。

1.2.5 评估方法 两种不同的治疗计划对靶区和OAR的评价参数如下：①靶区。PTV根据ICRU 83号报告，采用接近最大剂量D1、D2，接近最小剂量D98、D99，平均剂量Dmean，靶区的处方剂量覆盖D95，靶区的均匀性指数（homogeneity index，HI）=（D2-D98）/D95，D2、D95、D98分别表示2%、95%、98%的靶体积接受的剂量，HI值越接近0，表示靶区剂量梯度陡直，均匀性越好。适形指数（conformity index，CI）=（VT，ref×VT，ref）/（VT×Vref）。VT为靶区的体积，VT，ref为处方剂量等剂量线面所包绕的靶区体积，Vref为处方剂量等剂量线面所包绕的所有区域的体积。CI取值在0～1，越靠近1说明靶区适形性越好。②OAR。直肠统计D2cc（Gy）、D1cc（Gy）、V30（%）、V40（%）、V45（%）；膀胱统计了D2cc（Gy）、D1cc（Gy）、V40（%）、V45（%）；骨髓统计了V10（%）、V20（%）、V30（%）、V40（%）；肠袋统计了V10（%）、V20（%）、V30（%）、V40（%）、V46.8（cc）；肾脏统计了V12.5（%）、V22.5（%）、Dmean（Gy）；脊髓统计了Dmax（Gy）。

1.2.6 MU和DT MU为评估两种治疗计划的所有MU。DT为加速器上执行跳数的时间（不包括摆位时间）。

1.3 统计学方法

应用SPSS 13.0软件对结果进行统计分析，计量资料以均数±标准差（x±s）表示，采用配对t检验，以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 靶区剂量比较

本研究显示，TOMO和VMAT两种治疗技术对应的放射治疗计划对靶区的覆盖均能满足临床需求，图1（封四）和表1所示TOMO计划对于D1、D2和Dmean较VMAT计划低，差异有高度统计学意义（P < 0.01）；D98和D99较VMAT较高，差异有统计学意义（P < 0.05、P < 0.01）。TOMO计划和VMAT计划的CI分别为（0.895±0.013）和（0.860±0.021），TOMO计划的CI值更接近1，适形度优于VMAT，差异有高度统计学意义（P < 0.01）；TOMO和VMAT的HI分别为（0.051±0.010）和（0.079±0.010），TOMO计划的HI更接近0，差异有高度统计学意义（P < 0.01）。两种治疗计划的D95比较差异无统计学意义（P > 0.05）。

2.2 OAR剂量学比较

如表2和图1（封四）所示，对于OAR的比较，直肠除了V45差异无统计学意义（P > 0.05）外，D1cc、D2cc、V30、V40差异均有统计学意义（P < 0.01或P < 0.05），TOMO均比VMAT有不同程度的减少。膀胱除了V45差异无统计学意义（P > 0.05），D1cc、D2cc、V40 TOMO均比VMAT低，差异均有高度统计学意义（P < 0.01）。骨髓V10、V20、V30、V40 TOMO比VMAT低，差异均有高度统计学意义（P < 0.01）。脊髓Dmax TOMO比VMAT低，差异有高度统计学意义（P < 0.01）。肾脏左肾和右肾差异均无统计学意义（P > 0.05）。肠袋除了V10和V46.8外，V20、V30、V40 TOMO均比VMAT低，差异均有统计学意义（P < 0.01或P < 0.05）。

2.3 DT和MU比较

TOMO计划的平均MU较VMAT计划的平均MU明显增多，差异有高度统计学意义（P < 0.01）；TOMO的DT较VMAT明显延长，差异有高度统计学意义（P < 0.01）。见表3。

3 讨论

宫颈癌晚期患者的靶区体积较大，且沿人体纵轴方向形状变化范围较大。与VMAT相比，TOMO加速器改变了多叶准直器（multileaf collimator，MLC）的设计，使得加速器能产生强度分布更复杂的射野，既可以确保靶区剂量的均匀性，又可以实现射线路径避开需要保护的OAR，同时可以治疗多个靶区，并且再治疗时已经治疗过的区域及OAR可以得到准确的避让[10]。本研究结果显示，两种治疗计划的靶区处方剂量覆蓋D95相似。比较PTV各项参数，靶区近似最大剂量（D1，D2）和平均剂量（Dmean）TOMO均比VMAT低，分别低了1.13、1.14、0.74 Gy，靶区的近似最大剂量D98和D99 TOMO比VMAT高，分别高了0.33、0.59 Gy，表明TOMO可以降低靶区的高剂量体积，同时尽可能地保证靶区接受的近似最小剂量接近处方剂量，TOMO可以使靶区的剂量梯度更加陡直；TOMO计划的CI和HI较VMAT计划，分别提高了4%和35%，表明TOMO具有更好的适形性和均匀性。

TOMO对于OAR的保护也有明显的优势。直肠、膀胱是一种混合型的OAR，由并联单位和串联单位构成，它的放射耐受性与百分体积剂量相关，同时与局部最高剂量也相关。本研究中直肠、膀胱的D1cc和D2cc，TOMO分别比VMAT低了0.93、0.76 Gy和0.54、0.48 Gy，直肠V30、V40 TOMO分别比VMAT降低了5%、13%，膀胱V40 TOMO比VMAT降低了11%。较VMAT计划，TOMO计划明显降低直肠、膀胱的受照剂量，减少急性膀胱炎[11]和直肠出血[12]等的放射性损伤风险。骨髓是并行器官，属于晚反应组织，据相关研究报道称骨髓抑制的发生与10、20、40 Gy的受照体积成正相关，且在同步放化疗中10、20、30 Gy的受照体积分别低于90%、76%、40%，对于骨髓抑制的发生可明显降低[13-14]。本研究中，骨髓V10、V20、V30、V40 TOMO分别比VMAT降低了10%、18%、21.5%、16.8%，是本研究中OAR优势最为明显的正常组织，TOMO可明显较少骨髓的受照体积，从而降低在放射治疗中发生骨髓抑制的概率。脊髓属于串行器官，脊髓最大剂量TOMO比VMAT低了5.8 Gy。肠袋包括小肠和乙状结肠，它的放射毒性发生率与受照体积相关[15]，V20、V30、V40 TOMO比VMAT降低了7.8%、8%、9%，TOMO可以降低小肠和乙状结肠的毒副作用。

有效DT的长短直接影响着患者治疗的舒适度，另外也会增加治疗中的不确定因素，如患者的器官移动，患者本身因不舒适而造成的移动等。本研究中DT和MU上TOMO计划分别是VMAT计划的4倍和14倍。与Tsai等[5]报道一致，TOMO比VMAT的DT长（3.8 min比2.6 min）且MU多（3368比309）。

4 结论

VMAT和TOMO都属于旋转治疗，可以360°任意角度治疗，不受角度限制，但两者治疗技术实行方式不同，一个是可以在常规加速器上开展的容积旋转调强，一个是只能在Helical TOMOtherapy上开展的螺旋断层调强。较常规加速器的普通MLC，Helical TOMOtherapy配备的是独特的二元气动MLC，基于此种技术结构优势，使得TOMO在剂量分布上更具优势，对于肿瘤靶区形状、大小等更为灵活。

本研究发现两种技术的治疗计划在满足临床要求的前提下，靶区在CI和HI方面，TOMO有明显的优势；在OAR保护方面，TOMO也有很大优势，其中优势最大的是股骨头，其次是脊髓，另外膀胱V40和直肠V40以及肠袋也有较大的优势。在DT和MU方面，TOMO明显大于VMAT，治疗效率及对射束的利用率不高。

TOMO在宫颈癌放射治疗中有明显的剂量学优势，除了治疗效率劣于VMAT。但是在实际治疗过程中，这种剂量学优势能否转化为肿瘤的控制率的提高，以及正常组织的毒副作用减轻，仍需进一步的临床研究，这将是下一步工作的重点与方向。

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（收稿日期：2017-01-02 本文編辑：张瑜杰）