两种容积旋转调强方法在局部晚期直肠癌术前放疗的剂量学比较

彭 倩，骆科林，谢 朝，曾 铭

(四川省医学科学院·四川省人民医院肿瘤中心，四川 成都 610072)

两种容积旋转调强方法在局部晚期直肠癌术前放疗的剂量学比较

彭 倩，骆科林，谢 朝，曾 铭

(四川省医学科学院·四川省人民医院肿瘤中心，四川 成都 610072)

目的研究不同容积旋转调强方法对局部晚期直肠癌术前短程放疗病例的剂量学影响。方法选择Ⅱ～Ⅲ期直肠癌病例16例，使用容积弧形调强放射治疗技术(RapidArc)对每个病例分别进行双全弧(FAAS)和双半弧(PA，150°～210°)的计划设计，比较两种计划下的靶区和危及器官各剂量参数以及总机器跳数(MU)。结果两种设计的计划靶区(PTV)接受2325 cGy的照射体积(V2325cGy)、最小剂量(Dmin)、最大剂量(Dmax)、靶区适形指数(CI)、靶区剂量均匀性指数(HI)差异有统计学意义(P< 0.05)；FAAS中大肠、膀胱、盆腔骨髓、左右股骨头的平均剂量(Dmean)较PA明显降低，差异有统计学意义(P< 0.05)；总机器MU差异有统计学意义(P< 0.05)；其余指标差异无统计学意义(P> 0.05)。结论在局部晚期直肠癌接受术前短程放疗RapidArc计划设计时，选择FAAS可以保证靶区剂量的适形度和均匀性，减少危及器官的受量，降低总MU输出。

容积旋转调强放疗；放疗剂量；直肠癌；术前放疗

结直肠癌在全世界常见恶性肿瘤中位居第三，且近年来在我国发病率有逐渐上升趋势[1]。目前，术前放射治疗为Ⅱ、Ⅲ期直肠癌患者的标准治疗模式[2，3]。直肠癌术前短程放疗是指术前照射总剂量2500 cGy，每天1次，每次500 cGy，共照射5次。近期研究表明，短程放疗联合化疗延长了cT3或cT4直肠癌患者的总生存时间、降低了急性毒性反应[4]。近年来，容积弧形调强放射治疗技术(RapidArc)已逐步应用于盆腔肿瘤的放射治疗[5，6]。研究显示，与三维适形和调强放射治疗相比，RapidArc在靶区剂量分布、保护危及器官、减少照射时间等方面都更具优势[7]。目前，计划者往往根据经验设计RapidArc方案，造成了不同医疗机构间计划设计的差异。本研究旨在通过RapidArc联合无均整滤过射线(FFF)束技术进行计划设计，根据不同参数的比较，寻找均衡、稳定的设计方案，以指导临床应用。

1 资料与方法

1.1一般资料选取本院肿瘤中心2015年12月至2016年6月经病理学检查证实的直肠癌患者16例，其中男10例，女6例，年龄42～78岁(中位年龄57.5岁)，肿瘤距肛缘长度3～9 cm(中位数4.95 cm)，所有患者ECOG评分均≤2分，无放疗禁忌症。根据UICC 2010 TNM分期标准，患者临床分期均为Ⅱ～Ⅲ期，其中cT3患者12例，cT4患者4例。

1.2方法所有患者均签署接受放射治疗的知情同意书，对每例患者分别进行FAAS和PA计划设计。扫描前患者充盈膀胱，扫描时取俯卧位，以Belly-board联合热塑体模固定，在Siemens Somation CT定位机下行CT增强扫描。扫描范围从膈顶至坐骨结节下2 cm，层厚3 mm。

靶区勾画参考国际辐射单位与测量委员会(ICRU)62号文件报告[8]及Nancy等[9]建议，临床靶区(CTV)包括大体肿瘤体积、骶前、完整的直肠及直肠系膜、髂淋巴结引流区。cT3 期包括左、右侧髂内淋巴引流区；cT4期包括浸润的邻近器官处肿瘤外2 cm范围和左、右侧髂外淋巴引流区。上界通常位于L5上缘，下界为盆底。计划靶区(PTV)由计划系统生成，定义为CTV边界在三维方向上外扩0.5～1 cm。危及器官包括：膀胱、大肠(除直肠外所有影像可见大肠)、小肠(所有影像可见小肠)、骨盆骨髓(包括骨窗上骶骨、髂骨、坐骨及耻骨的低密度区)、左右股骨头(包括股骨头及股骨颈)。

1.3治疗计划设计应用Eclipse 10.0(美国Varian公司)治疗计划系统进行RapidArc计划设计，在TrueBeam加速器(美国Varian公司)上进行模拟，多叶准直器带有60对叶片。采用6 MV光子束，FFF模式，最大剂量率为1400 MU/min。每个患者分别进行了双全弧(FAAS)和双半弧(PA，150°～210°)计划设计，见图1。每组计划使用的剂量限值和优化条件均不变，处方剂量2500 cGy/5次，要求95%PTV达到处方剂量。危及器官剂量限值参考AAPM任务组101号报告[10]。

图1 全弧和半弧计划设计示意图 a： FAAS；b：PA

1.4观察指标用剂量-体积直方(DVH)图对PTV剂量参数以及剂量分布的适形度和均匀性进行比较。①PTV的剂量参数：93%、105%、110%处方剂量的照射体积分别表示为V2325cGy、V2625cGy、V2750cGy；靶体积最小、最大、平均剂量分别表示为Dmin、Dmax、Dmean[11]；②剂量分布的适形度和均匀性分别以适形指数(CI)、均匀性指数(HI)表示。CI=VT.ref/VT× VT.ref/Vref，其中VT.ref为接受处方剂量的PTV体积，VT为PTV体积，Vref为接受处方剂量的所有区域体积，CI取值为0～1，越接近于1说明靶区适形度越好。HI=(D2-D98)/D50，HI值越大说明剂量分布越不均匀。危及器官参数分别以V500cGy、V1000cGy、V1500cGy、V2000cGy、Dmin、Dmax、Dmean表示。加速器总跳数以MU计量。

1.5统计学方法数据采用SPSS 20.0进行统计学分析。符合正态分布的数据以均数±标准差表示，组间比较采用配对t检验，数据；非正态分布数据以中位数(25%～75%)表示，组间比较采用Wilcoxon符号秩检验。P< 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1PTV参数指标FAAS计划条件下时，患者PTV的V2325cGy明显大于PA，且 Dmin剂量较大、Dmax剂量较小，差异有统计学意义(P< 0.05)，见表1；两种计划PTV V2625cGy、V2750cGy及Dmean差异无统计学意义(P> 0.05)。FAAS计划PTV的CI值较大，HI值较小，较PA计划具有更好的适形度及剂量均匀性(P< 0.05)，如图2。

表1 两种容积旋转调强方法患者靶区受照射剂量比较

图2 1例直肠癌患者的两种治疗计划的横断面分布 a：FAAS；b：PA

2.2大肠相关参数指标所有计划都满足大肠Dmax<3800cGy的剂量限制。FAAS计划中，大肠的V500cGy、V1000cGy、V1500cGy均较PA计划显著减小(P< 0.05)；且Dmin及Dmean也较PA计划明显降低(P< 0.05)；Dmax差异无统计学意义(P> 0.05)，见表2。

2.3其余危及器官平均剂量比较PAAS计划膀胱Dmean较PA计划明显降低(P< 0.05)；两种计划小肠Dmean差异无统计学意义；PAAS的盆腔骨髓Dmean较PA剂量降低(P< 0.05)；与PA计划比较，PAAS计划中左右股骨头的平均剂量也明显减小(P< 0.05)。见表3。

表2 两种计划中患者大肠的各剂量学参数比较

表3 两种计划中患者危及器官的平均剂量比较

2.4两组加速器MU比较PAAS计划的平均MU为(1161.25±156.78)，PA计划的平均MU为(1770.50±257.37)，两组计划的MU比较，差异有统计学差异(P< 0.05)；其中，PAAS较PA计划平均MU减少了34.40%。见图3。

图3 1例直肠癌患者FAAS和PA计划的DVH图比较

3 讨论

目前，术前新辅助放化疗为局部晚期直肠癌的标准治疗。近年来研究表明，总剂量2500 cGy，共5次的短程术前放疗在疾病控制率和降低急性毒性反应等方面展现出了一定的优势[12]。国内的一些学者也在逐渐开展直肠癌术前短程放疗临床实验，但是关于直肠癌短程放射治疗计划的剂量学研究却鲜有报道。本研究着眼于RapidArc联合FFF技术在大分割放射治疗中的运用，对16例接受术前放疗的直肠癌患者分别进行FAAS和PA 计划设计，以指导肠癌患者短程放疗的运用。

本研究显示，对于局部晚期的直肠癌患者的术前RapidArc放疗计划，无论是FAAS还是PA计划均能满足临床靶区覆盖的要求，靶区剂量分布相似，但FAAS明显具有更好的靶区适形度和剂量均匀性。FAAS计划中大肠的V500cGy、V1000cGy、V1500cGy、Dmin、Dmean较PA计划明显降低，说明FAAS在肠道的保护上更具优势。本研究两种计划小肠的Dmean差异无统计学意义，考虑原因可能为勾画靶区时将大肠、小肠分别进行了定义，并且大肠和小肠的勾画范围包含了所有CT影像可见区域，FAAS保护肠道的优势主要体现在大肠的相关参数上。为了更精确评价危及器官的照射剂量，除膀胱、左右股骨头外，盆腔骨髓也纳入了勾画范围，结果显示，上述器官的Dmean均小于PA计划，说明FAAS方法能够更好的保护危及器官，降低其照射剂量。此外，本研究还分别进行了实施FAAS与PA计划所需加速器MU的统计分析。PAAS较PA计划平均MU减少了34.40%，这表明PAAS能显著减少加速器总跳数。

Yu等[11，13]在进行局部晚期直肠癌Tomotherapy与3D-CRT剂量学比较的研究中，进行了以下的剂量限制：膀胱Dmax< 2400 cGy、V1100cGy<50%；肠道Dmax<2500 cGy、V300cGy< 50%；股骨头Dmax<2000 cGy、V1500cGy< 50%。本研究进行了RapidArc的计划设计与优化，发现上述三个危及器官的Dmax均超出了Yu[11，13]研究的剂量限制，但其余指标都能满足。这可能与不同研究中靶区勾画范围密切相关，尤其是PTV覆盖膀胱和肠道的区域大小。根据直肠癌术前放疗靶区勾画的相关指南[9]，因考虑到膀胱及直肠的位置变化，要求CTV的勾画边缘至少包含膀胱内1～1.5 cm范围，这可能是本研究中膀胱剂量较高的重要原因。结合本研究的统计结果，我们认为AAPM 101号报告[10]中推荐的大分割照射下的危及器官剂量限制更具指导意义。此外，本研究仅进行了150°～210°的PA计划设计，且选取的病例数较少。不同角度的PA计划设计和大样本研究应进一步开展。

综上，本研究表明，局部晚期直肠癌患者接受术前RapidArc放射治疗能够较好的满足靶区和危及器官的剂量限制。在FFF模式下，FAAS与PA计划比较，具有更好的靶区适形度和剂量均匀性，降低了大肠、膀胱、盆腔骨髓、左右股骨头的平均照射剂量，并减少了加速器MU，提高了设备使用效率。

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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

国家重点研发计划课题(编号：2016YFC0105107)

曾 铭

R735.3；R454

A

1672-6170(2017)05-0040-04

2017-02-07；

2017-05-22)