容积旋转调强放射治疗在直肠癌患者中的应用

花威，张先稳，茅冬俊，陈婷婷(通信作者)

江苏省苏北人民医院肿瘤科 (江苏扬州 225001)

近年来，我国直肠癌的发病率呈不断升高的趋势，主要发病原因可能与人们生活水平的提高及饮食和行为习惯的改变相关[1]。目前，手术仍是治疗直肠癌患者的主要方式，而放射治疗主要用于新辅助和辅助治疗前[2]。容积旋转调强放射治疗(volumetric modulated arc therapy，VMAT)作为一种较先进的放射治疗技术，具有高效、快捷的特点。其在各类恶性肿瘤放射治疗中的应用中均已有报道，且相关研究表明，与传统调强技术相比，VMAT具有更好的靶区适形度和均匀性，能够缩短治疗时间，减少危及器官的受量[3-5]。VMAT在直肠癌放射治疗中的报道多局限于放射治疗计划中的剂量学比较，罕见计划验证方面的分析。基于此，本研究将从治疗计划系统(treatment planning system，TPS)计划值和COMPASS系统验证结果来探讨VMAT在直肠癌中的应用效果，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析2019年11月至2020年12月于我院行放射治疗的10例直肠癌患者的临床资料，其中男7例，女3例；年龄41～69岁，中位年龄58岁；临床分期为Ⅲ期，疾病类型为腺癌。本研究经医院医学伦理委员会审核批准。

1.2 仪器设备

美国VARIAN IX直线加速器，Eclipse13.5治疗计划系统；美国GE公司大孔径CT；比利时IBA公司COMPASS三维剂量验证系统；德国PTW公司UNIDOSE型剂量仪，有效测量体积为0.6 cm3的指形电离室。

1.3 CT定位及靶区勾画

患者取仰卧位，采用真空垫行体位固定，中心设置在大体肿瘤几何中心，并利用激光线画体表标记线；同体位下，采用GE大孔径CT行增强扫描[经肘正中静脉高压注射80 ml碘海醇注射液(扬子江药业集团有限公司，批准文号 国药准字H10970358，规格 按碘计100 ml︰30 g)，速率为2.5ml/s]，设置层厚为5 mm，扫描上界为第2腰椎，下界为坐骨结节下8 cm，扫描后将CT图像传输到Eclipse13.5治疗计划系统进行三维图像重建。

定位后，由放射治疗科医师勾画靶区，大体肿瘤区(gross tumor volume，GTV)为CT影像所见直肠原发肿瘤和局部转移淋巴结区域；临床靶区(clinical target volume，CTV)包括直肠肿瘤及局部可能发生淋巴结转移的区域，直肠肿瘤上下界各扩4 cm或下界至肛门口，上界达第5腰椎下缘，淋巴引流或可能侵及的部位包括骶骨前、直肠上动脉周围、髂血管周围区域、闭孔区及部分精囊腺、前列腺或子宫和膀胱后壁1/3；计划靶区(planning target volume，PTV)为受患者体位变化、器官移动等因素的影响，在CTV基础上各方向扩展5～7 mm的区域。膀胱、小肠、股骨头等结构则被定义为危及器官(organs at risk，OARs)。

1.4 计划设计与验证

采用15 MV X线，设计单弧VMAT计划，以逆时针旋转，起始角度为179°、终止角度为181°、机头转角为15°、治疗床转角为0°、最大剂量率为600 MU/min，采用各向异性分析算法，以及等中心照射方式。PTV处方剂量DT为5 000 cGy/25 F/5 W。计划优化目标：PTV小于107%的处方剂量，最小剂量大于95%的处方剂量；小肠30%的体积受照剂量D30%<3 000 cGy，最大受照剂量Dmax≤4 500 cGy；膀胱D50%<4 000 cGy；股骨头D5%<4 500 cGy。

利用VMAT计划生成质量保证(quality assurance，QA)计划，其剂量验证分为两部分：利用指形电离室验证测量等中心绝对剂量，以及利用COMPASS系统验证相对剂量[6]。Gamma分析中的约束限制：相对剂量偏差3、距离偏差3 mm，以γ<1为通过。验证值与计划值的比较：两者差异[7]PD=100%×(Dcal-Dn)/Dn，其中，PD为差异百分比，单位为%；Dn为利用COMPASS系统测量的剂量，单位为cGy；Dcal为Eclipse13.5治疗计划系统计算的剂量，单位为cGy。

1.5 计划评估

2 结果

2.1 等中心绝对剂量、γ通过率

利用指形电离室测量计划等中心绝对剂量，发现其准确率达(99.12±0.73)%；利用COMPASS系统分析PTV和OARs的γ通过率，发现PTV的γ通过率达95%以上，OARs的γ通过率达96%以上，见表1。

表1 靶区和OARs的γ通过率

2.2 靶区和OARs的各指标评估结果

PTV的HI、CI分别为(1.06±0.03)、(0.90±0.05)，均匀性和适形度均较好，V95%为(97.93±1.21)%，剂量验证结果显示，PTV各评价指标差异在4.3%以内；OARs的评估参数均满足放射治疗临床剂量学要求，其中，膀胱和小肠的V40仅为(20.31±4.23)%和(7.81±3.15)%，低剂量区范围较高，V20为(92.22±4.33)%和(51.24±4.41)%，Dmean分别为(2 772.54±235.82)cGy和(2 425.75±176.72)cGy，小肠的Dmax稍高，为(4 567.44±156.43)cGy，股骨头D5%也在4 000 cGy以内，剂量验证结果显示，膀胱、小肠、股骨头的各指标差异在4.4%以内，见表2。

表2 靶区和OARs的各指标评估结果

3 讨论

放射治疗包括外照射和内照射，目前，临床对直肠癌的放射治疗主要为外照射，其能够降低直肠癌局部复发率，提高局部控制率，是治疗直肠癌患者的主要手段之一。外照射无论是在直肠癌术前、术后，还是晚期姑息治疗中均具有重要的意义。但在采用外照射实施放射治疗时，可能会对盆腔脏器造成放射性损伤，导致患者出现腹泻、腹痛、直肠出血等症状，影响生命质量，严重时甚至导致患者死亡，例如，小肠受射线照射的剂量和体积对急性放射性肠炎的发生具有重要影响。直肠癌靶区形状相对规则，剂量梯度变化相对较小，在靶区的剂量分布和对小肠、膀胱、股骨头的受量保护方面，调强技术即可实现。但采用常规调强技术实施治疗的时间较长，且治疗过程中易发生不确定因素，会对治疗精度造成影响。近年来，VMAT技术因其“快、准、优”的特点被广泛用于临床放射治疗中。Yadav等[3]、Zhang等[4]、张矛等[10]的研究报道，VMAT在宫颈癌、食管癌、鼻咽癌中可达到或优于调强放射治疗(intensity-modulated radiotherapy，IMRT)的靶区剂量分布，在一定程度上减少OARs的受照剂量，且出束时间较短。VMAT在直肠癌放射治疗中的研究也有类似报道[11-12]，但其受限于不同放射治疗计划的剂量学比较。在IMRT计划中，由于剂量梯度变化大、多叶光栅动态运动，可能会导致较大的计算误差。精确放射治疗时代要求IMRT计划实施前均需进行剂量验证，待满足剂量要求后方可实施。因此，VMAT是否适用于直肠癌放射治疗需要剂量验证研究的支持。

VMAT是在加速器机架旋转过程中，通过多叶光栅连续运动产生一系列子野，并通过剂量率改变、机架旋转速度改变，从而形成可变束流来完成的一种IMRT方式，因此，其具有动态调强和旋转照射的特点。在进行VMAT计划设计时可优化的条件较多，如机架旋转速度、弧旋转度数、机头角度、多叶光栅、剂量率等，这就对计划设计和验证提出了更严格的要求。COMPASS三维剂量验证系统是通过将二维电离室矩阵悬挂在机头上，随机头旋转保持相对位置不变，来实时探测射野的通量，过程中无角度依赖的问题，适用于VMAT计划的验证。COMPASS系统最重要的特点是可使用测量的照射野通量在患者CT图像上重建剂量分布，且充分计算组织的不均匀性，反映患者体内感兴趣区域的真实受照状况。其可呈现真实的剂量分布，向放射物理师和放射治疗医师提供剂量体积直方图及三维剂量评估的Gamma分析[13-15]。

自VMAT技术被应用以来，国内外许多研究显示其优于三维适形放射治疗，与传统IMRT相比，VMAT因具有旋转特性，布野自由度大，所以获得的靶区剂量分布趋向更加紧密，靶区的适形度更好，并能够降低与靶区相邻OARs的高剂量受照体积[3-7，10]。刘路等[11]的研究表明，VMAT计划的CI为0.92，优于固定野调强，膀胱和肠道的低剂量区受累体积减小，高剂量区无优势。Cilla等[16]的研究表明，在局部晚期直肠癌新辅助放射治疗中，相较于三维适形放射治疗，VMAT可明显降低小肠受量。殷麟等[12]的研究表明，VMAT计划的HI和CI明显优于IMRT计划，并可降低小肠的高剂量区受照体积，同时急性不良反应发生率及等级均较低。本研究结果显示，VMAT计划具有良好的剂量学分布， PTV的HI、CI分别为(1.06±0.03)、(0.90±0.05)，V95%为(97.93±1.21)%，同时OARs受照体积呈现出高剂量区低、低剂量区高的趋势，与上述研究报道相似。另外，肠道不良反应的发生受小肠受射线照射剂量和体积的影响较大，原因为，入射角度多，使剂量趋于分散，VMAT计划中小肠的Dmean明显降低，本研究结果显示，小肠的Dmean仅为(2 425.75±176.72)cGy。本研究通过COMPASS剂量验证所得靶区、膀胱、小肠、股骨头的各指标差异均在4.4%以内；此外，剂量验证还显示，等中心绝对剂量的准确率达(99.12±0.73)%，PTV的γ通过率达95%以上，OARs的γ通过率达96%以上，完全满足直肠癌放射治疗对辐射剂量学的要求。