宫颈癌患者四种容积旋转调强计划小肠的剂量学比较

郑莲容，黎桂华，朱志鹏（通信作者）

（广西医科大学第二附属医院放射治疗科 广西 南宁 530000）

宫颈癌是临床高发的妇科疾病之一，术后放疗是临床常见的治疗方法。近年随着放射治疗技术的发展，容积旋转调强技术（volumetric modulated arc therapy，VMAT）被广泛应用于宫颈癌治疗中。VMAT通过治疗中同时调控机架角度、多叶光栅叶片的形状和运动速度以及输出剂量率的方式大幅提高治疗效率。相比固定野调强（intensity modulated radio therapy，IMRT），VMAT技术具有靶区适形度高、机器跳数小与治疗时间短等优势[1]。宫颈癌靶区毗邻许多正常器官和组织，其中小肠对射线敏感度最高，其是盆腔放疗中最重要的剂量限制器官。相关研究发现，接受处方剂量为50 Gy的盆腔放射治疗后，急性或者慢性放射性肠炎并发症的发生率为2%～9%[2-4]。放射性肠炎的严重程度取决于小肠的受照体积和剂量[5-7]。如何减少在治疗过程中小肠的受照体积和剂量是近年的研究热点。本研究旨在探究一种新的VMAT优化方式减少宫颈癌放疗中小肠受照体积，为宫颈癌计划设计提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

随机选取广西医科大学第二附属医院2016年1月—2019年12月接受宫颈癌术后放疗的患者15例，经病理诊断为中/低分化鳞癌，无淋巴结转移且无放疗禁忌证，具有复发高危因素。2009年国际妇产科联盟（International Federation of Gynecology and Obstetrics，FIGO）临床分期均为ⅠA～ⅡB期；年龄36～68岁，中位年龄53岁。

1.2 方式

协助患者取仰卧位，平躺于真空垫上，嘱其双手抱肘置于前额，用体部热塑膜固定。定位前1 h嘱患者口服造影剂后憋尿以保证膀胱充盈。按照头脚方向扫描，扫描层厚为5 mm，采用飞利浦16排CT采集患者影像数据，通过网络传送到飞利浦Pinnacle治疗计划系统工作站上。

1.3 靶区危及器官勾画和剂量学限制

根据ICRU 62号报告宫颈癌术后盆腔临床靶体积（clinical target volume，CTV）包括阴道残端、阴道旁软组织和盆腔淋巴引流区域，盆腔淋巴结引流区根据血管走形确定，包括部分骼总和骼内、骼外、闭孔、骶前淋巴结等区域及周围组织，范围为上界达L4、L5、下界达闭孔下缘水平。对于危及器官仅勾画小肠、直肠、左右股骨头和膀胱，其中小肠包括造影剂显示的肠管及周围肠系膜组织，直肠上界为直肠乙状结肠交界处、下界为肛门，膀胱包括充盈状态下的全部膀胱。计划靶区（planning target volume，PTV）由CTV在三维方向上均外扩7 mm形成。处方剂量为50 Gy/25次。靶区要求95%的PTV体积最低受照剂量48.5 Gy，靶区PTV的最高受照剂量不超过54 Gy[8-9]。正常器官限量为：小肠V50＜2%、Dmax＜5 200 cGy；直肠V50＜30%；膀胱V50＜40%，股骨头V50＜5%。

1.4 治疗计划设计

采用瓦里安VitalBeam加速器6 MV X线，每个患者设计四种VMAT计划，所有计划都在飞利浦Pinnacle 9.10版本计划系统完成。第1个VMAT计划是全弧计划，用P1表示，由两个全弧构成，机架角度顺时针从181°旋转到179°再逆时针返回。第2个VMAT计划是全弧计划，用P2表示，与P1计划布野方式一样，在计划优化时增加扇形区域限制条件优化。第3个VMAT计划是部分弧计划，用P3表示，由4个小弧构成，机架角度顺时针从181°旋转到179°再逆时针返回，且机架在经过腹部方向90°角内（顺时针315°～45°或者逆时针45°～315°）加速器不出射线。第4个VMAT计划是部分弧计划，用P4表示，与P2计划布野方式一样，计划优化时增加扇形区域限制条件优化。其中扇形区域结构用sector表示，如图1所示，通过以下方式得到：以射野中心为中心，创建315°～45°的90°的扇形区域，以PTV的头脚方向多2 cm为上下界，减去皮肤内3 mm和PTV外扩8 mm区域。计划优化时对扇形区域设置3个限制条件为：①最大值为处方剂量的90%；②在不影响靶区的处方要求下，15 Gy的体积尽可能低；③在不影响靶区的处方要求下，30 Gy的体积尽可能低。

图1 辅助结构（sector）示意图

1.5 计划评估

基于Pinnacles计划系统生成的剂量体积直方图（dose-volume histogram，DVH）对四种VMAT计划进行比较。所有VMAT计划的PTV都归一到95%的PTV体积至少接受97%的处方剂量（即4 850 Gy）。PTV包括平均剂量（mean），靶区适形指数（conformity index，CI），均匀指数（homogeneity index，HI）以及危及器官的接受15 Gy、20 Gy、25 Gy、35 Gy、40 Gy、50 Gy 的体积百分比（V15、V20、V25、V35、V40、V50）。其中CI=Vt,ref/Vt×Vt,ref/Vref，Vt是靶区体积，Vref是参考等剂量线包绕的体积，Vt,ref是参考等剂量线包绕靶区的体积。HI=（D2-D98）/DP，D2和D98分别为2%和98%的PTV处方剂量，DP是处方剂量。

1.6 剂量验证

采用ArcCHECK模体和自带的分析软件对四种VMAT计划进行剂量验证。选用Gamma方法为比较方法，阈值标准选择3%，2 mm，10%。

1.7 统计学方法

采用SPSS 20.0软件进行统计学分析，计量资料采用均数±标准差（）表示，行t检验；四种VMAT计划各评估指标比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用LSD-t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 四种VMAT计划靶区剂量学比较

P4的靶区Dmean与P1和P2计划的差异有统计学意义（P＜0.05）；P4的HI与P1、P2和P3计划的差异有统计学意义（P＜0.05）。P4计划的靶区CI数值最小，但与其他计划比较差异均无统计学意义（P＞0.05）。见表1。

表1 四种VMAT计划靶区剂量学比较（）

表1 四种VMAT计划靶区剂量学比较（）

计划 Dmean/cGy HI CI P1 5 040.91±3.38 0.056±0.002 0.74±0.02 P2 5 042.00±2.52 0.058±0.002 0.74±0.01 P3 5 045.37±1.93 0.065±0.002 0.74±0.01 P4 5 049.81±1.36 0.075±0.002 0.71±0.01

2.2 四种VMAT计划小肠受照剂量学比较

小肠受量V15、V20、V30、V40在计划P1～P4之间逐渐减小，P4计划的V15、V20、V30、V40数值均最小。P4计划小肠的V15、V20、V30与P1计划的差异均有统计学意义（P=0.017、0.002、0.003）。四种VMAT计划的V10、V40、V50数值相近，差异无统计学意义（P＞0.05）。见表2。

表2 四种VMAT计划小肠剂量学比较（，%）

表2 四种VMAT计划小肠剂量学比较（，%）

计划 V10 V15 V20 P1 70.88±4.66 55.87±4.33 48.90±4.09 P2 69.94±4.89 48.30±4.07 39.86±3.41 P3 69.06±4.88 46.98±4.12 38.74±3.54 P4 68.04±4.61 41.61±3.92 32.12±3.39计划 V30 V40 V50 P1 29.33±2.97 15.29±2.11 0.25±0.06 P2 24.57±2.54 13.55±1.78 0.26±0.06 P3 23.43±2.44 13.34±1.81 0.27±0.06 P4 18.12±2.36 10.70±1.73 0.24±0.06

2.3 其他危及器官受照剂量学比较

四种VMAT计划之间的直肠和右股骨头的V20、V30、V40和V50数值相差不大，差异均无统计学意义（P＞0.05）。四种VMAT计划之间P4计划的膀胱V20数值最小，P1计划的数值最大，且P4计划膀胱V20分别与P1、P2及P3计划的差异有统计学意义（P=0.000、0.022、0.001）。P4计划膀胱V30的数值最小，P1计划的数值最大，且P4与P1、P4与P3、P1与P2计划之间的差异有统计学意义（P=0.001、0.015、0.026）。四种VMAT计划之间的V50数值相差不大，差异无统计学意义（P＞0.05）。四种VMAT计划之间的左股骨头V20、V50数值相差不大，差异无统计学意义（P＞0.05）。P4计划左股骨头V30的数值最大，P1计划的数值最小，且P4与P1、P1与P2及P1与P3计划之间的差异有统计学意义（P=0.001、0.004、0.048）。P4计划左股骨头V40的数值最大，P1计划的数值最小，且P4与P1计划之间的差异有统计学意义（P=0.030）。

2.4 剂量验证通过率比较

四种VMAT计划的剂量验证通过率的均值均＞99.5%，差异无统计学意义（P＞0.05）。见表3。

表3 四种计划剂量验证通过率均值比较（，%）

表3 四种计划剂量验证通过率均值比较（，%）

计划 P1 P2 P3 P4均值 99.80±0.1199.78±0.1399.77±0.1199.75±0.11

3 讨论

宫颈癌术后小肠易落入盆腔，且由于其活动度大使其解剖学位置不固定，这易导致宫颈癌患者在放疗过程中小肠受照剂量体积增大，增加患者发生放射性肠炎的风险。放射性肠炎的严重程度与小肠的受照剂量和体积密切相关[10-12]。NTCP模型研究发现，与胃肠毒性最相关的是小肠受照剂量V15和V45的体积[4,13]。相关研究回顾性分析急性肠毒性事件与小肠受照体积发现，当小肠的V15＜150 mL时，无患者发生三级急性肠毒性事件；而当V15≥150 mL且＜299 mL时，40%的患者发生二级以上的急性肠毒性事件[14]。有学者建议，将小肠的V15至少限制在130 mL以内，这至少能减少11%的三级急性肠毒性事件发生[15]。上述研究证明，限制小肠的低剂量区域受照体积（V15～45）能尽可能地减少放射性肠炎的发生。

本研究通过采用避免90°角度出束和增加扇形区域的优化条件设计四种VMAT计划。通过比较四种计划之间的剂量学分布发现，同时采用规避90°角度出束和增加扇形区域优化条件的P4计划能更有效地降低宫颈癌放疗中的小肠和膀胱受照剂量体积。本研究结果显示，四种VMAT计划的剂量分布均能满足靶区处方剂量的需求且均有较高的通过率。一方面，在保证四种计划之间的直肠V50和膀胱V50都无显著性差异的情况下，P4计划小肠的受照体积V15，V20，V30，V40比P1计划分别至少减少了14%，16%，11%，5%；且四种计划间的小肠的受照体积V50无显著性差异。这表明，P4计划能有效地减少小肠的低剂量受照体积，尽可能降低宫颈癌患者发生急性和慢性放射性肠炎的风险。另一方面，P4计划膀胱的受照体积V20和V30比P1计划分别至少减少了6%，9%。这表明，P4计划也能有效地减少膀胱的低剂量受照体积。这反映了普通双弧VMAT计划通过规避90°角度出束和增加扇形区域优化条件限制能有效地减小腹部方向的正常组织的受照剂量。虽然P4的靶区均匀性略低于其他三种计划，但四种计划间的适形度无明显差异。这是由于为了减少小肠受照剂量，P4计划增加条件限制，稍微影响了靶区的均匀性。从总体上来看，相比其他3种计划，P4计划在保证靶区满足处方剂量下最能降低小肠的受照剂量体积。

综上所述，P4计划能在满足临床处方剂量要求下，在保护小肠和膀胱方面更有优势，这为宫颈癌计划设计提供了一种新的计划设计思路。但本研究的计划设计方式是否能减少患者的放射性肠炎的发生率，需要未来长期随访观察。