宫颈癌术后七野固定调强放疗与容积旋转调强放疗计划剂量学对比研究

许新明，刘 琦，刘 颖，李秋娜，杨 健

(河北省沧州市人民医院放疗中心 061000)

宫颈癌在世界范围内是女性第四常见的癌症，占所有女性癌症死亡人数的7.5%[1-2]。在我国，宫颈癌是第二大女性特有恶性肿瘤，2015年我国宫颈癌新发与死亡病例数分别为9.89万例和3.05万例[3]。随着技术的发展，图像引导放射治疗(image-guided radiotherapy，IGRT)与容积旋转调强放射治疗(volumetric modulated arc therapy，VMAT)计划越来越多地应用到宫颈癌放射治疗(放疗)中，调强放疗(intensity-modulated radiation therapy，IMRT)计划能使处方剂量被“雕刻”的与靶区三维形状几乎一致，在临床中相比于三维适形放疗(3-dimensional conformal radiation therapy,3D-CRT)展现出巨大的优势，特别是处方剂量线的高度适形和危及器官的保护[4]。VMAT计划则是通过加速器机架连续旋转，利用多叶准直器动态调节，形成一系列子野并配合可变束流实现调强放射，从而提升加速器效率[5]，同样比3D-CRT有更强优势[6]。本研究通过分析IMRT和VMAT两种计划在宫颈癌中的剂量学参数差异，比较两种计划的特点，从而为临床放疗提供数据支持，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2018年1月至2019年12月收治的29例宫颈癌手术患者为研究对象。纳入标准：(1)年龄20～75岁；(2)卡氏功能状态(KPS)评分≥60分；(3)有明确的病理诊断。排除标准：(1)因严重心肺、肝肾、骨髓功能障碍无法耐受放疗者；(2)治疗过程中出现严重不良反应未能按计划完成放疗者；(3)定位CT未能包全所有危及器官者。研究对象年龄45～63岁，中位年龄54岁；手术方式为广泛子宫全切+双附件切除术+盆腔淋巴结清扫术；组织学分型：鳞癌27例，腺癌2例；国际妇产科协会(federation international of gynecology and obstetrics，FIGO)分期为Ⅰb～Ⅱa；术后存在盆腔淋巴结转移、宫颈深层浸润或脉管癌栓等高危因素。

1.2 方法

1.2.1定位方法

行盆腔CT定位前及每次治疗前1 h排空尿液，饮用500 mL水充盈膀胱。每日固定时间排便，以实现治疗重复性。定位时患者仰卧位，头垫B/C枕，双手抱肘于额前，采用体部低温热塑膜联合体板(华光普泰，HYX-UTS-CM)固定。应用CT模拟定位机(荷兰飞利浦，Brilliance16排螺旋CT)行模拟定位增强扫描，扫描范围为第1腰椎上缘到坐骨结节下5 cm，层厚3 mm，层间距3 mm。扫描图像由MOSAIQ网络传输至Monaco(瑞典医科达，V5.11.03)治疗计划系统，进行靶区勾画和治疗计划设计。

1.2.2靶区勾画

靶区的勾画参照国际辐射单位与测量委员会(international commission on radiation unit and measurement，ICRU)第50号和第62号补充报告中提出的标准。所有病例由同一位主治医师以上级别放疗医师勾画靶区，并有同一副主任医师以上审核，保证靶区勾画的准确性和同质化。临床靶体积(clinical target volume，CTV)为阴道残端及其下3 cm、阴道旁、宫旁软组织及(部分)双侧髂总、髂内、髂外、第3骶椎椎体以上骶前、闭孔淋巴引流区。计划靶体积(planning target volume，PTV)为CTV外放0.5 cm；危及器官为股骨头、直肠、膀胱、小肠及骨盆。

1.2.3处方剂量及计划要求

靶区处方剂量均为PTV 50 Gy/25 F，5 F/周。放疗计划要求靶区剂量分布满足PTV的D95%(95% PTV受照剂量，下同)≥50 Gy，且PTV以外不可出现>110%剂量热点。各危及器官剂量体积限定条件分别为：双侧股骨头V50<5%，直肠V40<50%、V50<30%，膀胱V40<50%、V50<20%，小肠V30<40%，骨盆V10<90%、V20<75%、V30<60%。

1.2.4治疗计划设计

放疗计划系统为Monaco5.11.03，射野选择6 MV X射线，小机头角度为0°，最大剂量率600 MU/min。为便于比较放疗计划射野角度优化函数设置完全相同。IMRT采用七野固定照射动态调强设计，角度分别为 179°、129°、78°、25°、231°、282°、333°，计算网格选择0.3 cm，射野最大控制点20个，最小子野宽度0.7 cm，调整铅门适形靶区并外扩0.5 cm。VMAT计划设计采用往返双弧，角度为逆时针旋转(counter-clockwise，CCW)179°～181°，顺时针旋转(clockwise，CW)181°～179°，计算网格选择0.3 cm，每个弧最大控制点120个，调整铅门适形靶区并外扩0.5 cm。所有放疗计划有同一位高年资物理师制作，使用Elekta直线加速器(瑞典医科达，Synergy)进行治疗。

1.2.5放疗计划评估

1.2.5.1靶区评估

比较PTV的最大剂量(Dmax)、最小剂量(Dmin)、平均剂量(Dmean)，D98%、D95%、D50%、D2%，V110%(PTV接受110%处方剂量的体积，下同)、V105%、V100%、V95%、V90%。评估靶区PTV的均匀性指数(homogeneity index，HI)和适形性指数(conformity index，CI)，HI=(D2%-D98%)/D50%[7]，CI=(VPTV，ref/VPTV)×(VPTV，ref/Vref)[8]。VPTV，ref为参考剂量覆盖的PTV，VPTV为PTV，Vref为参考剂量包绕的体积。HI值越接近0，均匀性越好；CI值越接近1，适形度越高。

1.2.5.2危及器官评估

比较股骨头的V50、Dmin、Dmax、Dmean，直肠的V30、V40、V45、V50、Dmin、Dmax、Dmean，膀胱的V20、V30、V40、V50、Dmean，小肠的V20、V30、Dmax，骨盆的V10、V20、V30、V40、V50、Dmean的受量。

1.2.5.3等剂量线及剂量体积直方图(dose-volume histogram，DVH)图比较

等剂量线的分布、对于靶体积的包裹程度及变化梯度，剂量曲线的跌落，高剂量区的拖尾及冷点和热点的分布。

1.2.5.4实施效率评估

比较两种计划实际照射的机器跳数(monitor unit，MU)及治疗时间。

1.3 统计学处理

2 结 果

2.1 靶区剂量学比较

所有入组患者PTV最大体积1 150.37 cm3，最小体积598.19 cm3，平均(824.67±133.44)cm3。两种计划均可满足计划剂量学分布要求，与IMRT计划比较，VMAT计划的Dmax、D2%、V110%更低，V100%更高，HI、CI更优(P<0.05)，见表1。

2.2 危及器官剂量学比较

双侧股骨头的VMAT计划V50、Dmax、Dmean低于IMRT计划(P<0.05)。直肠的VMAT计划V30、V40、V45、Dmin、Dmax、Dmean较IMRT计划低(P<0.05)。膀胱的VMAT计划V20、V30、V40、Dmean低于IMRT (P<0.05)。小肠的VMAT计划V20、V30、Dmax低于IMRT计划(P<0.05)。骨盆的VMAT计划V20、V30、V40、V50、Dmean低于IMRT (P<0.05)，见表2。

2.3 PTV和危及器官的截面剂量分布及DVH比较

从放疗计划等剂量线图和DVH图中可以看出VMAT计划的剂量线对于靶区的包裹更紧密，周围危及器官受量较IMRT计划更低，故其CI优于IMRT计划。VMAT计划中靶区内的冷点及危及器官上的热点均较IMRT计划少，PTV剂量跌落更陡峭，拖尾更短，提示其剂量均匀性更优，见图1、2。

表1 两种计划PTV剂量学比较(n=29)

表2 两种计划危及器官剂量学比较(n=29)

续表2 两种计划危及器官剂量学比较(n=29)

A：IMRT计划；B：VMAT计划。

红线：计划靶区；紫红线：左股骨头；紫线：右股骨头；青线：直肠；橄榄绿线：膀胱；棕褐线：小肠；蓝线：骨盆；实线：VMAT计划；虚线：IMRT计划。

2.4 两种计划实施效率比较

两种计划MU和治疗时间比较，差异有统计学意义(P<0.05)，见表3。

表3 两种计划实施效率比较

3 讨 论

IMRT计划是目前的主流放疗技术之一，在我国已得到广泛应用[9]。相较于3D-CRT，IMRT计划可在提高肿瘤组织照射剂量的同时降低正常组织受照剂量，但不降低肿瘤的局控率[10]。研究表明，在宫颈癌的放疗中，IMRT计划可以降低膀胱、直肠高剂量区域的剂量[11]和由此带来的毒副作用[12]。近年来，国内外越来越多的研究将VMAT计划应用于鼻咽癌、乳腺癌、肝癌等放疗计划，因其可实现在任何角度下对肿瘤进行旋转照射，生成高度适形的放疗计划，故较IMRT计划的剂量分布更具优势，可达到与IMRT计划相当或更优的治疗效果[13-15]。

杨东明等[16]对90例Ⅱb期以上宫颈癌患者分别做3D-CRT、IMRT和VMAT计划并进行剂量学对比，发现3D-CRT的PTV平均剂量、HI和CI明显低于IMRT和VMAT计划。而IMRT和VMAT计划之间的PTV平均剂量和HI无差异，IMRT的CI低于VMAT计划。NAGARAJAN等[17]研究头颈部肿瘤的放疗计划显示IMRT和VMAT计划的HI分别为0.035和0.058，CI分别为1.033和1.016，VMAT计划的D2%、D5%、D50%也高于IMRT计划。与上述研究略有差异，本研究显示Dmean及D50%两种计划无差异，但VMAT计划HI及CI优于IMRT计划，VMAT计划的Dmax、D2%、V110%低于IMRT计划，VMAT计划的V100%高于IMRT计划，差异有统计学意义(P<0.05)，以上结果提示虽然两种计划均可满足临床要求，但无论是在靶区的HI还是CI上VMAT计划均有优势，且靶区实际受量更贴近处方剂量。

在危及器官的保护方面VMAT计划也能体现出其优势。邓海军等[18]通过对七野均分IMRT计划和共面二弧VMAT计划在宫颈癌术后放疗中的比较和，显示二者对危及器官的保护差异较大，小肠V20、V30，膀胱V40，股骨头V20、V30和骨盆V20、V30均优于IMRT计划，所有危及器官的Dmax和Dmean(除直肠偏高外)也均有不同程度的降低，VMAT计划身体内15 Gy左右剂量覆盖的体积较小，IMRT计划15 Gy左右剂量覆盖的体积较大，两种治疗计划对整个骨盆受照射剂量分布影响最大的是髂骨和髋骨。杨勤等[19]研究显示在危及器官的保护上，VMAT计划略优于IMRT计划，特别是在小肠V20和左股骨头V20上有明显的优势，与IMRT计划比较，VMAT计划治疗时间缩短至2～4 min。李明等[20]研究表明双弧VMAT计划与5野IMRT计划比较，膀胱V40、V45、V50和小肠V20、股骨头、骨盆剂量前者优于后者。本研究显示，与IMRT计划比较，除左侧股骨头Dmin、直肠V50、膀胱V50及骨盆V10等少数参数以外，VMAT计划均可明显降低其他剂量体积参数，降低股骨头、小肠、直肠、膀胱、骨盆诸骨等危及器官的受量，从而降低放疗带来的各种不良反应，与上述研究结果结论较一致。

从技术原理上讲，VMAT计划是IMRT计划的延伸，通过优化机架旋转角度、调整多叶光栅的形状及放射线输出剂量率，从而产生剂量更加均匀和高度适形的剂量分布曲线，同时也极大降低了射线的损耗，提高了放疗设备的使用效率，节省了治疗时间[19,21-22]。在一项保护海马的全脑放疗研究中，七野固定IMRT计划的平均MU为2 863，而VMAT计划中平均MU为935，MU降低67%[23]。IMRT计划的平均治疗时间为573 s，VMAT计划为150 s，时间减少了74%。NAGARAJAN等[17]相关研究显示头颈部肿瘤VMAT计划MU为610，而IMRT计划为1 079，差异有统计学意义(P<0.05)。苏晓科等[21]对宫颈癌的研究显示IMRT技术和VMAT技术的MU为864及756，治疗时间为873及459 s。本研究显示IMRT和VMAT计划MU及治疗时间分别为923.55、399.59 s和825.48、296.59 s，差异有统计学意义(P<0.05)，VMAT计划明显减少了MU和治疗时间，与既往研究结果相似。治疗时间的缩短可间接减少患者的不自主运动，进而降低器官运动及靶区移动误差，提高治疗精确性。尤其对于老年患者，由于体质弱和控制力差，长时间放疗容易发生体位变化，导致其治疗依从性下降[14]。

综上所述，对于宫颈癌患者的术后放疗，IMRT和VMAT计划均可满足靶区剂量要求，但VMAT计划可使靶区HI和CI更佳，实际受量更贴近处方剂量，危及器官也能得到更好的保护，尤其使治疗时间得到大幅度的缩短。但真实世界中，VMAT计划的治疗费用可能会更高，因此，在无特殊治疗要求情况下可优先考虑VMAT计划。