直肠癌术前容积旋转调强放疗和螺旋断层放疗的剂量学比较

杨咏强，冯林春，王运来，葛瑞刚，解传滨，巩汉顺，徐 伟，丛小虎，陈 静

解放军总医院 放疗科，北京 100853

直肠癌术前容积旋转调强放疗和螺旋断层放疗的剂量学比较

杨咏强，冯林春，王运来，葛瑞刚，解传滨，巩汉顺，徐 伟，丛小虎，陈 静

解放军总医院 放疗科，北京 100853

目的比较直肠癌术前同期加量放疗中容积旋转调强放疗(volumetric modulated arc therapy，VMAT)和螺旋断层放疗(helical tomotherapy，HT)计划的剂量学差异。方法对10例Ⅱ～Ⅲ期直肠癌术前同步放化疗患者分别进行VMAT和HT的计划设计，统一给予肿瘤原发病灶及转移淋巴结(肿瘤大体靶区，pGTV)处方剂量56.25 Gy/25 F，高危复发区域和区域淋巴引流区(计划靶区， PTV)50 Gy/25 F，利用剂量体积直方图评价靶区剂量分布和危及器官照射剂量。结果与HT计划相比，VMAT计划的pGTV适形指数(conformity index，CI)CIpGTV变差(t=-2.803，P=0.005)，PTV的中位剂量和最小剂量(D98)升高(t=8.895、3.663，P=0.000、0.005)。对小肠的保护VMAT计划优于HT计划，VMAT计划的小肠V15比HT计划降低约19% (t=-3.802，P=0.004)。VMAT计划骨盆V10低于HT计划(t=-7.047，P=0.000)，但骨盆V30高于HT计划(t=4.704，P=0.001)。对膀胱的保护HT计划略优于VMAT计划。VMAT计划机器跳数比HT计划降低约89%(t=-2.666，P=0.008)。结论直肠癌术前同期加量放疗中采用VMAT技术可获得与HT计划相当的剂量分布，对小肠保护略有优势，机器跳数明显降低，但其疗效还需进一步临床评估。

直肠肿瘤；放射治疗剂量；螺旋断层放疗

术前同步放化疗是局部中晚期直肠癌的首选治疗方法。近年来，调强放疗(intensity-modulated radiotherapy，IMRT)已广泛应用于直肠癌术前放疗，IMRT较三维适形放疗能减少腹泻等肠道不良反应的发生率，同时能方便地实现肿瘤局部同期加量照射[1-3]。螺旋断层放疗(helical tomotherapy，HT)技术有望进一步降低肠道不良反应的发生率，但主要缺点是明显延长治疗时间[4-8]。容积旋转调强放疗(volumetric modulated arc therapy，VMAT)作为一种全新IMRT技术，最显著的特点是能明显缩短治疗时间[9-12]。本研究通过比较VMAT和HT计划的剂量学特点，探讨VMAT技术应用于直肠癌术前同期加量放疗中的价值。

资料和方法

1 临床资料 选取10例2011 - 2012年在我院放疗科行直肠癌术前同步放化疗患者的定位CT图像。病理均为直肠腺癌，临床分期均为Ⅱ～Ⅲ期。男9例，女1例。肿瘤下缘距离肛缘3 ～ 5 cm，中位距离4 cm。所有患者在定位前充分充盈膀胱，定位时采用仰卧位，热塑体模固定，在Philips Brilliance CT定位机下行CT增强扫描，扫描范围为L2下缘至坐骨结节下5 cm，扫描层厚为5 mm。使用Pinancle3 8.0 m治疗计划系统勾画靶区及危及器官。

2 靶区及危及器官勾画 参照ICRU 50号和62号报告，肿瘤区(GTV)为肿瘤原发病灶及转移淋巴结，肿瘤大体靶区(pGTV)为GTV三维方向各外扩1 cm。临床靶区(CTV)包括GTV、直肠、直肠系膜区、骶前区、坐骨直肠窝及盆腔区域淋巴结(包括直肠上动脉区、低位髂总、髂内及闭孔动脉区)，如果肿瘤侵犯前列腺、膀胱或子宫，CTV还应包括髂外淋巴结区，若阴道下1/3或肛管受累及，CTV则需包括腹股沟淋巴结区。计划靶区(PTV)为CTV三维方向各外扩0.5 cm。危及器官包括：小肠(勾画至PTV上3 cm)、膀胱、骨盆(仅勾画骨窗上髂骨、骶骨、坐骨及耻骨的低密度区)、双侧股骨头。

3 治疗计划设计 为每例患者分别设计VMAT和HT计划，所有计划均采用6 MV X线。处方剂量：pGTV给予56.25 Gy/25 F(2.25 Gy/F)，要求至少95%的pGTV达到53.5 Gy(95%×56.25 Gy)；PTV给予50 Gy/25 F(2.0 Gy/F)，要求至少95%的PTV达到47.5 Gy(95%×50 Gy)。危及器官剂量限制要求：小肠V30＜40%，膀胱V40＜45%，骨盆V40＜50%，双侧股骨头V40＜5%。VMAT计划在瓦里安Eclipse治疗计划系统上完成，采用2个全弧照射。HT计划在TomoPlan治疗计划系统上完成，采用360°旋转照射。

4 治疗计划评价 利用剂量体积直方图评价靶区剂量分布和危及器官照射剂量。1)靶区的评价参数：①D95、中位剂量(D50)、最低剂量(D98)及最高剂量(D2)。②CI：CIpGTV定义为VTV/VpGTV，VTV为53.5 Gy等剂量线包绕的所有区域体积，VpGTV为pGTV体积；CIPTV定义为VTV/VPTV，VTV为47.5 Gy等剂量线包绕的所有区域体积，VPTV为PTV体积。CI值越接近1则说明靶区适形度越好。③均匀指数(homogeneity index，HI)：HIpGTV定义为(D2－D98)/DRx，DRx为pGTV的处方剂量56.25 Gy。HIPTV定义为(D2－D98)/DRx，DRx为PTV的处方剂量50 Gy。HI值越接近0表示剂量均匀性越好。2)危及器官的评价参数：小肠平均剂量(Dmean)、V50、V40、V30、V20、V15、V10，膀胱及骨盆Dmean、V50、V40、V30、V20、V10，双侧股骨头Dmean、V45、V40、V30、V20、V10。3)机器跳数(machine unit，MU)评价。

5 统计学处理 用SPSS19.0统计软件分析，行配对t检验或配对样本非参数秩和检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1 靶区 与HT计划相比，VMAT计划的CIpGTV变差，PTV的中位剂量和最小剂量升高，差异均有统计学意义，详见表1。图1A为同一患者两种治疗计划靶区的剂量体积直方图，可见HT计划的曲线比VMAT计划陡峭，剂量梯度更优。

2 危及器官 对小肠的保护VMAT计划优于HT计划，VMAT计划的小肠V15比HT计划降低约19%。对膀胱的保护HT计划略优于VMAT计划。VMAT计划骨盆V10低于HT计划，但骨盆V30高于HT计划，差异均有统计学意义。详见表2、图1B。3 机器跳数 VMAT计划明显低于HT计划，平均值分别为712.8 MU、6 278.2 MU，平均数量减少约89%(t=-2.666，P=0.008)。

图 1 同一患者两种治疗计划靶区及危及器官的剂量体积直方图A： 靶区； B： 危及器官Fig. 1 Dose-volume histogram for target (A) and involved organs (B) in a patient

表1 两种治疗计划靶区参数比较Tab. 1 Parameters of VMAT and HT plans(±s)

表1 两种治疗计划靶区参数比较Tab. 1 Parameters of VMAT and HT plans(±s)

VMAT: volumetric modulated arc therapy; HT: helical tomotherapy; CI: conformity index; HI: homogeneity index

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表2 两种治疗计划危及器官参数比较Tab. 2 Parameters of VMAT and HT plans for involved organs(±s)

表2 两种治疗计划危及器官参数比较Tab. 2 Parameters of VMAT and HT plans for involved organs(±s)

VMAT: volumetric modulated arc therapy; HT: helical tomotherapy

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讨 论

HT是一种高精度的IMRT技术，它将6 MV直线加速器安装在环形机架上，加速器围绕治疗床在360°内的51个方向上旋转出束，多叶光栅在机架角度改变的同时改变叶片的位置，具有靶区适形度好、剂量均匀性好及陡峭的剂量梯度等特点，从而可在满足靶区内高剂量的同时更有效地保护危及器官[13]。HT技术应用于直肠癌术前放疗取得了可喜的治疗效果[6-7]。但在临床治疗操作中HT技术尚存在不足之处。首先，HT计划子野数目过多，使得患者治疗时间明显延长，治疗中器官移动会引起较大剂量误差；其次，HT计划中靶区周围正常组织受低剂量照射范围增大，长期不良反应值得进一步研究；再次，作为一种高精度的放疗技术，每例患者HT计划都需要投入大量人力和物力。VMAT作为一种全新IMRT技术，它联合动态多叶准直器技术配合机架旋转，机架旋转过程中射线出束，剂量率、射野形状、机架旋转速度同时可变可调。机架旋转360°，最大剂量率可达600 MU/min，机架旋转一周约75 s。VMAT最大优点是可在短时间内完成与静态IMRT相当的剂量分布[9]。

本研究比较了10例直肠癌术前同期加量放疗患者的VMAT和HT计划，结果显示两种计划均能较好地满足靶区处方剂量要求。但VMAT计划pGTV的适形度差于HT计划，PTV中位剂量及最小剂量略高于HT计划，说明HT计划的剂量梯度下降较快，其剂量梯度更优。

小肠是直肠癌放疗最主要的剂量限制器官，肠道不良反应的发生率与小肠受照射的剂量和体积密切相关。Baglan等[14]的研究结果显示，急性肠道不良反应的发生率与小肠低剂量照射体积尤其是V15关系密切，在V15＜150 cc、150 ～ 299 cc和≥300 cc时，3级急性肠道不良反应的发生率分别为0、30%和70%。本研究中，VMAT计划的小肠V15比HT计划降低约19%，平均值分别为194.9 cc、240.7 cc(t=-3.802，P=0.004)。而且，VMAT计划的小肠V10、V20、V30及V40均低于HT计划，差异有统计学意义。因此，VMAT技术有望进一步减少直肠癌术前同期加量放疗中肠道不良反应的发生率。

成人约50%有造血活性的骨髓组织位于骨盆，属于放射敏感组织。Rose等[15]报道，对于盆腔肿瘤行同步放化疗患者，急性血液毒性与骨盆低剂量照射体积V10明显相关，V10≥95%和V10＜95%组患者的严重骨髓抑制发生率分别为68.8%和24.6%(P＜0.001)。本研究中，VMAT计划的骨盆V10低于HT计划，平均值分别为92.9%、96.3%(t=-7.047，P=0.000)。VMAT技术在减少直肠癌术前同步放化疗中血液毒性方面的价值有待进一步研究。

此研究中，HT计划较VMAT计划降低了膀胱高、低剂量照射体积，差异有统计学意义。但考虑到直肠癌术前放疗中严重膀胱不良事件发生率低，HT技术在保护膀胱方面的价值可能有限。两种计划股骨头的照射剂量相似，差异无统计学意义。

综上所述，直肠癌术前同期加量放疗中采用VMAT技术可获得与HT计划相当的靶区剂量分布，有望降低肠道不良反应的发生率，MU数量明显降低，患者治疗时间明显缩短，但其疗效有待进一步临床评估。

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Preoperative volumetric modulated arc therapy and helical tomotherapy for rectal cancer: A dosimetric study

YANG Yong-qiang, FENG Lin-chun, WANG Yun-lai, GE Rui-gang, XIE Chuan-bin, GONG Han-shun, XU Wei, CONG Xiao-hu, CHEN Jing
Department of Radiation Oncology, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China Corresponding author: FENG Lin-chun. Email: 301fc@163.com

ObjectiveTo compare the dose distribution of volumetric modulated arc therapy (VMAT) and helical tomotherapy (HT) in preoperative radiotherapy for rectal cancer. MethodsTen patients with rectal cancer at stage Ⅱ-Ⅲ who underwent preoperative chemo-radiotherapy were enrolled in this study. VMAT and HT plans were designed for each patient. The prescribed dose was 56.25 Gy for pGTV and 50 Gy for PTV, and delivered over 25 fractions daily using a simultaneous integrated boost approach. The dose distribution in target volumes and organs at risk was evaluated according to the dose-volume histogram. ResultsThe HT plan provided a better conformity index for pGTV than the VMAT plan (t=-2.803, P=0.005). The PTV D50and D98were higher for the VMAT plan than for the HT plan (t=8.895 vs t=3.663, P＜0.05). The VMAT plan was better than the HT plan for protecting the small bowel. The V15of small bowel was about 19% lower in the VMAT plan than in the HT plan (t=-3.802, P＜0.05). The V10of pelvis was lower whereas the V30of pelvis was higher in the VMAT plan than in the HT plan (t=-7.047, t=4.704, P＜0.05). The VMAT plan was better than the HT plan for protecting bladder. The number of monitor units (MU) were about 89% lower in the VMAT plan than in the HT plan (t=-2.666, P=0.008). ConclusionThe dose distribution of VMAT and HT is similar in preoperative radiotherapy for rectal cancer. VMAT is advantageous over HT in protecting the small bowel. However, the number of MU is signifcantly lower in VMAT than in HT. The curative effect of HT needs to be further assessed.

rectal neoplasms; radiotherapy dosage; helical tomotherapy

R 815

A

2095-5227(2014)02-0146-04

10.3969/j.issn.2095-5227.2014.02.014

2013-10-23 17:20

http://www.cnki.net/kcms/detail/11.3275.R.20131023.1720.001.html

2013-08-16

杨咏强，男，在读硕士。研究方向：直肠癌术前同步放化疗。Email: yangyongqiang301@126.com

冯林春，男，硕士生导师，副主任。Email: 301flc@163. com