胰腺癌不同调强方式的剂量学比较

王伟平，杨 波，庞廷田，刘 楠，胡 克，邱 杰，张福泉

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院放射治疗科， 北京 100730

·论 著·

胰腺癌不同调强方式的剂量学比较

王伟平，杨 波，庞廷田，刘 楠，胡 克，邱 杰，张福泉

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院放射治疗科， 北京 100730

目的 比较胰腺癌术后患者固定野调强放疗(fixed-field intensity-modulated radiotherapy，FF-IMRT)与容积调强放疗(volumetric modulated arc therapy，VMAT)的剂量学差异，为临床选择合适的照射技术提供参考。方法 2011年6月至12月在北京协和医院行放疗的10例胰腺癌术后患者，分别根据其同一CT模拟定位图像设计FF-IMRT计划和VMAT计划，处方剂量50 Gy/25次。分析剂量体积直方图曲线，评估靶区、危及器官和正常组织的剂量分布，并比较二者机器跳数(monitor units, MU)和治疗时间的差别。结果 FF-IMRT计划和VMAT计划的靶区剂量分布差异无统计学意义(P>0.05)。与FF-IMRT计划相比，VMAT计划中肝脏、胃、小肠、全身的V5明显升高(P均<0.05)，而肝脏的V10和V20，胃的V10，小肠的V10、V20、V50，左肾的V20，右肾的V20、V30、Dmean、Dmax，以及全身的V10、V20有不同程度下降(P均<0.05)，脊髓的Dmax升高1.85 Gy(P=0.04)。FF-IMRT计划与VMAT计划的MU分别为619.60±117.18和492.70±51.56(t=3.18，P=0.01)。VMAT计划的MU较FF-IMRT计划减少了20.48%。结论 胰腺癌患者选择VMAT计划，可以在不降低计划水平上的剂量分布的前提下，大大减少MU，缩短治疗时间。

胰腺癌；放射治疗；固定野调强放疗；容积调强放疗

MedJPUMCH,2014,5(4):417-421

胰腺癌是常见的恶性肿瘤，死亡率高，手术是唯一可能根治胰腺癌的治疗手段。由于胰腺癌早期无明显症状，大多数患者因黄疸、腹痛、消瘦、乏力等症状就诊时，病情已属中晚期，失去手术机会[1]。文献报道，诊断时可接受手术治疗的患者少于20%[2]，因此，放疗成为局部晚期胰腺癌的主要治疗手段之一。

90年代末期，固定野调强放疗(fixed-field intensity-modulated radiotherapy, FF-IMRT)问世，与传统的三维适形放疗(three-dimension conformal radiotherapy, 3D-CRT)相比，FF-IMRT明显改善了靶区的剂量分布，并大大降低了放疗的毒副作用。但是，FF-IMRT也有其明显的缺点，如治疗时间过长，低剂量体积过大等[3]。容积调强放疗(volumetric modulated arc therapy, VMAT)是一种新的调强放疗技术，可以在照射的同时改变机架角度，改变多叶光栅(multileaf collimator, MLC)的位置和剂量率，缩短照射时间，减少散射线，克服FF-IMRT的一些缺点。多数部位肿瘤的研究表明，与FF-IMRT相比，VMAT可以在缩短照射时间的同时，不降低放疗计划的质量。本研究旨在分析、比较在胰腺癌放疗中FF-IMRT与VMAT的剂量学差异，为临床选择放疗技术提供参考。

对象和方法

研究对象

2011年6月至12月在本科行放疗的胰腺癌术后患者10例，其中男性7例，女性3例。全部为胰头癌患者，且有术后放疗的适应证[1]，所有患者均签署知情同意书。

模拟定位

患者均采用Philips Briliance 16排大孔径CT模拟定位机进行定位，于定位前0.5～1 h口服泛影葡胺20 ml加水200～300 ml稀释。患者仰卧位，热塑体膜固定，行静脉增强扫描，扫描层厚5 mm。传输CT图像至Varian Eclipse 8.6计划系统。

靶区、危及器官勾画

靶区勾画包括：临床靶区(clinical target volume，CTV)、计划靶区(planning target volume，PTV)和危及器官。CTV包括原瘤床区域及相关淋巴引流范围，PTV为CTV外放10 mm，靠近小肠区域进行人工修饰。危及器官包括肝脏、胃、小肠、双侧肾脏和脊髓。

计划设计和处方剂量

使用Varian Eclipse 8.6计划系统分别对每例患者设计FF-IMRT计划和VMAT计划。FF-IMRT采用7野共面照射，照射角度为100°、66°、33°、0°、327°、294°、260°，准直器角度为0°，剂量率为400 机器跳数(monitor units，MU)/min；VMAT计划采用2半弧照射，分别为：逆时针方向100°至260°，顺时针方向260°至100°，剂量率为600 MU/min。处方剂量50 Gy/25次，每次2 Gy，靶区覆盖度要求处方剂量至少包绕95%的PTV和100%的CTV。两个计划的危及器官剂量体积限值见表1。为评估计划的一致性，剂量归一要求100%的处方剂量包绕95%的PTV。

设备及照射条件

FF-IMRT和VMAT均使用Varian Trilogy加速器，60对MLC，射线能量为6 MV。

计划评估

使用剂量体积直方图(dose-volume histogram，DVH)比较FF-IMRT和VMAT计划的靶区、危及器官、

表 1 FF-IMRT计划和VMAT计划危及器官的剂量体积限值

FF-IMRT：固定野调强放疗；VMAT：容积调强放疗

正常组织的剂量分布和计划参数。靶区的剂量学比较参数包括接受95%、100%、105%、110%处方剂量的体积百分比(PTV95、PTV100、PTV105、PTV110)和平均剂量(Dmean)、最大剂量(Dmax)，以及剂量分布的均匀性指数(homogeneity index，HI)和适形度指数(conformity index，CI)。HI定义为D5%/D95%(D5%表示接受高剂量的5%PTV接受的最低剂量，D95%表示接受高剂量的95%PTV接受的最低剂量)，HI越低，靶区剂量的均匀性越好；CI定义为CF(cover factor)×SF(spill factor)(CF表示PTV接受50 Gy照射的体积百分比，SF表示接受50 Gy照射的PTV体积与接受50 Gy照射的全身体积之比)，CI值介于0到1之间，值越大，适形度越好。危及器官和正常组织的剂量学比较包括肝脏、胃、小肠、左肾、右肾、全身接受5、10、20、30、40、50 Gy的体积百分比(V5、V10、V20、V30、V40、V50)和平均剂量(Dmean)、最大剂量(Dmax)；脊髓的最大剂量(Dmax)。计划参数为MU。

统计学处理

采用SPSS 15.0统计软件进行统计学分析，计量资料用均数±标准差表示，两组计划各参数间的差异比较采用配对样本均数的t检验，P<0.05为差异具有统计学意义。

结 果

靶区剂量分布

两组计划的靶区剂量分布见表2。两组计划的PTV的覆盖度、Dmean、Dmax、HI、CI差异均无统计学意义(P>0.05)。

危及器官剂量分布

与FF-IMRT相比，VMAT计划中多数危及器官呈现低剂量体积(V5)的升高，其中肝脏升高1.86%(P=0.03)，胃升高2.71%(P=0.03)，小肠升高2.71%(P=0.00)，全身升高1.69%(P=0.00)；双

侧肾脏V5均呈下降趋势，但差异无统计学意义。在接受不同剂量照射的危及器官体积的比较中，VMAT计划中肝脏的V10和V20，胃的V10，小肠的V10、V20、V50，左肾的V20，右肾的V20、V30，以及全身的V10和V20较FF-IMRT计划有不同程度下降(P均<0.05)。对于多数危及器官，VMAT计划在与FF-IMRT计划的Dmean和Dmax比较中没有表现出优势，仅右肾的Dmean和Dmax有明显下降(P均<0.05)(表3)。

FF-IMRT计划与VMAT计划脊髓Dmax分别为(18.84±4.11)Gy和(20.69±3.63)Gy(t= 2.33，P=0.04)。与FF-IMRT计划相比，VMAT计划的脊髓Dmax升高1.85 Gy。

MU与治疗时间

FF-IMRT计划与VMAT计划的MU分别为619.60±117.18和492.70±51.56(t=3.18，P=0.01)。与FF-IMRT计划相比，VMAT计划的MU减少了126.9 MU(20.48%)。如加速器剂量率恒定，治疗时间将缩短约20%。

讨 论

随着近些年放疗技术的进展，胰腺癌的放疗也经历了从适形照射到固定野调强、容积调强的技术进步。胰腺癌3D-CRT计划主要采用标准的3～4个野照射，包括一个腹侧野、两个侧野/或一个背部野，其胃肠毒性大。为了解决该问题，临床上使用调强放疗来减少胃肠道的并发症。先前的研究表明，与3D-CRT相比，调强放疗有明显的优势。Brown等[4]研究中对计划水平的比较表明，与3D-CRT相比，IMRT降低了肝脏的V35、小肠的V45、右肾和双肾的V20；危及器官的比较中，仅左肾V20的降低无统计学意义。而Yovino等[5]对胰腺癌放疗患者的随访结果进行对比研究，结果显示，与3D-CRT相比，基于IMRT的同步放化疗可显著降低胃肠道毒性，包括降低3～4级的恶心呕吐发生率(分别是 11%和0，P=0.024)和腹泻发生率(分别是 18%和3%，P=0.017)。胡克等[6]分析了102例行3D-CRT或IMRT的胰腺癌患者，患者的总生存时间(14±1.2)个月，5例患者发生了3级的消化道毒性，无4级的消化道毒性及3、4级的血液学毒性。

表 2 FF-IMRT计划和VMAT计划的靶区剂量分布

FF-IMRT、VMAT：同表1；PTV：计划靶区；Dmean：平均剂量；Dmax：最大剂量：HI：均匀性指数；CI：适形度指数

表 3 FF-IMRT计划与VMAT计划肝脏、胃、小肠、左肾、右肾、全身的剂量分布

关于FF-IMRT与VMAT计划的剂量学比较，现在已有一些相关研究[7- 10]。这些研究结果大多数表现出VMAT计划的MU明显降低，而计划质量至少不降低。杨波等[8]关于直肠癌术前放疗的研究结果表明，VMAT计划比FF-IMRT计划的PTV覆盖度、Dmean、Dmax增加，CI降低；膀胱的V50增加15%，小肠的V30降低10%，左右股骨头的D5降低3.2 Gy和2.4 Gy；VMAT比FF-IMRT的MU降低50%，治疗时间明显缩短。

在本研究中，最有意义的差别是MU的不同，VMAT计划比FF-IMRT计划MU下降了20.48%。MU的减少，一方面可以减少机头的散射线，进而降低辐射诱发肿瘤的可能性；另一方面，也会缩短照射时间[3]，减少照射过程中的器官移动。

本研究未统计照射时间的差别，但有文献报道VMAT可大大缩短照射时间[3,11]，这也是VMAT相对于FF-IMRT最大的优势。照射时间的缩短，不但可以提高效率，在单位时间内治疗更多的患者，还可以减少患者的不适感，减少肿瘤或患者移动的风险[3,12]，特别是对接受单次大剂量照射的患者。晚期胰腺癌患者可能会有腹痛[1]，部分患者难以长时间静卧，VMAT计划照射时间的缩短对这类患者意义更大。

VMAT在取得了这些进步的同时，也带来了一些问题。如计划更加复杂，计划设计所用的时间更长[11]，对物理师的水平要求更高。此外，VMAT计划比FF-IMRT计划低剂量区体积进一步升高[3]，如在本研究中，除左右肾脏外，其他危及器官均发现VMAT计划V5明显升高，这可能会增大辐射诱发肿瘤的风险。

另外值得注意的一点是，本研究中选择的病例初始放疗计划均为VMAT计划，这些病例的胰腺位置相对较低(胰腺上缘不超过肝脏高度的1/2)，因为胰腺位置过高的病例进行VMAT计划会导致肝脏剂量过高。所以，本研究结果并非普遍适用于所有的胰腺癌患者。

综上，胰腺癌患者选择VMAT计划，与FF-IMRT计划相比，可以在不降低计划水平上的剂量分布的前提下，大大减少MU，每次治疗时间明显缩短。

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Dosimetric Comparison of Different Pattern of Intensity-modulated Radiotherapy for Pancreatic Carcinoma

WANG Wei-ping, YANG Bo, PANG Ting-tian, LIU Nan, HU Ke, QIU Jie, ZHANG Fu-quan

Department of Radiation Oncology, Peking Union Medical College Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences &Peking Union Medical College, Beijing 100730, China

ZHANG Fu-quan Tel: 010-69155485, E-mail：zhangfuquan3@sina.com

Objective To analyze the dosimetric differences between fixed-field intensity-modulated radiotherapy (FF-IMRT) and volumetric modulated arc therapy (VMAT) in treating pancreatic carcinoma, aiming to facilitate the clinical decision upon appropriate radiation technique. Methods From June to December 2011, 10 postoperative patients of pancreatic carcinoma who

radiotherapy in Peking Union Medical College Hospital were selected for this comparison. FF-IMRT and VMAT plans were developed based on the same CT simulation image for each patient. The prescription dose was 50 Gy in 25 fractions. The doses distributions in planning target volume (PTV), organs at risk (OARs), and normal tissue were evaluated based on dose-volume histograms (DVH). The two plans were also compared in terms of monitor unit (MU) and length of treatment. Results The dose distributions in PTV showed no significant difference between FF-IMRT and VMAT plans(P>0.05). Compared with FF-IMRT plan, VMAT plan significantly increased V5of the liver, stomach, small intestine, and whole body(allP<0.05), while reduced V10and V20of the liver, V10of the stomach, V10, V20, and V50of the small intestine, V20of the left kidney, V20, V30, Dmean, Dmaxof the right kidney, and V10,V20of the whole body (allP<0.05). The Dmaxof the spinal cord decreased by 1.85 Gy in VMAT plan (P=0.04). MU of VMAT plan was significantly lower than that of FF-IMRT plan (492.70±51.56vs. 619±117.18,t=3.18,P=0.01), with a 20.48% reduction from the MU level of the latter one. Conclusion For patients with pancreatic carcinoma, VMAT plan could reduce MU and shorten length of treatment while maintaining the dosimetric parameters at levels similar to or even better than those of FF-IMRT plan.

pancreatic carcinoma; radiotherapy; fixed-field intensity-modulated radiotherapy; volumetric modulated arc therapy

张福泉 电话：010-69155485，E-mail：zhangfuquan3@sina.com

R735.9; R815.6; R815.2

A

1674-9081(2014)04-0417-05

10.3969/j.issn.1674-9081.2014.04.013

2013- 09- 08)