中低位Ⅱ～Ⅲ期直肠癌术前静态调强放疗和弧形调强放疗的剂量学比较研究

曾　敏， 王巨武， 张瑾熔， 潘广鹏， 阿衣古丽·哈热， 马栋辉， 伊斯刊达尔·阿布力米提

(新疆医科大学附属肿瘤医院胸腹放疗科, 乌鲁木齐　830011)



中低位Ⅱ～Ⅲ期直肠癌术前静态调强放疗和弧形调强放疗的剂量学比较研究

曾敏， 王巨武， 张瑾熔， 潘广鹏， 阿衣古丽·哈热， 马栋辉， 伊斯刊达尔·阿布力米提

(新疆医科大学附属肿瘤医院胸腹放疗科, 乌鲁木齐830011)

摘要：目的探讨直肠癌术前静态调强放疗(intensity-modulated radiotherapy，IMRT)和弧形调强放疗(intensity-modulated ARC therapy，IMAT)的剂量学特点，为直肠癌术前精确放疗方法的选择提供依据。方法对17例Ⅱ～Ⅲ期中低位直肠癌术前同步放化疗的患者分别进行IMRT5野、7野、9野和IMAT的计划设计，肿瘤原发病灶和转移淋巴结(GTV)及高危受累区域和区域淋巴引流区(CTV)统一给予2 Gy/次、5次/w、总剂量50 Gy/25次的照射。利用剂量体积直方图评价靶区剂量的分布以及危及器官的照射剂量。结果4种治疗计划均能满足靶区处方剂量及危及器官剂量限制要求，IMAT计划靶区适形指数(conformity index，CI)优于IMRT各野计划，差异有统计学意义(P<0.05)；IMRT计划5野、7野、9野和IMAT计划剂量均匀指数(homogeneityindex，HI)优于IMAT计划，差异有统计学意义(P<0.05)。IMAT计划对危及器官膀胱的保护优于IMRT各野计划, 两两比较差异均有统计学意义(P<0.05)。IMAT计划机器跳数较IMRT机器跳数明显减少，差异有统计学意义(P<0.05)，IMRT各野计划间的机器跳数比较差异有统计学意义(P<0.05)。结论直肠癌术前放疗IMAT计划较IMRT计划能更好地保护膀胱，同时缩短照射时间。

关键词：直肠肿瘤； 调强放疗； 弧形调强放疗； 剂量学

局部中晚期直肠癌的标准治疗方法是术前同步放化疗[1]。调强放射治疗技术能够有效地改善靶区剂量分布，使得盆腔正常组织损伤减少，弧形调强放射(intensitv-modulated arc therapy，IMAT)是动态调强加入旋转治疗技术，在比较短的时间内进行单弧和多弧旋转照射。机器旋转出射线的同时，调整剂量的强度分布是通过对射线束剂量率、多叶光栅的位置以及机架旋转速度的改变来实现，由此而产生出适形性高的剂量靶区[2]。已有研究表明，弧形调强放射治疗技术作为不同于固定射野角度调强的一种新方法已应用于鼻咽癌放射治疗中，该种放射治疗技术所需治疗时间及机器跳数较固定射野调强明显减少。本研究对弧形调强放射治疗与固定射野调强放疗2种技术在直肠癌术前放疗中的应用来进行剂量学比较，探讨5野、7野、9野固定射野调强放疗计划和弧形调强放射治疗计划的剂量学分布特点，为临床选择直肠癌术前放疗的方法提供参考依据。

1资料和方法

1.1临床资料选取2013年1月-2014年6月在新疆医科大学附属肿瘤医院放疗科行直肠癌术前同步放化疗的患者17例，均有明确病理诊断，病变位于中低位，距肛门距离≤12 cm，肿瘤临床分期为Ⅱ～Ⅲ期，其中女性3例，男性14例，中位年龄57岁。采用大孔径CT增强扫描进行模拟定位，扫描层厚为5 mm，定位前嘱患者充盈膀胱，仰卧位采用热塑体模进行体位固定，扫描范围为腰2椎体下缘至坐骨结节下5 cm。使用Varian Eclipse 10.0治疗计划系统进行靶区及危及器官的勾画，并制定放疗计划。

1.2靶区及危及器官勾画参考ICRU 50号和62号报告，GTV代表肿瘤原发病灶和转移淋巴结，CTV包括直肠病灶、骶前区、肠周淋巴结、直肠系膜区、髂内淋巴结、盆壁区。PTV为CTV三维方向各外扩0.5 cm。危及器官包括小肠、双侧股骨头、膀胱[3]。

1.3治疗计划制定由具有中级以上职称的物理师制定放疗计划，每例患者分别设计5野、7野、9野IMRT计划和IMAT计划。所有计划均采用6MV-X线。处方剂量：PTV 50 Gy，2.0 Gy/次，每周5次，25次完成，要求95%的PTV达到47.5 Gy(95%×50 Gy)；危及器官剂量限制要求：小肠V50<5%(小肠受到50 Gy照射的体积占小肠总体积的百分比<5%)，膀胱V50<30%(膀胱受到50 Gy照射的体积占膀胱总体积的百分比<30%)，双侧股骨头V50<5%(股骨头受到50 Gy照射的体积占股骨头总体积的百分比<5%)。

1.4治疗计划评价采用剂量体积直方图评价靶区的剂量分布以及危及器官照射剂量。(1)靶区的评价参数：①中位剂量(D50)、最低剂量(D98)及最高剂量(D2)；②适形指数(conformity index，CI)：CI定义为VPTV95%/VPTV×VPTV95%/VT,其中VPTV95%是95%的等剂量线所覆盖的PTV体积，VPTV表示总的PTV体积，VT表示95%等剂量线所覆盖的全部受照射的体积；CI值越接近l表明计划适形度越好。③均匀指数(homogeneityindex，HI)： HI的定义为(D2~D98)/DRX，DRX为GTV的处方剂量50 Gy，HI的值越接近0表明剂量均匀性越佳。(2)危及器官的评价参数：小肠平均剂量V50、V40、V30；膀胱V50、V40、V30；双侧股骨头V50、V40、V30。

1.5统计学处理采用SPSS19.0统计软件分析数据，行配对t检验或配对样本的非参数秩和检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

2结果

2.1IMRT5野、7野、9野治疗计划与IMAT治疗计划靶区参数的比较IMRT5野、7野、9野治疗计划和IMAT计划靶区参数均能够满足靶区剂量要求。其中GTV中位剂量IMAT计划优于IMRT各野计划且差异有统计学意义(P<0.05)。PTV中位剂量IMAT计划优于IMRT各野计划且差异有统计学意义(P<0.05)。CI值：IMRT7野计划

2.2IMRT5野、7野、9野治疗计划与IMAT治疗计划危及器官参数比较IMRT和IMAT计划均能够满足所有保护器官剂量限制要求，对小肠、膀胱、股骨头的保护：膀胱V30、V40、V50 IMAT计划

表1　IMRT5野、7野、9野治疗计划与IMAT治疗计划靶区参数的比较

注：与IMAT比较，*P<0.05；与IMRT 5野比较，△P<0.05；与IMRT 7野比较，#P<0.05。

表2　IMRT5野、7野、9野治疗计划与IMAT治疗计划危及器官参数比较

注：与IMAT比较，*P<0.05；与IMRT 5野比较，△P<0.05；与IMRT 7野比较，#P<0.05。

3讨论

直肠癌术前放疗的目的是使肿瘤细胞出现不同程度的退行性变、纤维组织的增生、能缩小肿瘤、癌周的浸润消失、使部分病例由不能手术切除变为可切除病例、提高手术切除率、减少手术当中可能引起的血道及淋巴道转移。德国CAO/ARO/AlO-94系列研究证明，术前放化疗比术后放化疗降低了局部晚期直肠癌的局部复发率，提高了保肛率，减轻了正常组织的急慢性毒副反应[4]。并且术前同步放化疗的治疗方式可使45%～47%的直肠癌患者降低病期，提高手术切除率及保肛率[5-6]。放射治疗技术发展到今天,固定野调强放疗进一步改善了靶区和周围组织剂量分布的适形度，但因为野数增加导致治疗时间的增加，有可能降低肿瘤相对生物效应[7]。近几年，随着弧形调强技术IMAT的出现，缩短了治疗时间，减少了治疗期间患者移动带来的摆位误差，且保证了靶区的剂量。直肠癌的放疗靶区包括直肠肿瘤以及盆腔淋巴引流区，同时需保护膀胱、小肠等器官，靶区的不规则及危险器官保护的要求使得计划制定要求较高，难度较大，也是近年来研究的热点[8]。蒋璠等[9]的研究显示RapidArc计划中，GTV以及PTV靶区剂量的适形度较高(t=7.643、8.226，P<0.05)；而靶区剂量均匀性略低于dIMRT(t=-10.065、-4.235，P<0.05)。RapidArc计划中小肠的平均受量明显低于dlMRT计划(t=2.781，P<0.05)。膀胱平均照射剂量比dIMRT略低，股骨头的平均受量比dIMRT略高，但差异无统计学意义。RapidArc计划中平均治疗时间减少了79.5%，机器跳数减少了48.5%。熊英等[10]的研究表明：与IMRT计划相比，IMAT计划治疗的时间和机器跳数明显减少(P<0.05)。与IMRT计划相比，IMAT计划适形指数及靶区的均匀性指数差异无统计学意义(P>0.05)。与IMRT计划比较，IMAT计划膀胱高剂量区受照射体积明显减少，两者比较差异有统计学意义 (P<0.05)。本研究结果表明与IMRT各野计划相比较，IMAT计划靶区的适形指数(CI)更优，差异有统计学意义(P<0.05)； IMRT计划剂量均匀指数(HI)优于IMAT计划(P<0.05)。危险器官膀胱V50、V40、V30(%)IMAT

弧形调强放疗新技术实施照射时，加速器机架是连续旋转，机器跳数及治疗时间较传统IMRT分别减少了42%和79%。杨波等[11]的研究显示： IMAT与IMRT组相比在靶区适形度、剂量均匀性、危险器官的保护无明显差异，但治疗时间明显减少,MU明显降低，机器跳数(monitor units,MU)平均值减了少50%(P=0.000)。本研究结果显示IMAT计划较IMRT机器跳数减少了54.3%，差异有统计学意义(P<0.05)，与杨波等[11]的研究结果一致，在减少治疗时间的同时，靶区适形度及均匀度与IMRT一样理想，显示出该项新技术的优势。传统的IMRT放疗技术由于治疗时间长，散射线也增加，射线泄露概率明显增加，全身受到的照射总剂量和正常组织受到的低剂量照射区也相应增大。IMAT技术由于治疗时间明显缩短，降低了相应的的风险。另外，如果放射治疗时间延长，因为器官体积变化、体位的移动等不确定因素，将导致治疗位置的精确度降低，因此缩短治疗时间对提高治疗的精确度、减少患者的不适感和增加患者治疗期间的依从性均有重要意义。如何发挥弧形调强放疗技术在术前直肠癌放疗中的优势，是进一步研究的重点。

参考文献：

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[4]Sauer R，Fietkau R，Wittekind C，et al．Adjuvant neoadjuvant radio-chemotherapy for locally advanced rectal cancer：the German trialCA0/AR0/A10-94[J]．Colorectal Dis，2003，5(5)：406-415．

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[7]王志，邬蒙．调强放疗中剂量率改变对生物效应的影响[J]．实用癌症杂志，2007，22(5)：529-537．

[8]Wiltse LL，Berger PE，Mccuuoch JA，et al．A system for reponing the size of location of lesions in the spine[J].Spine，1997，22(13)：1534-1537．

[9]蒋璠，吴昊.快速旋转调强与固定射野动态调强在直肠癌术前放疗中的剂量学比较[J].中华放射医学与防护杂志，2011，31(3)：322-324.

[10]熊英，周伟.直肠癌术前旋转调强与传统固定野动态调强放疗计划对比研究[J].中日友好医院学报，2014，28(2)：92-94.

[11]杨波,庞廷田.直肠癌术前容积调强与固定野调强技术的剂量学比较[J].协和医学杂志，2014，5(2)：179-182.

(本文编辑王艳)

Comparison of intensity-modulated ARC therapy with intensity-modulated radiotherapy in treatment preoperative radiotherapy of rectal cancer

ZENG Min， WANG Juwu， ZHANG Jinrong， PAN Guangpeng， Ayiguli Hare， MA Donghui, Yisikandaer Abulimiti

(DepartmentofRadiationOncology,AffiliatedTumorHospital，XinjiangMedicalUniversity，

Urumqi830011,China)

Abstract:ObjectiveTo investigate the dosimetric characteristic of intensity-modulated radiotherapy and intensity-modulated arc therapy (IMAT) of the preoperative rectal cancer． MethodsSeventeen preoperative patients with rectal cancer were selected to be treated with IMRI 5 wild, 7 wild, 9 wild and IMAT plan design, the primary tumor lesions, GTV, high risk of affected areas and CTV were illuminated a dose of 2 Gy/times, 5 times/w, totle dose of 50 Gy/25f． Using dose-volume histogram data to evaluate the dose distribution of target areas and illuminate dose of the organ at risk. ResultsFour kinds of treatment plans can meet the target prescribed dose and dose limit requirement of endanger organs.IMAT plan target CI is better than each wild of IMRT and the difference was statistically significant (P<0.05)． IMRT plan 5 wild,7wild,9wild and IMAT planned dose HI is better than IMAT plan, the difference was statistically significant (P<0.05)． To protect endanger organ, theIMAT program is better than each wild of IMRT plan, and the difference was statistically significant (P<0.05)． The number of hops in the IMAT program was significantly reduced compared with IMRT machine, the difference was statistically significant (P<0.05), And there was a significant difference between the number of IMRT (P<0.05). ConclusionIMAT can protect the bladder better than IMRT in colorectal cancer preoperative radiotherapy and shorten the irradiation time.

Keywords：rectal cancer； intensity modulated radiation therapy； intensity-modulated arc therapy； dosimetry

[收稿日期：2015-03-10]

doi:10.3969/j.issn.1009-5551.2016.02.025

中图分类号：R735.3

文献标识码：A

文章编号：1009-5551(2016)02-0226-04

作者简介：曾敏(1975-)，女，副主任医师，研究方向：肿瘤放射治疗。通信作者：张瑾熔，女，教授，博士生导师，研究方向：肿瘤放射治疗，E-mail：zjr8043@163.com。

基金项目：新疆维吾尔自治区卫生厅青年科技人才专项科研项目(2014Y24)