螺旋断层动态钨门技术在宫颈癌术后放疗中的应用

吴骏翔，刘敏，康盛伟，王培，黎杰，唐斌，吴凡

四川省肿瘤医院·研究所/四川省癌症防治中心/电子科技大学医学院/放射肿瘤学四川省重点实验室，四川成都610041

前言

螺旋断层调强放疗（Helical Tomotherapy,TOMO）技术应用于宫颈癌术后放疗相比于调强放疗（Intensity Modulated Radiation Therapy, IMRT）和 旋转容积调强放疗（Volumetric Modulated Arc Therapy,VMAT）技术可以提高靶区的均匀性和适形度，以及给予危及器官更好的保护［1-3］。TOMO 技术在提高计划质量的同时，也将显著增加机器跳数和照射时间，在杨波等［2］研究中，使用TOMO技术应用于宫颈癌术后患者得到的计划机器跳数分别是IMRT 和VAMT技术的5 倍和11 倍；而在刘娟等［4］研究中，宫颈癌患者使用TOMO 技术得到的机器跳数是IMRT 技术的7.1倍。TOMO计划优化时为了平衡计划质量和治疗效率，通常选用射野宽度2.5 cm，如果使用5.0 cm 的射野宽度则可以显著降低机器跳数和照射时间，但是却不能保证计划质量。TOMO 最新的动态钨门技术已应用于临床，该技术通过钨门的运动减少靶区边缘头脚方向的射野半影，从而降低靶区头脚方向危及器官的受照剂量［5-7］。本研究探讨能否使用射野宽度5.0 cm 的动态钨门技术代替2.5 cm 的固定钨门技术应用于宫颈癌术后调强治疗，保证计划质量的同时减少照射时间。

1 资料与方法

1.1 患者资料

选择2019年3～5月四川省肿瘤医院收治的25例宫颈癌术后患者，年龄46～64 岁，中位年龄50 岁，所有患者均无放疗禁忌证。根据国际妇产科联合会（International Federation of Gynecology and Obstetrics, FIGO）分期［8］，其中IIA期10 例，IIB期15例。

1.2 CT定位和靶区危及器官勾画

患者采用仰卧位，体部热塑膜固定体位，双手交叉抱肘置于额头，采用Philips Brilliance TM CT BigBore 416 排大孔径CT 扫描机，扫描层厚0.3 cm，扫描范围从胸10至坐骨结节下5 cm。扫描后将患者CT 数据传送至美国MIM Software 公司的MIM Maestro软件由主管医生勾画计划靶区（PTV）和危及器官。临床靶区（CTV）由盆腔淋巴引流区（CTVln）、阴道残端（CTV2）和阴道上段（CTV1）组成。CTV 在头脚方向外扩0.6～0.8 cm，其余方向外放0.8～1.0 cm形成PTV。危及器官包括直肠、膀胱、小肠、骨髓、脊髓以及股骨头。

1.3 处方剂量和计划设计

PTV处方剂量50.4 Gy，28次，1.8 Gy/次。计划要求处方剂量，即50.4 Gy剂量线至少要覆盖95%的靶区体积，靶区内Dmax＜110%处方剂量。危及器官剂量限值为膀胱D40≤45 Gy，直肠D40≤45 Gy，小肠D40≤35 Gy，脊髓Dmax≤45 Gy，骨髓D40≤35 Gy，股骨头D5≤50 Gy［9］。将勾画好的结构传至美国Accuray公司的TomoTherapy治疗计划系统，在相同优化条件下分别设置射野宽度2.5 cm的固定钨门（2.5F）、2.5 cm的动态钨门（2.5D）和5.0 cm的动态钨门（5.0D）计划。剂量计算网格设为Fine，调制因子2.5，螺距设置为0.43。

1.4 计划评价指标

靶区和危及器官的评估参考国际辐射单位和测量委员会（ICRU）83 号报告［10］建议，其中靶区评估采用95% PTV 体积的剂量D95、平均剂量Dmean、均匀性指数（HI）以及适形度指数（CI）。HI=(D2-D98)/D50，其中D2、D50和D98为2%、50%和98%靶区体积所对应的剂量；CI=(TVPV)2/(TV×PV)，其中TVPV为处方剂量所覆盖的PTV 的体积，TV 为PTV 的体积，PV 为处方剂量线所覆盖的总体积。HI越接近0表示均匀性越好，CI越接近1 表示适形度越高。危及器官的评估指标包括直肠和膀胱的V20、V30、V40和Dmean；小肠的V20、V30和Dmean；骨髓的V20、V30和Dmean；股骨头的V20和Dmean；脊髓的Dmax。另外，还统计3组计划的机器跳数和照射时间。Vn＜m表示nGy 剂量所包裹的危及器官的体积小于m%。

1.5 统计学方法

采用SPSS 23.0 统计软件进行分析，计量资料用均数±标准差表示，采用配对t检验分析，P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 靶区和危及器官剂量学比较

3组计划靶区和危及器官剂量参数结果见表1。3组计划得到的靶区和危及器官的剂量学参数均能满足临床要求。3组计划得到的靶区D95和Dmean参数的差异无统计学意义（P＞0.05）。2.5D组得到的CI和HI值优于其他两组，差异有统计学意义（P＜0.05），2.5F和5.0D两组之间差异无统计学意义（P＞0.05）。2.5D组对于危及器官的保护整体均优于2.5F和5.0D组，与2.5F组相比，其中直肠（V20、V40和Dmean）、膀胱（V20、V40和Dmean）、骨（Dmean）、小肠（V20和Dmean）均降低，差异有统计学意义（P＜0.05）；与5.0D 组相比，直肠（V20）、膀胱（V20）、骨（Dmean）、小肠（V20和Dmean）均降低，差异有统计学意义（P＜0.05）。5.0D和2.5F组相比，直肠（V20、V40和Dmean）、膀胱（V20、V40和Dmean）、小肠（V20）均降低，差异有统计学意义（P＜0.05）；骨、股骨头和小肠的Dmean均增加，差异有统计学意义（P＜0.05）。

表1 3组计划靶区和危及器官剂量参数结果（± s）Tab.1 Results of target and OARs for treatment plans of three groups(Mean±SD)

表1 3组计划靶区和危及器官剂量参数结果（± s）Tab.1 Results of target and OARs for treatment plans of three groups(Mean±SD)

a与2.5F组相比，t=3.891、3.233、5.582、6.068、7.746、8.820、5.937、5.688、6.778、6.987、4.019、5.582、2.790、3.108、10.761、13.053、3.277、5.056、4.491、6.751、4.770、-41.638、-40.698、-41.574、-40.414，P＜0.05；b与2.5D组相比，t=2.585、2.787、3.123、3.878、-2.813、-3.674、-2.419、17.703、17.654，P＜0.05

组别n直肠Dmean/Gy CIHIV20/%V30/%Dmean/Gy PTV靶区D95/Gy V40/%2.5D 2.5F 5.0D 25 25 25 51.1±0.5 51.3±0.3 51.2±0.5 0.8±0.1a 0.7±0.0 0.6±0.0b 0.1±0.0a 0.2±0.0 0.2±0.0b 83.3±2.9a 83.8±3.2 83.5±0.0ab骨V30/%63.5±6.9 63.8±6.5 66.7±5.1组别n 2.5D 2.5F 5.0D 25 25 25 V30/%48.4±2.4 48.5±2.2 49.6±2.8 V40/%29.1±3.1a 29.6±2.9 29.5±3.0a照射时间/s Dmean/Gy 27.6±3.2 27.6±3.1 28.4±3.0a组别膀胱V20/%81.6±4.5a 83.5±4.0 82.0±3.7ab小肠V20/%70.2±5.0a 70.9±5.0 70.5±4.7ab n股骨头V30/%40.5±8.4 40.4±8.5 42.8±6.0 V30/%37.0±5.0 37.1±5.1 39.6±5.4 Dmean/Gy 32.0±0.7a 32.7±0.7 32.4±0.7a脊髓PRV Dmax/Gy 24.1±1.1 24.3±1.2 24.3±1.1 2.5D 2.5F 5.0D Dmean/Gy 34.9±2.1a 35.0±2.0 36.3±1.9ab 25 25 25 Dmean/Gy 27.3±1.4a 27.5±1.4 27.6±1.9ab加速器跳数/MU 6 094.4±453.1a 5 988.8±450.1 3 286.7±252.4ab 438.8±31.8a 431.4±31.7 241.3±17.7ab 51.7±2.8 51.7±2.7 52.3±3.0 31.3±0.5a 31.9±0.5 31.7±0.8a 50.4±0.2 50.5±0.2 50.4±0.1 27.5±2.3a 28.1±2.4 27.9±2.6a

2.2 机器跳数和照射时间比较

2.5D、2.5F 和5.0D 组的机器跳数平均值分别为6 094、5 988和3 286 MU。5.0D组的机器跳数降低显著，与2.5D 和2.5F 组相比分别降低46.1%和45.1%，差异有统计学意义（t=17.703、-40.698,P＜0.05）。5.0D 组的照射时间与2.5D 和2.5F 组相比分别降低45.0%、44.1%，差异有统计学意义（t=17.654、-40.414,P＜0.05）。另外，2.5D 和2.5F 组相比，在使用相同的射野宽度时动态钨门技术将会增加机器跳数和照射时间，分别增加1.8%和1.7%，差异有统计学意义（t=-41.638、-41.574,P＜0.05）。

3 讨论

TOMO 通过64对二元化气动多叶光栅给予靶区360°照射，其中每圈共51 个投影角度照射靶区，每个子野100级以上的强度调制能力，调制能力远高于常规IMRT 和VMAT 等技术［11-15］。对于宫颈癌患者使用TOMO 技术对于某些危及器官的保护优于IMRT和VMAT 等技术［2,16］。杨波等［2］研究中，宫颈癌术后患者使用TOMO 技术靶区的CI和HI显著提高，并且TOMO 得到的膀胱V40相比于IMRT 和VMAT 技术分别降低7%和4%，直肠V40分别降低8%和2%。但是TOMO 技术得到的机器跳数和照射时间与IMRT 和VMAT 等技术相比却成倍增加，显著降低治疗效率［17-18］。

本研究比较了动态钨门技术和固定钨门技术在宫颈癌术后放疗中的应用。研究结果表明，动态钨门技术对于宫颈癌术后调强放疗具有一定的剂量学优势，在相同射野宽度时，使用动态钨门技术可以提高计划质量，其中直肠和膀胱（V20、V40和Dmean）、小肠（V20和Dmean）、骨（Dmean）等参数均降低，但是2.5D组的机器跳数和照射时间与2.5F 组相比，分别增加1.8%和1.7%；5.0D组的整体计划质量优于2.5F组，5.0D组的直肠（V20、V40和Dmean）、膀胱（V20、V40和Dmean）、小肠（V20）均优于2.5F组，而骨、股骨头和小肠的Dmean高于2.5F 组。本研究结果与国内外研究结果基本一致［7,19-20］，在Manabe等［7］研究中，2.5 cm 动态钨门得到的计划质量最好，其中2.5 cm 动态钨门、2.5 cm 固定钨门和5.0 cm 动态钨门得到的肺V5分别为18.5%、21.8%和20.1%，V20为4.0%、4.7%和4.4%。动态钨门技术在靶区纵向边缘实现宽度调制，钨门最小宽度缩短至1 cm，其实质是可以缩短射野的半影宽度，通过胡志辉等［21］研究可知，1.0 cm固定钨门的半影宽度为8.38 mm、2.5 cm 固定钨门为17.92 mm、2.5 cm 动态钨门为7.51 mm、5.0 cm 固定钨门为33.73 mm 以及5.0 cm 动态钨门为6.97 mm，射野宽度2.5 cm 和5.0 cm 的动态钨门的半影宽度比固定钨门相比分别减少10.41 和26.76 mm。另外，5.0D 组在计划质量优于2.5F 组的同时，可以显著降低机器跳数和照射时间，分别降低45.1%和44.1%。本研究选择的是宫颈癌术后患者，靶区长度与常规宫颈癌相比较短，靶区周围相邻的危及器官有一定的差异，该研究结果具有一定的局限性。因此，本研究结果不一定适用于常规宫颈癌螺旋断层放疗，需要进一步研究。

总之，通过使用射野宽度5.0 cm的动态钨门技术可以得到优于射野宽度2.5 cm 固定钨门的计划质量的同时有效地降低照射时间，提高治疗效率。因此，综合考虑计划质量和治疗效率，推荐使用射野宽度5.0 cm 的动态钨门技术替代升级前的射野宽度2.5 cm 固定钨门技术应用于宫颈癌术后患者的放疗应用。另外，通过本研究可知，射野宽度2.5 cm 的动态钨门得到的计划质量最优，如果不考虑治疗效率可以使用该照射技术。