鄭士明 李玉成 史鐘 毛仙芝 邵凱南 張磊

[摘要] 目的 通過對(duì)直腸癌患者分別設(shè)計(jì)固定劑量率旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)（FDR-IMAT）和可變劑量率容積弧形調(diào)強(qiáng)（RapidArc）計(jì)劃進(jìn)行劑量學(xué)分析，為采用旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)治療直腸癌提供合適的治療方式。 方法 選取2017年1～12月我院直腸癌患者10例。用Raystation計(jì)劃系統(tǒng)分別對(duì)每個(gè)患者設(shè)計(jì)FDR-IMAT和RapidArc計(jì)劃，采用相同的優(yōu)化目標(biāo)參數(shù)。結(jié)果 兩種計(jì)劃均能滿足臨床要求，危及器官膀胱V40，小腸的Dmax、V35、V40無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P>0.05）;RapidArc計(jì)劃相比FDR-IMAT計(jì)劃，跳數(shù)減少，治療時(shí)間減少，有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.05）;靶區(qū)適形度指數(shù)（CI）無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P>0.05）。靶區(qū)均勻性指數(shù)（HI）RapidArc好于FDR-IMAT，有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.05）。 結(jié)論 在直腸癌放療方面，RapidArc技術(shù)相比FDR-IMAT技術(shù)，受照射的危及器官?zèng)]有差異，但治療跳數(shù)變少，治療時(shí)間大大縮減，對(duì)于一些沒有RapidArc技術(shù)的加速器可以選擇使用FDR-IMAT進(jìn)行放射治療。

[關(guān)鍵詞] 放射治療;直腸癌;固定劑量率;容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)

[中圖分類號(hào)] R735.37;R730.55 ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] B ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] 1673-9701（2019）32-0097-04

Research analysis ofintensity-modulated arc therapyapplied in rectal cancer based on varian 23EX linear accelerator fixed dose rate

ZHENG Shiming1 ? LI Yucheng2 ? SHI Zhong3 ? MAO Xianzhi1 ? SHAO Kainan1 ? ZHANG Lei1

1.Radiation Physics Room， Zhejiang Cancer Hospital， Hangzhou ? 310022， China; 2.Department of Radiotherapy， Zhejiang People's Hospital， Hangzhou ? 310014， China; 3.Department of Chemotherapy， Zhejiang Cancer Hospital， Hangzhou ? 310022， China

[Abstract] Objective To design dosimetric analysis of patients with rectal cancer by fixed dose rate intensity-modulated arc therapy（FDR-IMAT） and variable dose rate volume tricintensity-modulated arc therapy（RapidArc）， and to provide suitable treatment for rectal cancer treated withintensity-modulated arc therapy. Methods Ten patients with rectal cancer in our hospital from January to December 2017 were selected. The FDR-IMAT and RapidArc plans were designed for each patient， by the Raystation planning system and the same optimization target parameters. Results Both plans met the clinical requirements， endangering organ V40， Dmax， V35， V40 of the small intestine， there was no significant difference between the two plans（P>0.05）. The hop count in the RapidArc plan was reduced， and the treatment time was reduced， compared to that of the FDR-IMAT plan. And there was a statistical difference（P<0.05）. The target area conformity index（CI） had no statistical difference（P>0.05）. Target area homogenous index（HI） of RapidArc was better than that of FDR-IMAT， with statistical difference（P<0.05）. Conclusion In the radiotherapy for rectal cancer， there are no significant difference in the irradiated endangered organs between the RapidArc technique and the FDR-IMAT technique， but the number of treatment hops of RapidArcis reduced and the treatment time is greatly reduced. For some accelerators without RapidArc technology， FDR-IMAT can be selected for radiation therapy.

[Key words] Radiation therapy; Rectal cancer; Fixed dose rate; Volume intensity-modulated arc therapy

直腸癌是現(xiàn)在世界上最常見的腫瘤之一[1-2]，放射治療是治療直腸癌的重要手段之一。在世界范圍內(nèi)，它是男性中排名第三位的常見惡性腫瘤，在女性中排名第二位[3]，目前直腸癌放療技術(shù)主要有3D-CRT（3-dimensional conformal radiation therapy）技術(shù)、IMRT（Intensity Modulated Radiotherapy）技術(shù)、FDR-IMAT（Fixed Dose Rate-Intensity modulated Arc Therapy）技術(shù)、RapidArc技術(shù)等。目前資料中大部分均為3D-CRT技術(shù)、IMRT技術(shù)與RapidArc技術(shù)的劑量學(xué)比較[4-9]，很少有固定劑量率旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)與容積弧形調(diào)強(qiáng)之間劑量學(xué)比較的相關(guān)報(bào)道。本研究基于Varian 23EX直線加速器，采用Raystation計(jì)劃系統(tǒng)對(duì)直腸癌患者分別做FDR-IMAT和RapidArc計(jì)劃，比較兩種計(jì)劃的靶區(qū)及危及器官的限量，為采用FDR-IMAT技術(shù)治療直腸癌提供可能。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

隨機(jī)選取本院2017年1～12月直腸癌患者10例，年齡39～64歲，中位年齡60歲，其中男8例，女2例，所有患者卡氏評(píng)分（KPS）均大于70。

1.2 模擬定位

患者定位前1 h排空膀胱和直腸后充分飲水，充盈膀胱，患者俯臥位于有孔腹部定位板，將腹部自然置于孔內(nèi)下垂，使小腸位于照射野外，減少放療時(shí)小腸的受量，保護(hù)小腸受照射體積，采用熱塑體膜固定。采用GE high-speed 80 cm CT模擬定位機(jī)進(jìn)行掃描，掃描范圍為第1腰椎至坐骨結(jié)節(jié)下 10～15 cm，層厚 5 mm，將掃描圖像以DICOM格式傳輸至Raystation三維放射治療計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行三維圖像重建。

1.3 靶區(qū)勾畫

臨床醫(yī)生根據(jù)ICRU[10]報(bào)告勾畫靶區(qū)，包括腫瘤靶區(qū)（GTV）、臨床靶區(qū)（CTV）和計(jì)劃靶區(qū)（PTV），并勾畫出膀胱（Bladder）、小腸（Intestine）、左股骨頭（Head of femur-l）和右股骨頭（Head of femur-r）等正常危及器官。處方劑量為4500 cGy/25次，PTV≥95%，PTV內(nèi)高劑量點(diǎn)不得大于處方劑量的110%。正常組織限量要求：膀胱V40<40%，小腸Dmax<5000 cGy，V35<180 cm3，V40<100 cm3，左右股骨頭V50<5%。

1.4計(jì)劃設(shè)計(jì)

用Raystation計(jì)劃系統(tǒng)分別對(duì)每個(gè)患者設(shè)計(jì)FDR-IMAT計(jì)劃和RapidArc計(jì)劃，目標(biāo)參數(shù)不變，能量為6 MV，統(tǒng)一使用計(jì)劃系統(tǒng)提供的“Dual Arc”功能生成順時(shí)針和逆時(shí)針方向的對(duì)偶弧。使用230°～130°的對(duì)偶弧。出束點(diǎn)間隔4°，單次優(yōu)化迭代60次，通量?jī)?yōu)化迭代20次。IMAT采用200 MU/min固定劑量率，VMAT采用0～600 MU/min的可變劑量率。

1.5 評(píng)估方法

1.5.1 靶區(qū)的評(píng)估 ?在保證處方劑量線包繞靶區(qū)的體積達(dá)到95%的前提下，比較兩種計(jì)劃的靶區(qū)適形指數(shù)（CI）和均勻性指數(shù)（HI），來評(píng)價(jià)計(jì)劃的靶區(qū)劑量分布。

適形指數(shù)（CI）：CI=■×■

VT，ref：處方劑量包圍的靶區(qū)體積，VT：靶區(qū)體積，Vref處方劑量線包圍的所有區(qū)域的體積。適形指數(shù)取值在0～1，適形指數(shù)值越高說明適形度越好。

均勻性指數(shù)（HI）：HI=（D2%-D98%）/D50%，其中D2%、D98%、D50%分別是2%、98%、50%計(jì)劃靶區(qū)所接受的照射劑量。均勻性指數(shù)越小，說明靶區(qū)均勻性越好。

1.5.2 危機(jī)器官劑量參數(shù) ?比較膀胱、小腸、左右股骨頭的限量：膀胱V40<40%，小腸Dmax<5000 cGy，V35<180 cm3，V40<100 cm3，左右股骨頭V50<5%。

1.5.3 治療時(shí)間和治療跳數(shù) ?在Raystation計(jì)劃系統(tǒng)中，直接讀取兩種計(jì)劃的治療時(shí)間和治療跳數(shù)，并比較兩種計(jì)劃治療時(shí)的治療時(shí)間和治療跳數(shù)。

1.5.4 劑量學(xué)比較 ?在Raystation計(jì)劃系統(tǒng)中，顯示兩種計(jì)劃的劑量體積直方圖（DVH）并進(jìn)行比較，并對(duì)兩種計(jì)劃進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS22.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)每個(gè)計(jì)量資料指標(biāo)進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，分別對(duì)腫瘤靶區(qū)劑量、正常組織限量、治療跳數(shù)及治療時(shí)間、DVH圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩種計(jì)劃靶區(qū)的劑量學(xué)參數(shù)比較

由表1可以看出兩種計(jì)劃均能滿足臨床要求，兩者最低劑量有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，最大劑量無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，兩種計(jì)劃的靶區(qū)適形指數(shù)沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，均勻性RapidArc計(jì)劃略好于FDR-IMAT計(jì)劃，有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.05）。

表1 ? 兩種計(jì)劃靶區(qū)的劑量學(xué)參數(shù)比較（x±s）

2.2兩種計(jì)劃的危及器官劑量學(xué)參數(shù)比較

由表2可以得出兩種計(jì)劃的危及器官指標(biāo)均無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。

2.3 兩種計(jì)劃的治療時(shí)間和機(jī)器跳數(shù)比較

由表3可以得出FDR-IMAT計(jì)劃治療時(shí)間大于RapidArc計(jì)劃治療時(shí)間，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。

2.4 計(jì)劃?rùn)?quán)重及劑量分布

分別設(shè)計(jì)RapidArc和FDR-IMAT計(jì)劃均能滿足臨床醫(yī)生的研究要求，封三圖5為同一例患者兩種計(jì)劃的控制點(diǎn)劑量權(quán)重圖比較，封三圖6為同一例患者兩種計(jì)劃不同切面的劑量分布圖比較，封三圖7為同一患者兩種計(jì)劃的DVH比較。

3討論

近年來容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)技術(shù)（RapidArc）發(fā)展迅速， 國(guó)內(nèi)外已有多篇報(bào)道顯示其在多個(gè)腫瘤部位的劑量學(xué)和效率優(yōu)勢(shì)[11-15]。國(guó)內(nèi)外對(duì)于FDR-IMAT技術(shù)的研究相關(guān)文獻(xiàn)比較少，本文對(duì)10例直腸癌患者的RapidArc計(jì)劃和FDR-IMAT計(jì)劃進(jìn)行劑量學(xué)的比較，旨在研究FDR-IMAT技術(shù)在劑量學(xué)方面可以用于直腸癌患者的治療，為沒有可變劑量率旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)的單位開展旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)的技術(shù)提供可能。

10例直腸癌患者的RapidArc計(jì)劃在Varian Trilogy加速器模型上進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，F(xiàn)DR-IMAT計(jì)劃在Varian 23EX加速器模型上進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，我院在調(diào)試驗(yàn)收兩臺(tái)加速器時(shí)對(duì)這兩臺(tái)加速器的百分深度劑量曲線（PDD）等物理參數(shù)進(jìn)行了匹配使其誤差不超過1%。Beyer[16]研究表明當(dāng)兩臺(tái)加速器匹配之后的物理參數(shù)相差不超過1%時(shí)，即認(rèn)為其模型基本一致。因此這兩臺(tái)機(jī)器模型計(jì)算出來的劑量結(jié)果可以進(jìn)行劑量學(xué)比較。

由表1可以看出兩者的適形指數(shù)沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P>0.05），但是均勻指數(shù)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.05），分析由于其弧數(shù)相同以及都是每隔4°一個(gè)控制點(diǎn)所以其適形指數(shù)基本一致。但是其均勻指數(shù)RapidArc計(jì)劃要好于FDR-IMAT計(jì)劃其原因可能是由于RapidArc計(jì)劃的劑量率可變，所以對(duì)于靶區(qū)內(nèi)劑量的控制要優(yōu)于FDR-IMAT計(jì)劃。但是由表2可得出無論是危及器官的最大點(diǎn)劑量還是其體積劑量?jī)烧咧g均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，因此在一定程度上FDR-IMAT技術(shù)可以代替RapidArc技術(shù)。

由表3發(fā)現(xiàn)在治療時(shí)間方面，F(xiàn)DR-IMAT計(jì)劃的時(shí)間是RapidArc計(jì)劃的1.5倍左右，這是由于RapidArc技術(shù)的劑量率可以從100～600 MU/min之間進(jìn)行變化，它可以通過計(jì)算在合適的角度提高劑量率獲得更高的劑量以及通過降低劑量率來減少輸出劑量，筆者使用的 FDR-IMAT技術(shù)則是選定200 MU/min的劑量率其原因是考慮到計(jì)劃劑量分布與執(zhí)行效率的平衡。因此，其治療速度要慢于RapidArc 技術(shù)。由表1、2和圖2、3可以得出在劑量學(xué)上均可用于臨床治療，但固定劑量率旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)可在Varina 23EX加速器上進(jìn)行治療，此加速器作為一款應(yīng)用范圍很廣的機(jī)器，為一些將要開展旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)而沒有先進(jìn)機(jī)器的醫(yī)院提供了可能，另外固定劑量率旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)的機(jī)架以恒定速度轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)器出束更穩(wěn)定，損耗更小。除此之外，杜鋒磊等[17]使用我院Varian 23EX 加速器模型設(shè)計(jì)了10例FDR-IMAT技術(shù)的直腸癌計(jì)劃并使用MapCheck進(jìn)行驗(yàn)證得到其DTA和Gamma通過率均大于95%，因此單純Gamma通過率方面考慮FDR-IMAT也可以用于放射治療。另外，由于患者選取數(shù)量較少，結(jié)果存在一定誤差，后期加大患者數(shù)據(jù)再進(jìn)行具體分析。此外龍雨松等[18]在肺癌固定劑量率旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)和容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)的劑量學(xué)分析中，表示RapidArc技術(shù)是優(yōu)于FDR-IMAT技術(shù)的，這可能是不同病種導(dǎo)致的結(jié)果，后期我們會(huì)對(duì)不同病種進(jìn)行分析如前列前癌、鼻咽癌、宮頸癌等來研究何種疾病是適合FDR-IMAT技術(shù)的，為要開展旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)的醫(yī)院提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

綜上所述，F(xiàn)DR-IMAT技術(shù)雖然在治療速度上要慢于RapidArc技術(shù)，但是靶區(qū)適形指數(shù)以及危及器官限量均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，因此為一些將要開展旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)而沒有先進(jìn)機(jī)器的醫(yī)院提供了可能。另外，我們只是單純從劑量學(xué)角度對(duì)比了RapidArc技術(shù)與FDR-IMAT技術(shù)，但是對(duì)于它們的臨床療效仍需要長(zhǎng)期和大數(shù)據(jù)的觀察分析。后期，我們會(huì)跟臨床醫(yī)生分析患者放療后的療效，為FDR-IMAT計(jì)劃提供一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] Overman VP. American Cancer Society[J]. International Journal of Dental Hygiene，2006，4（2）：109.

[2] 陳萬(wàn)青，孫可欣，鄭榮壽，等. 2014年中國(guó)分地區(qū)惡性腫瘤發(fā)病和死亡分析[J]. 中國(guó)腫瘤，2018，27（1）：1-14.

[3] 劉芳芳.結(jié)直腸癌免疫治療的研究及前景展望[J].世界華人消化雜志，2015，28（4）：4464-4472.

[4] Torrela，Bray F，Siwgel RL，et al.Globalcanxer statistics，2012[J].CA Cancer J Clin，2015，65（2）：87-108.

[5] 李潤(rùn)霄，遲子鋒，曹彥坤，等.直腸癌靜態(tài)調(diào)強(qiáng)與容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃的劑量學(xué)對(duì)比研究[J].中華放射醫(yī)學(xué)與輻射防護(hù)雜志，2015，35（2）：123-127.

[6] 汪琳，張紅雁，錢立庭，等.直腸癌術(shù)前容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療和五野靜態(tài)調(diào)強(qiáng)放療的劑量學(xué)比較[J].安徽醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，51（5）：731-734.

[7] 楊波，龐廷田，孫顯松，等.直腸癌術(shù)前容積調(diào)強(qiáng)與固定野調(diào)強(qiáng)技術(shù)的劑量學(xué)比較[J].協(xié)和醫(yī)學(xué)雜志，2014，（2）：179-183.

[8] Shi J，Yang F，Ju X，et al. Comparative study on dosimetry of VMAT and IMRT in assisted radiotherapy after radical resection of rectal cancer[J]. Oncology Letters，2017，13（5）：2971-2974.

[9] Zhao J，Hu W，Cai G，et al. Dosimetric comparisons of VMAT，IMRT and 3DCRT for locally advanced rectal cancer with simultaneous integrated boost[J]. Medical Physics，2016，7（5）：6345-6351.

[10] Jones D. ICRU Report 50-Prescribing，Recording and Reporting Photon Beam Therapy[J]. Medical Physics，1994， 21（6）：833-834.

[11] Wolff D，Stieler F，Welzel G，et al. Volumetric modulated arc therapy（VMAT）vs serial tomotherapy，step-and-shoot IMRT and 3D-conformal RT for treatment of prostate cancer[J]. Radiotherapy & Oncology，2009，93（2）：226-233.

[12] Bertelsen A，Hansen CR，Johansen J，et al. Single Arc Volumetric Modulated Arc Therapy of head and neck cancer[J]. Radiotherapy & Oncology Journal of the European Society for Therapeutic Radiology & Oncology，2010， 95（2）：142-148.

[13] Samuel D McGrath，Martha M Matuszak，et al. Volumetric Modulated Arc Therapy for delivery of hypofractionated stereotactic lung radiotherapy：Adosimetric and treatment efficiency analysis[J].Radiotherapyand Oncology，2010， 95（2）：153-157.

[14] 袁藝. IMRT與VMAT在不同瘤體長(zhǎng)度胸上段食管癌中的劑量學(xué)比較[D]. 南昌大學(xué)， 2018.

[15] 陳進(jìn)琥，尹勇.頸段食管癌固定野調(diào)強(qiáng)與旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃比較研究[J].中華放射腫瘤學(xué)雜志，2010，19（5）：429-433.

[16] Beyer GP. Commissioning measurements for photon beam data on three TrueBeam linear accelerators，and comparison with Trilogy and Clinac 2100 linear accelerators[J]. Journal of Applied Clinical Medical Physics，2013，14（1）：4077.

[17] 杜鋒磊，趙凱，史國(guó)棟，等. Varian Clinical 23EX加速器固定劑量率容積調(diào)強(qiáng)技術(shù)的MapCheck劑量驗(yàn)證[J]. 中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2017，34（8）：776-782.

[18] 龍雨松，譚軍文，賀先桃，等.肺癌固定劑量率旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)和容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)的劑量學(xué)分析[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2018，35（2）：176-182.

（收稿日期：2019-01-18）