劉娟，李雙雙，高山寶，閆婧，侯震，朱麗晶

1.南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院腫瘤中心，江蘇南京210000；2.東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院生物電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室、醫(yī)學(xué)電子學(xué)實(shí)驗室，江蘇南京210096

前言

宮頸癌是最常見的婦科惡性腫瘤，其發(fā)病率非常高，占我國女性惡性腫瘤之首［1］。放療作為宮頸癌的主要治療手段，在改善局部控制率及提高總生存時間上是得到肯定的［2-3］。常規(guī)放療技術(shù)多采用二維模式，照射區(qū)內(nèi)的正常組織受照面積過大，易引起嚴(yán)重急性反應(yīng)或遠(yuǎn)期癥狀。調(diào)強(qiáng)放射治療（IMRT）和容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療（VMAT）的應(yīng)用使宮頸腫瘤照射更加精確，正常組織能得到很好的保護(hù)。尤其是螺旋斷層放射治療（Helical Tomotherapy,HT）的出現(xiàn)，其整合IMRT、影像引導(dǎo)放療（Image-Guided Radiation Therapy,IGRT）和劑量引導(dǎo)放療為一體，是目前世界高端的腫瘤放療設(shè)備之一，結(jié)合CT影像引導(dǎo)行360°聚焦式的斷層照射，對腫瘤患者進(jìn)行精準(zhǔn)、安全、高效的治療，無疑給宮頸癌患者帶來了新的曙光。本研究對25例宮頸癌盆腔照射患者分別采用HT與七野-靜態(tài)調(diào)強(qiáng)放療（7F-IMRT）治療技術(shù)比較劑量學(xué)差異，旨在為HT技術(shù)進(jìn)一步深入運(yùn)用于宮頸癌外照射提供參考數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

收集南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院2015年3月～2017年10月期間接受HT治療的25例宮頸癌盆腔外照射的患者；均有病理診斷；患者年齡35～88歲，中位年齡55歲；患者一般情況較好，KPS評分≥70分。

1.2 主要設(shè)備

美國螺旋斷層放射治療系統(tǒng)（Helical Tomotherapy,Hi-ART），Hi-Art Version 5.1.1三維治療計劃系統(tǒng)（HT組），Philips公司的Pinnacle39.10三維治療計劃系統(tǒng)（7F-IMRT組），Philips公司的Brilliance CT6模擬定位機(jī)（CT-SIM），美科PBSV4.1膀胱超聲掃描儀，德國LAP移動激光燈，碳纖維俯臥位定位板、頭枕及體膜、金點(diǎn)等。

1.3 定位方法

（1）定位前準(zhǔn)備：定位前1 h囑咐患者排空膀胱，飲用800 mL約10%濃度CT造影劑使腸道顯影，自感膀胱充盈后，用超聲膀胱掃描儀檢測尿量；（2）定位固定：采用俯臥位，確保腹盆部自然垂入俯臥位定位板的方孔內(nèi)，雙臂上舉交叉置于額下，并保證患者身體正中矢狀面與定位板中垂線一致、背部與定位板平行，體膜固定，利用激光燈在皮膚和體模上均做標(biāo)記，并在膜上貼金點(diǎn)；（3）影像獲?。簰呙璺秶话阕缘?腰椎上緣至盆腔下緣5～10 cm處，120 kV，250 mAs，層厚5 mm，平掃+增強(qiáng)掃描；（4）后續(xù)工作：將數(shù)據(jù)傳輸至Pinnacle39.10計劃系統(tǒng)，在患者皮膚標(biāo)記“十”字處貼上保護(hù)膜，記錄好數(shù)據(jù)，由雙人審核簽字。

1.4 靶體積及危及器官的勾畫

根據(jù)ICRU 62和83號報告，由婦科腫瘤放療醫(yī)師勾畫靶區(qū)與危及器官。腫瘤體積（GTV）包括MRI、CT顯示的宮頸病灶和腫大淋巴結(jié)；臨床靶體積（CTV）包括子宮頸體、宮旁及盆腔淋巴引流區(qū)域；計劃靶區(qū)（PTV）在CTV基礎(chǔ)上外放5～8 mm生成。危及器官包括小腸、結(jié)腸、直腸、膀胱及雙側(cè)股骨頭等。由物理師創(chuàng)建不同劑量梯度的劑量限制環(huán)Ring及輔助限量區(qū)域Avoid，并將圖像和勾畫輪廓傳輸至TOMO計劃系統(tǒng)。

1.5 治療計劃設(shè)計

采用Hi-Art Version 5.1.1和Philips Pinnacle39.10治療計劃系統(tǒng)對每例患者分別進(jìn)行HT組和7FIMRT組兩種計劃設(shè)計。處方劑量：46～50 Gy/23～25 f（根據(jù)患者實(shí)際治療劑量確定，保證每個患者兩種計劃處方劑量一致）。要求95%的PTV應(yīng)獲得100%的處方劑量。劑量限定如表1所示。

表1 靶區(qū)及正常組織劑量限定Tab.1 Dose limits for PTV and OAR

1.5.1 HT計劃設(shè)計 計劃模式為逆向調(diào)強(qiáng)，6 MV X線，劑量率864 MU/min，64對多葉準(zhǔn)直器（MLC）；設(shè)定靶區(qū)處方劑量、劑量計算網(wǎng)格為Fine、射野的寬度選2.5 cm、螺距（Pitch）設(shè)定0.43、調(diào)制因子初設(shè)2.0，根據(jù)優(yōu)化情況進(jìn)行調(diào)整，一般都不超過2.8，設(shè)定各劑量限定的優(yōu)先權(quán)重（優(yōu)化中時時調(diào)整）進(jìn)行優(yōu)化，得到最佳的劑量分布，然后進(jìn)行Get Full Dose運(yùn)算以考慮散射的完全劑量計算，最后進(jìn)行Final Dose計算，得到最終計劃。

1.5.2 7F-IMRT計劃設(shè)計 調(diào)強(qiáng)方式為靜態(tài)調(diào)強(qiáng)（step and shot），采用逆向設(shè)計，七野共面射野，6 MVX線，劑量率為560 MU/min，40對MLC；入射角度為0°、50°、100°、155°、205°、260°、310°，根據(jù)靶區(qū)劑量和危及器官劑量規(guī)定設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)。子野數(shù)量限定60個，最小子野面積9 cm3，最小子野機(jī)器輸出跳數(shù)5 MU，進(jìn)行計劃優(yōu)化，通過反復(fù)調(diào)整優(yōu)化條件或目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重，以獲得較理想的劑量分布，最后進(jìn)行劑量歸一（95%的PTV達(dá)到處方劑量）。

1.6 評價指標(biāo)

計劃評價是基于各斷面的劑量分布及劑量體積直方圖（DoseVolume Histogram,DVH）進(jìn)行各參數(shù)比較。（1）靶區(qū)劑量參數(shù)：D1（1%體積的PTV受到的最大劑量）、D2、D98（98%體積的PTV受到的最小劑量）、D95、平均劑量（Dmean）和中位劑量（D50）；（2）PTV 適形度指數(shù)（Conformity Index,CI）［4］：用來評價等劑量線與靶區(qū)PTV的適形度，CI=(TVRI/TV)×(TVRI/VRI)，其中TVRI為處方劑量線包繞的靶體積，TV為靶體積，VRI為處方劑量包繞的體積，CI的范圍為0～1，其值越接近1表示靶區(qū)適形度越好［5］；（3）靶區(qū)均勻性指數(shù)（Homogeneity index,HI）［6］：用來反映靶區(qū)內(nèi)的劑量分布均勻性，HI=D2-D98/D50，其值越接近0表示均勻性就越好，數(shù)值越大表示劑量分布越不均勻［7-8］；（4）兩種計劃危及器官比較，包括小腸、結(jié)腸、直腸和膀胱的最大劑量（Dmax）、Dmean和30、40、50 Gy 劑量受照射的體積（V30、V40、V50）；雙側(cè)股骨頭Dmax、Dmean、股骨頭接受25 Gy受照的體積（V25）及5%的體積受照的劑量（D5）。

1.7 統(tǒng)計學(xué)方法

應(yīng)用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件，數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用配對t檢驗對兩種治療計劃的劑量學(xué)進(jìn)行差異分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

25例患者均能配合治療，未出現(xiàn)嚴(yán)重的不良反應(yīng)，順利完成治療。

2.1 靶區(qū)劑量分布與DVH圖比較

圖1為某例患者兩種計劃中心截面的劑量分布，包括橫斷面、矢狀面和冠狀面。圖2為該患者兩種計劃的DVH圖。與7F-IMRT計劃比較，HT計劃處方等劑量線對靶區(qū)包繞更好，而且靶區(qū)的CI和HI更優(yōu)，劑量分布更理想。

圖1 兩種治療計劃中心截面的等劑量分布Fig.1 Isodose distribution in the central section of two treatment plans

2.2 兩種治療計劃的PTV劑量參數(shù)比較

本研究劑量分布顯示，HT和7F-IMRT兩種放療計劃中靶區(qū)的覆蓋均能滿足臨床劑量要求。HT計劃PTV的D1、D2分別為（51.19±2.12）Gy、（50.99±2.11）Gy，比7F-IMRT計劃（52.44±2.18）Gy、（52.34±2.19）Gy低（P＜0.001,P＜0.001）；HT計劃和7F-IMRT計劃的Dmean分別是（50.25±2.00）Gy、（50.47±1.97）Gy（P=0.048），D98分別是（47.85±1.98）Gy、（47.03±1.81）Gy（P＜0.001），D95分別是（48.68±1.95）Gy、（48.39±1.86）Gy（P=0.015）。結(jié)果表明HT技術(shù)在盡可能保證靶區(qū)的最小劑量接近處方劑量，同時降低靶區(qū)內(nèi)的熱點(diǎn)區(qū)，使靶區(qū)的劑量線梯度越陡直；HT計劃和7F-IMRT計劃的CI分別為0.898±0.017和0.834±0.013（P＜0.001），HT計劃的CI值更接近于1，適形度優(yōu)于7F-IMRT；HT計劃和7F-IMRT計劃的HI分別為0.062±0.012和0.109±0.019（P＜0.001），HT計劃的HI值更接近于0，靶區(qū)劑量分布更均勻。具體參數(shù)如表2所示。

圖2 同例患者兩種治療PTV和危及器官DVH圖比較Fig.2 Dose-volume histogram comparison of PTV and OAR in two treatment plans of the same patient

表2 HT計劃和7F-IMRT計劃的PTV劑量參數(shù)比較（±s）Tab.2 Comparison of dose parameters in planning target volume between HT plan and 7F-IMRT plan(Mean±SD)

表2 HT計劃和7F-IMRT計劃的PTV劑量參數(shù)比較（±s）Tab.2 Comparison of dose parameters in planning target volume between HT plan and 7F-IMRT plan(Mean±SD)

CI:Conformity index;HI:Homogeneity index

Plan HT 7F-IMRT P value D98/Gy 47.85±1.98 47.03±1.81＜0.001 CI 0.898±0.017 0.834±0.013＜0.001 HI 0.062±0.012 0.109±0.019＜0.001 Dmean/Gy 50.25±2.00 50.47±1.97 0.048 D1/Gy 51.19±2.12 52.44±2.18＜0.001 D2/Gy 50.99±2.11 52.34±2.19＜0.001 D95/Gy 48.68±1.95 48.39±1.86 0.015

2.3 兩種治療計劃危及器官的劑量參數(shù)比較

對于小腸，兩組比較除了V50無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.130），Dmax、Dmean、V30和V40均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001,P＜0.001，P＜0.001,P=0.001），HT組均優(yōu)于7F-IMRT組；對于結(jié)腸除了V50無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.051），Dmax、Dmean和V30全部有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001,P＜0.001,P＜0.001），HT組和7F-IMRT組的V40分別為（11.00±8.73）%、（11.82±1.64）%（P=0.006）。具體參數(shù)如表3所示。

對于直腸，HT 組的 Dmax、Dmean、V30和 V40分別為（51.14±2.10）Gy、（40.61±5.44）Gy、（80.58±19.76）%、（55.70±17.56）%均顯著低于7F-IMRT組（P＜0.001,P＜0.001,P＜0.001，P＜0.001），HT組和7F-IMRT組的V50分別為（15.93±16.90）%、（25.85±24.99）%（P=0.006）；對于膀胱，除了V50無統(tǒng)計學(xué)差異（P=0.309），HT組的Dmax、Dmean、V30和 V40均明顯低于 7F-IMRT 組（P＜0.001,P＜0.001,P＜0.001,P＜0.001）。具體參數(shù)如表4所示。

對于雙側(cè)股骨頭，HT組的D5、Dmean、Dmax和V25均明顯低于7F-IMRT組（P＜0.001,P＜0.001,P＜0.001,P＜0.001）。具體參數(shù)如表5所示。

表3 HT計劃與7F-IMRT計劃小腸和結(jié)腸的劑量參數(shù)比較（±s）Tab.3 Comparison of dose parameters in small intestine and colon between HT plan and 7F-IMRT plan(Mean±SD)

表3 HT計劃與7F-IMRT計劃小腸和結(jié)腸的劑量參數(shù)比較（±s）Tab.3 Comparison of dose parameters in small intestine and colon between HT plan and 7F-IMRT plan(Mean±SD)

OAR Small intestine Colon Plan HT 7F-IMRT P value HT 7F-IMRT P value V30/%12.08±9.67 15.11±11.84＜0.001 18.72±11.30 22.48±11.95＜0.001 V40/%4.80±5.84 5.64±6.46 0.001 11.00±8.73 11.82±1.64 0.006 V50/%1.37±2.95 1.56±3.49 0.130 2.96±3.97 3.14±4.04 0.051 Dmean/Gy 19.42±5.04 20.38±5.22＜0.001 20.26±5.34 21.19±5.63＜0.001 Dmax/Gy 50.35±4.56 51.31±3.71＜0.001 51.11±2.15 52.30±2.24＜0.001

表4 HT計劃與7F-IMRT計劃直腸和膀胱的劑量參數(shù)比較（±s）Tab.4 Comparison of dose parameters in rectum and bladder between HT plan and 7F-IMRT plan(Mean±SD)

表4 HT計劃與7F-IMRT計劃直腸和膀胱的劑量參數(shù)比較（±s）Tab.4 Comparison of dose parameters in rectum and bladder between HT plan and 7F-IMRT plan(Mean±SD)

OAR Rectum Bladder Plan HT 7F-IMRT P value HT 7F-IMRT P value V30/%80.58±19.7655.70±17.5615.93±16.9040.61±5.4451.14±2.10 96.70±7.7285.07±13.4125.85±24.9945.59±3.6352.51±2.46＜0.001＜0.0010.006＜0.001＜0.001 68.99±12.7352.84±11.4023.26±19.8639.10±3.3151.67±2.06 79.17±9.0260.03±9.3223.69±19.6040.44±2.8653.13±2.17＜0.001＜0.0010.309＜0.001＜0.001 V40/%V50/%Dmean/Gy Dmax/Gy

表5 HT計劃與7F-IMRT計劃左右股骨頭的劑量參數(shù)比較（±s）Tab.5 Comparison of dose parameters in left and right femoral heads between HT plan and 7F-IMRT plan(Mean±SD)

表5 HT計劃與7F-IMRT計劃左右股骨頭的劑量參數(shù)比較（±s）Tab.5 Comparison of dose parameters in left and right femoral heads between HT plan and 7F-IMRT plan(Mean±SD)

OAR Femoral head-R Femoral head-L Plan HT 7F-IMRT P value HT 7F-IMRT P value V25/%29.58±17.6530.50±3.3224.32±3.0437.98±5.08 89.16±13.7741.14±1.6531.76±1.8946.37±1.77＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001 30.55±19.5430.13±3.4024.02±2.4437.05±4.79 86.46±13.6240.49±2.2431.66±2.3745.76±2.96＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001 D5/Gy Dmean/Gy Dmax/Gy

2.4 機(jī)器輸出跳數(shù)

HT計劃與7F-IMRT計劃的機(jī)器輸出量分別為（5 702±1 124）MU、（808±131）MU，HT計劃相對于7F-IMRT計劃的機(jī)器跳數(shù)平均增加了7.1倍（P＜0.001），延長了治療時間，降低了射線利用率。

3 討論

放射治療在宮頸癌的綜合性治療中有著重要的地位，但是常規(guī)放療可能會導(dǎo)致較為嚴(yán)重的消化系統(tǒng)和泌尿系統(tǒng)的并發(fā)癥，不僅嚴(yán)重影響了生活質(zhì)量，也影響了療效［9］。隨著放療技術(shù)的不斷發(fā)展，三維調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)日臻完善，宮頸癌IMRT技術(shù)在臨床上已應(yīng)用十余年，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在對正常組織的保護(hù)和毒性反應(yīng)的降低，最大可能提高療效，減低副作用，緩解患者的痛苦［10-12］。

近幾年，旋轉(zhuǎn)斷層調(diào)強(qiáng)技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，有效改善了放射治療的效能，如HT、VMAT及質(zhì)子治療等［13-14］。HT技術(shù)結(jié)合加速器與CT螺旋斷層掃描，是一種較新的調(diào)強(qiáng)模式，具有旋轉(zhuǎn)照射、螺旋式照射、MVCT-IGRT等多種放療技術(shù)優(yōu)勢。既往研究結(jié)果顯示，HT技術(shù)在腫瘤治療中顯示出更優(yōu)的靶區(qū)適形度、均勻性及對危及器官保護(hù)等優(yōu)勢，在腫瘤放療中取得更好的治療效果，并且放療相關(guān)副反應(yīng)耐受良好［15-18］。本研究對HT與7F-IMRT的劑量學(xué)優(yōu)勢進(jìn)行全面的比較，結(jié)果顯示在HT計劃中，其改善了放療計劃的CI和HI，顯著改善了劑量分布，同時滿足了劑量限制的需求，具有顯著的劑量學(xué)優(yōu)越性，明顯好于7F-IMRT計劃，為提高腫瘤治療的療效提供保障；在危及器官保護(hù)方面，HT計劃對小腸、結(jié)腸、膀胱、直腸及股骨頭等的保護(hù)均優(yōu)于7F-IMRT計劃，與既往楊宗霞等［19］研究結(jié)果類似。

HT是當(dāng)前唯一采用放療與驗證CT同源的圖像引導(dǎo)系統(tǒng)，成像精度非常高，高達(dá)±0.1 mm，在每次治療前進(jìn)行圖像配比，可依據(jù)腫瘤部位逐日的變動情況及時調(diào)整照射劑量、角度和范圍。由于盆腔腫瘤照射過程中存在小腸、結(jié)腸不自主運(yùn)動，受膀胱充盈和直腸擴(kuò)張的影響較大，使得腫瘤位置隨之改變，即便在一次治療開始與治療中都有可能因大便或尿液的積聚而不同，所以我們在每次治療前使用超聲膀胱測量儀檢測膀胱容量，直腸處于排便后狀態(tài)，盡可能跟定位時狀態(tài)保持一致。由于HT技術(shù)采用的是螺旋斷層治療，機(jī)器輸出量較高，MU數(shù)較多，治療時間延長，低劑量輻射區(qū)域較大，對射束的利用率不高，其風(fēng)險還需要進(jìn)一步評估［20］。

HT計劃可減少宮頸癌放療中危及器官的受量，滿足劑量限制的需求，對小腸、股骨頭及直腸的保護(hù)尤其突出，并且放療計劃的CI和HI明顯提高，改善劑量分布，從而優(yōu)化治療計劃。本研究也有一定的缺陷，比如病例數(shù)目過少、未跟后裝內(nèi)照射進(jìn)行劑量疊加后的評估等，后續(xù)會繼續(xù)擴(kuò)大樣本量，進(jìn)一步分析劑量分布與相關(guān)毒副作用及治療近、遠(yuǎn)期療效。