花威，張先穩(wěn)，茅冬俊，陳婷婷(通信作者)

江蘇省蘇北人民醫(yī)院腫瘤科 (江蘇揚州 225001)

近年來，我國直腸癌的發(fā)病率呈不斷升高的趨勢，主要發(fā)病原因可能與人們生活水平的提高及飲食和行為習(xí)慣的改變相關(guān)[1]。目前，手術(shù)仍是治療直腸癌患者的主要方式，而放射治療主要用于新輔助和輔助治療前[2]。容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療(volumetric modulated arc therapy，VMAT)作為一種較先進(jìn)的放射治療技術(shù)，具有高效、快捷的特點。其在各類惡性腫瘤放射治療中的應(yīng)用中均已有報道，且相關(guān)研究表明，與傳統(tǒng)調(diào)強(qiáng)技術(shù)相比，VMAT具有更好的靶區(qū)適形度和均勻性，能夠縮短治療時間，減少危及器官的受量[3-5]。VMAT在直腸癌放射治療中的報道多局限于放射治療計劃中的劑量學(xué)比較，罕見計劃驗證方面的分析。基于此，本研究將從治療計劃系統(tǒng)(treatment planning system，TPS)計劃值和COMPASS系統(tǒng)驗證結(jié)果來探討VMAT在直腸癌中的應(yīng)用效果，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2019年11月至2020年12月于我院行放射治療的10例直腸癌患者的臨床資料，其中男7例，女3例；年齡41～69歲，中位年齡58歲；臨床分期為Ⅲ期，疾病類型為腺癌。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會審核批準(zhǔn)。

1.2 儀器設(shè)備

美國VARIAN IX直線加速器，Eclipse13.5治療計劃系統(tǒng)；美國GE公司大孔徑CT；比利時IBA公司COMPASS三維劑量驗證系統(tǒng)；德國PTW公司UNIDOSE型劑量儀，有效測量體積為0.6 cm3的指形電離室。

1.3 CT定位及靶區(qū)勾畫

患者取仰臥位，采用真空墊行體位固定，中心設(shè)置在大體腫瘤幾何中心，并利用激光線畫體表標(biāo)記線；同體位下，采用GE大孔徑CT行增強(qiáng)掃描[經(jīng)肘正中靜脈高壓注射80 ml碘海醇注射液(揚子江藥業(yè)集團(tuán)有限公司，批準(zhǔn)文號 國藥準(zhǔn)字H10970358，規(guī)格 按碘計100 ml︰30 g)，速率為2.5ml/s]，設(shè)置層厚為5 mm，掃描上界為第2腰椎，下界為坐骨結(jié)節(jié)下8 cm，掃描后將CT圖像傳輸?shù)紼clipse13.5治療計劃系統(tǒng)進(jìn)行三維圖像重建。

定位后，由放射治療科醫(yī)師勾畫靶區(qū)，大體腫瘤區(qū)(gross tumor volume，GTV)為CT影像所見直腸原發(fā)腫瘤和局部轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)區(qū)域；臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)包括直腸腫瘤及局部可能發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的區(qū)域，直腸腫瘤上下界各擴(kuò)4 cm或下界至肛門口，上界達(dá)第5腰椎下緣，淋巴引流或可能侵及的部位包括骶骨前、直腸上動脈周圍、髂血管周圍區(qū)域、閉孔區(qū)及部分精囊腺、前列腺或子宮和膀胱后壁1/3；計劃靶區(qū)(planning target volume，PTV)為受患者體位變化、器官移動等因素的影響，在CTV基礎(chǔ)上各方向擴(kuò)展5～7 mm的區(qū)域。膀胱、小腸、股骨頭等結(jié)構(gòu)則被定義為危及器官(organs at risk，OARs)。

1.4 計劃設(shè)計與驗證

采用15 MV X線，設(shè)計單弧VMAT計劃，以逆時針旋轉(zhuǎn)，起始角度為179°、終止角度為181°、機(jī)頭轉(zhuǎn)角為15°、治療床轉(zhuǎn)角為0°、最大劑量率為600 MU/min，采用各向異性分析算法，以及等中心照射方式。PTV處方劑量DT為5 000 cGy/25 F/5 W。計劃優(yōu)化目標(biāo)：PTV小于107%的處方劑量，最小劑量大于95%的處方劑量；小腸30%的體積受照劑量D30%<3 000 cGy，最大受照劑量Dmax≤4 500 cGy；膀胱D50%<4 000 cGy；股骨頭D5%<4 500 cGy。

利用VMAT計劃生成質(zhì)量保證(quality assurance，QA)計劃，其劑量驗證分為兩部分：利用指形電離室驗證測量等中心絕對劑量，以及利用COMPASS系統(tǒng)驗證相對劑量[6]。Gamma分析中的約束限制：相對劑量偏差3、距離偏差3 mm，以γ<1為通過。驗證值與計劃值的比較：兩者差異[7]PD=100%×(Dcal-Dn)/Dn，其中，PD為差異百分比，單位為%；Dn為利用COMPASS系統(tǒng)測量的劑量，單位為cGy；Dcal為Eclipse13.5治療計劃系統(tǒng)計算的劑量，單位為cGy。

1.5 計劃評估

2 結(jié)果

2.1 等中心絕對劑量、γ通過率

利用指形電離室測量計劃等中心絕對劑量，發(fā)現(xiàn)其準(zhǔn)確率達(dá)(99.12±0.73)%；利用COMPASS系統(tǒng)分析PTV和OARs的γ通過率，發(fā)現(xiàn)PTV的γ通過率達(dá)95%以上，OARs的γ通過率達(dá)96%以上，見表1。

表1 靶區(qū)和OARs的γ通過率

2.2 靶區(qū)和OARs的各指標(biāo)評估結(jié)果

PTV的HI、CI分別為(1.06±0.03)、(0.90±0.05)，均勻性和適形度均較好，V95%為(97.93±1.21)%，劑量驗證結(jié)果顯示，PTV各評價指標(biāo)差異在4.3%以內(nèi)；OARs的評估參數(shù)均滿足放射治療臨床劑量學(xué)要求，其中，膀胱和小腸的V40僅為(20.31±4.23)%和(7.81±3.15)%，低劑量區(qū)范圍較高，V20為(92.22±4.33)%和(51.24±4.41)%，Dmean分別為(2 772.54±235.82)cGy和(2 425.75±176.72)cGy，小腸的Dmax稍高，為(4 567.44±156.43)cGy，股骨頭D5%也在4 000 cGy以內(nèi)，劑量驗證結(jié)果顯示，膀胱、小腸、股骨頭的各指標(biāo)差異在4.4%以內(nèi)，見表2。

表2 靶區(qū)和OARs的各指標(biāo)評估結(jié)果

3 討論

放射治療包括外照射和內(nèi)照射，目前，臨床對直腸癌的放射治療主要為外照射，其能夠降低直腸癌局部復(fù)發(fā)率，提高局部控制率，是治療直腸癌患者的主要手段之一。外照射無論是在直腸癌術(shù)前、術(shù)后，還是晚期姑息治療中均具有重要的意義。但在采用外照射實施放射治療時，可能會對盆腔臟器造成放射性損傷，導(dǎo)致患者出現(xiàn)腹瀉、腹痛、直腸出血等癥狀，影響生命質(zhì)量，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致患者死亡，例如，小腸受射線照射的劑量和體積對急性放射性腸炎的發(fā)生具有重要影響。直腸癌靶區(qū)形狀相對規(guī)則，劑量梯度變化相對較小，在靶區(qū)的劑量分布和對小腸、膀胱、股骨頭的受量保護(hù)方面，調(diào)強(qiáng)技術(shù)即可實現(xiàn)。但采用常規(guī)調(diào)強(qiáng)技術(shù)實施治療的時間較長，且治療過程中易發(fā)生不確定因素，會對治療精度造成影響。近年來，VMAT技術(shù)因其“快、準(zhǔn)、優(yōu)”的特點被廣泛用于臨床放射治療中。Yadav等[3]、Zhang等[4]、張矛等[10]的研究報道，VMAT在宮頸癌、食管癌、鼻咽癌中可達(dá)到或優(yōu)于調(diào)強(qiáng)放射治療(intensity-modulated radiotherapy，IMRT)的靶區(qū)劑量分布，在一定程度上減少OARs的受照劑量，且出束時間較短。VMAT在直腸癌放射治療中的研究也有類似報道[11-12]，但其受限于不同放射治療計劃的劑量學(xué)比較。在IMRT計劃中，由于劑量梯度變化大、多葉光柵動態(tài)運動，可能會導(dǎo)致較大的計算誤差。精確放射治療時代要求IMRT計劃實施前均需進(jìn)行劑量驗證，待滿足劑量要求后方可實施。因此，VMAT是否適用于直腸癌放射治療需要劑量驗證研究的支持。

VMAT是在加速器機(jī)架旋轉(zhuǎn)過程中，通過多葉光柵連續(xù)運動產(chǎn)生一系列子野，并通過劑量率改變、機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度改變，從而形成可變束流來完成的一種IMRT方式，因此，其具有動態(tài)調(diào)強(qiáng)和旋轉(zhuǎn)照射的特點。在進(jìn)行VMAT計劃設(shè)計時可優(yōu)化的條件較多，如機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度、弧旋轉(zhuǎn)度數(shù)、機(jī)頭角度、多葉光柵、劑量率等，這就對計劃設(shè)計和驗證提出了更嚴(yán)格的要求。COMPASS三維劑量驗證系統(tǒng)是通過將二維電離室矩陣懸掛在機(jī)頭上，隨機(jī)頭旋轉(zhuǎn)保持相對位置不變，來實時探測射野的通量，過程中無角度依賴的問題，適用于VMAT計劃的驗證。COMPASS系統(tǒng)最重要的特點是可使用測量的照射野通量在患者CT圖像上重建劑量分布，且充分計算組織的不均勻性，反映患者體內(nèi)感興趣區(qū)域的真實受照狀況。其可呈現(xiàn)真實的劑量分布，向放射物理師和放射治療醫(yī)師提供劑量體積直方圖及三維劑量評估的Gamma分析[13-15]。

自VMAT技術(shù)被應(yīng)用以來，國內(nèi)外許多研究顯示其優(yōu)于三維適形放射治療，與傳統(tǒng)IMRT相比，VMAT因具有旋轉(zhuǎn)特性，布野自由度大，所以獲得的靶區(qū)劑量分布趨向更加緊密，靶區(qū)的適形度更好，并能夠降低與靶區(qū)相鄰OARs的高劑量受照體積[3-7，10]。劉路等[11]的研究表明，VMAT計劃的CI為0.92，優(yōu)于固定野調(diào)強(qiáng)，膀胱和腸道的低劑量區(qū)受累體積減小，高劑量區(qū)無優(yōu)勢。Cilla等[16]的研究表明，在局部晚期直腸癌新輔助放射治療中，相較于三維適形放射治療，VMAT可明顯降低小腸受量。殷麟等[12]的研究表明，VMAT計劃的HI和CI明顯優(yōu)于IMRT計劃，并可降低小腸的高劑量區(qū)受照體積，同時急性不良反應(yīng)發(fā)生率及等級均較低。本研究結(jié)果顯示，VMAT計劃具有良好的劑量學(xué)分布， PTV的HI、CI分別為(1.06±0.03)、(0.90±0.05)，V95%為(97.93±1.21)%，同時OARs受照體積呈現(xiàn)出高劑量區(qū)低、低劑量區(qū)高的趨勢，與上述研究報道相似。另外，腸道不良反應(yīng)的發(fā)生受小腸受射線照射劑量和體積的影響較大，原因為，入射角度多，使劑量趨于分散，VMAT計劃中小腸的Dmean明顯降低，本研究結(jié)果顯示，小腸的Dmean僅為(2 425.75±176.72)cGy。本研究通過COMPASS劑量驗證所得靶區(qū)、膀胱、小腸、股骨頭的各指標(biāo)差異均在4.4%以內(nèi)；此外，劑量驗證還顯示，等中心絕對劑量的準(zhǔn)確率達(dá)(99.12±0.73)%，PTV的γ通過率達(dá)95%以上，OARs的γ通過率達(dá)96%以上，完全滿足直腸癌放射治療對輻射劑量學(xué)的要求。