宮頸癌螺旋斷層和容積旋轉調強治療劑量學研究

潘林飛+++王彬冰+++單國平+++陳維軍+++楊雙燕+++袁淑惠

[摘要] 目的 評估螺旋斷層放射治療（TOMO）和容積旋轉調強（VMAT）對于宮頸癌劑量學的影響。 方法 選取2015年5月～2016年2月在浙江省腫瘤醫院治療的20例宮頸癌患者，分別應用TOMO和VMAT兩種照射技術，比較兩種照射技術之間的靶區和危及器官之間的劑量學參數、有效治療時間以及治療跳數。 結果 應用TOMO治療技術患者，腫瘤靶區的適形指數為（0.895±0.013），均勻性指數為（0.051±0.010），均優于應用VMAT[（0.860±0.021）、（0.079±0.010）]（P < 0.01）。對于正常組織，TOMO同樣具有劑量學優勢，但是TOMO所需要的平均治療時間為（548±44）s，遠大于VMAT所需要的平均時間[（136±5）s]（P < 0.01）；同時，TOMO需要更多的治療跳數（7862±647），而應用VMAT的平均治療跳數為（533±27），差異有高度統計學意義（P < 0.01）。 結論 TOMO技術能獲得更好的靶區適形性和均勻性以及對正常組織的保護，但是實施TOMO技術的有效治療時間和治療跳數多于VMAT技術。

[關鍵詞] 宮頸癌；螺旋斷層放射治療；容積旋轉調強；劑量學

[中圖分類號] R737.31 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2017）04（b）-0095-04

[Abstract] Objective To investigate the influence of helical tomotherapy （TOMO） and volumetric modulated arc therapy （VMAT） on the dosimetry of cervical cancer. Methods Twenty cases of patients with cervical cancer treated in Zhejiang Cancer Hospital from May 2015 to February 2016 were selected， they were taken radiotherapy techniques of TOMO and VMAT respectively. The dosimetry parameters， effective deliver time and monitor unit of target region and organ at risk between two radiotherapy techniques were compared. Results For the patients applying TOMO technique， the conformity index was （0.895±0.013）， homogeneity index was （0.051±0.010）， which were all better than those applying VMAT [（0.860±0.021）， （0.079±0.010）] （P < 0.01）. For normal tissue， TOMO also has dosimetry advantage. However， the average delivery time of TOMO was （548±44） s， which was significantly longer than that of VMAT [（136±5） s] （P < 0.01）； at the same time， TOMO needed more monitor unit （7862±647）， while the average monitor unit of VMAT was （533±27）， the difference was highly statistically significant （P < 0.01）. Conclusion TOMO technique can obtain better conformity and homogeneity of target region and protection for the normal tissue， but the effective deliver time and monitor unit of performing TOMO are more than those of VMAT.

[Key words] Cervical cancer； Helical tomotherapy； Volumetric modulated arc therapy； Dosimetry

宮頸癌是現代婦女較為常見的惡性腫瘤，放射治療是宮頸癌的主要治療方式之一。隨著技術的發展，放射治療已經從固定射野調強放療技術發展成旋轉調強的照射方式，如容積旋轉調強（volumetric modulated arc therapy，VMAT）、螺旋斷層放射治療（helical tomotherapy，TOMO）等[1-4]。與傳統的固定野調強技術相比，弧形調強放射治療技術使用的射野方向自由度高，從而更有利于保護正常組織受照劑量，同時也能保證腫瘤靶區產生較高的劑量適形度。TOMO和VMAT是兩種不同的弧形調強放射治療，由于兩者的治療技術實行方式不同，因此產生的劑量學結果存在差異。已有較多文獻報道了兩種放療技術分別和固定野放療技術劑量學的比較研究[5-7]，但是對于TOMO和VMAT兩者之間直接劑量學的比較較少，關于宮頸癌的文獻僅有零星報道[8-9]。本研究比較和分析了20例宮頸癌患者TOMO和VMAT之間的劑量學差異以及治療跳數（monitor unit，MU）和治療時間（deliver time，DT）。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2015年5月～2016年2月在浙江省腫瘤醫院治療的Ⅲ、Ⅳ期宮頸癌晚期放射治療患者20例，年齡28～56歲，中位年齡45歲，患者都是廣泛子宮切除，并行腹膜淋巴結清掃。

1.2 方法

1.2.1 CT模擬定位 CT掃描前1 h患者排空膀胱，口服800 mL水（含20 mL濃度為76%的泛影葡胺），憋尿充盈膀胱?；颊呷⊙雠P位躺在腹部體罩固定板上，雙手抱頭置于額前。采用熱塑體膜固定體位，在人體的兩側和體前的激光燈十字線處分別放置鉛珠。由GE high-speed 80 cm CT模擬機掃描獲取患者的影像數據，掃描的范圍：上界至胸12下緣，下界至閉孔下緣，層厚5 mm。

1.2.2 靶區和危及器官的勾畫 通過RayStation V4.5.1.14治療計劃系統接收患者CT圖像，根據ICRU 50、62號文件逐層勾畫臨床靶體積（clinical target volume，CTV）、計劃靶體積（planning target volume，PTV）、危及器官（organ at risk，OAR）。對于宮頸癌晚期患者的CTV包括陰道及殘端、陰道旁軟組織、盆腔淋巴引流區域（包括髂總、髂外、髂內、閉孔及髂前淋巴結區）、腹主動脈旁淋巴引流區。PTV在CTV的基礎上外放0.7～2.0 cm。OAR包括直腸、膀胱、骨髓、腸袋、脊髓、腎臟。

1.2.3 靶區處方劑量和危及器官的限量 處方劑量：PTV 46.8 Gy/26次，1次/d，5次/周。危及器官劑量限制：膀胱D2cc≤50 Gy，直腸D2cc≤50 Gy，骨髓Ⅴ10≤90%且Ⅴ20≤75%，腸袋V46.8≤195cc，左腎和右腎均為Ⅴ12.5≤50%且Ⅴ22.5≤30%，脊髓Dmax≤40 Gy。

1.2.4 治療計劃設計 VMAT采用雙弧旋轉照射（178°到182°和182°到178°），由RayStation V4.5.1.14治療計劃系統計算并優化而來。TOMO采用360°螺旋照射，結合初始優化參數（射野寬度為2.5 cm，調制因子2.2～2.3，螺距0.287）由TomoHTMV2.0.5逆向治療計劃系統計算并優化而來。

1.2.5 評估方法 兩種不同的治療計劃對靶區和OAR的評價參數如下：①靶區。PTV根據ICRU 83號報告，采用接近最大劑量D1、D2，接近最小劑量D98、D99，平均劑量Dmean，靶區的處方劑量覆蓋D95，靶區的均勻性指數（homogeneity index，HI）=（D2-D98）/D95，D2、D95、D98分別表示2%、95%、98%的靶體積接受的劑量，HI值越接近0，表示靶區劑量梯度陡直，均勻性越好。適形指數（conformity index，CI）=（VT，ref×VT，ref）/（VT×Vref）。VT為靶區的體積，VT，ref為處方劑量等劑量線面所包繞的靶區體積，Vref為處方劑量等劑量線面所包繞的所有區域的體積。CI取值在0～1，越靠近1說明靶區適形性越好。②OAR。直腸統計D2cc（Gy）、D1cc（Gy）、V30（%）、V40（%）、V45（%）；膀胱統計了D2cc（Gy）、D1cc（Gy）、V40（%）、V45（%）；骨髓統計了V10（%）、V20（%）、V30（%）、V40（%）；腸袋統計了V10（%）、V20（%）、V30（%）、V40（%）、V46.8（cc）；腎臟統計了V12.5（%）、V22.5（%）、Dmean（Gy）；脊髓統計了Dmax（Gy）。

1.2.6 MU和DT MU為評估兩種治療計劃的所有MU。DT為加速器上執行跳數的時間（不包括擺位時間）。

1.3 統計學方法

應用SPSS 13.0軟件對結果進行統計分析，計量資料以均數±標準差（x±s）表示，采用配對t檢驗，以P < 0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 靶區劑量比較

本研究顯示，TOMO和VMAT兩種治療技術對應的放射治療計劃對靶區的覆蓋均能滿足臨床需求，圖1（封四）和表1所示TOMO計劃對于D1、D2和Dmean較VMAT計劃低，差異有高度統計學意義（P < 0.01）；D98和D99較VMAT較高，差異有統計學意義（P < 0.05、P < 0.01）。TOMO計劃和VMAT計劃的CI分別為（0.895±0.013）和（0.860±0.021），TOMO計劃的CI值更接近1，適形度優于VMAT，差異有高度統計學意義（P < 0.01）；TOMO和VMAT的HI分別為（0.051±0.010）和（0.079±0.010），TOMO計劃的HI更接近0，差異有高度統計學意義（P < 0.01）。兩種治療計劃的D95比較差異無統計學意義（P > 0.05）。

2.2 OAR劑量學比較

如表2和圖1（封四）所示，對于OAR的比較，直腸除了V45差異無統計學意義（P > 0.05）外，D1cc、D2cc、V30、V40差異均有統計學意義（P < 0.01或P < 0.05），TOMO均比VMAT有不同程度的減少。膀胱除了V45差異無統計學意義（P > 0.05），D1cc、D2cc、V40 TOMO均比VMAT低，差異均有高度統計學意義（P < 0.01）。骨髓V10、V20、V30、V40 TOMO比VMAT低，差異均有高度統計學意義（P < 0.01）。脊髓Dmax TOMO比VMAT低，差異有高度統計學意義（P < 0.01）。腎臟左腎和右腎差異均無統計學意義（P > 0.05）。腸袋除了V10和V46.8外，V20、V30、V40 TOMO均比VMAT低，差異均有統計學意義（P < 0.01或P < 0.05）。

2.3 DT和MU比較

TOMO計劃的平均MU較VMAT計劃的平均MU明顯增多，差異有高度統計學意義（P < 0.01）；TOMO的DT較VMAT明顯延長，差異有高度統計學意義（P < 0.01）。見表3。

3 討論

宮頸癌晚期患者的靶區體積較大，且沿人體縱軸方向形狀變化范圍較大。與VMAT相比，TOMO加速器改變了多葉準直器（multileaf collimator，MLC）的設計，使得加速器能產生強度分布更復雜的射野，既可以確保靶區劑量的均勻性，又可以實現射線路徑避開需要保護的OAR，同時可以治療多個靶區，并且再治療時已經治療過的區域及OAR可以得到準確的避讓[10]。本研究結果顯示，兩種治療計劃的靶區處方劑量覆蓋D95相似。比較PTV各項參數，靶區近似最大劑量（D1，D2）和平均劑量（Dmean）TOMO均比VMAT低，分別低了1.13、1.14、0.74 Gy，靶區的近似最大劑量D98和D99 TOMO比VMAT高，分別高了0.33、0.59 Gy，表明TOMO可以降低靶區的高劑量體積，同時盡可能地保證靶區接受的近似最小劑量接近處方劑量，TOMO可以使靶區的劑量梯度更加陡直；TOMO計劃的CI和HI較VMAT計劃，分別提高了4%和35%，表明TOMO具有更好的適形性和均勻性。

TOMO對于OAR的保護也有明顯的優勢。直腸、膀胱是一種混合型的OAR，由并聯單位和串聯單位構成，它的放射耐受性與百分體積劑量相關，同時與局部最高劑量也相關。本研究中直腸、膀胱的D1cc和D2cc，TOMO分別比VMAT低了0.93、0.76 Gy和0.54、0.48 Gy，直腸V30、V40 TOMO分別比VMAT降低了5%、13%，膀胱V40 TOMO比VMAT降低了11%。較VMAT計劃，TOMO計劃明顯降低直腸、膀胱的受照劑量，減少急性膀胱炎[11]和直腸出血[12]等的放射性損傷風險。骨髓是并行器官，屬于晚反應組織，據相關研究報道稱骨髓抑制的發生與10、20、40 Gy的受照體積成正相關，且在同步放化療中10、20、30 Gy的受照體積分別低于90%、76%、40%，對于骨髓抑制的發生可明顯降低[13-14]。本研究中，骨髓V10、V20、V30、V40 TOMO分別比VMAT降低了10%、18%、21.5%、16.8%，是本研究中OAR優勢最為明顯的正常組織，TOMO可明顯較少骨髓的受照體積，從而降低在放射治療中發生骨髓抑制的概率。脊髓屬于串行器官，脊髓最大劑量TOMO比VMAT低了5.8 Gy。腸袋包括小腸和乙狀結腸，它的放射毒性發生率與受照體積相關[15]，V20、V30、V40 TOMO比VMAT降低了7.8%、8%、9%，TOMO可以降低小腸和乙狀結腸的毒副作用。

有效DT的長短直接影響著患者治療的舒適度，另外也會增加治療中的不確定因素，如患者的器官移動，患者本身因不舒適而造成的移動等。本研究中DT和MU上TOMO計劃分別是VMAT計劃的4倍和14倍。與Tsai等[5]報道一致，TOMO比VMAT的DT長（3.8 min比2.6 min）且MU多（3368比309）。

4 結論

VMAT和TOMO都屬于旋轉治療，可以360°任意角度治療，不受角度限制，但兩者治療技術實行方式不同，一個是可以在常規加速器上開展的容積旋轉調強，一個是只能在Helical TOMOtherapy上開展的螺旋斷層調強。較常規加速器的普通MLC，Helical TOMOtherapy配備的是獨特的二元氣動MLC，基于此種技術結構優勢，使得TOMO在劑量分布上更具優勢，對于腫瘤靶區形狀、大小等更為靈活。

本研究發現兩種技術的治療計劃在滿足臨床要求的前提下，靶區在CI和HI方面，TOMO有明顯的優勢；在OAR保護方面，TOMO也有很大優勢，其中優勢最大的是股骨頭，其次是脊髓，另外膀胱V40和直腸V40以及腸袋也有較大的優勢。在DT和MU方面，TOMO明顯大于VMAT，治療效率及對射束的利用率不高。

TOMO在宮頸癌放射治療中有明顯的劑量學優勢，除了治療效率劣于VMAT。但是在實際治療過程中，這種劑量學優勢能否轉化為腫瘤的控制率的提高，以及正常組織的毒副作用減輕，仍需進一步的臨床研究，這將是下一步工作的重點與方向。

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（收稿日期：2017-01-02 本文編輯：張瑜杰）