引用本文： 沈亞麗, 李霞, 趙婭琴, 柏森, 許峰. 宮頸癌術后放射治療容積旋轉調強與靜態調強和三維適形計劃的劑量學研究. 華西醫學, 2015, 30(6): 1096-1100. doi: 10.7507/1002-0179.20150314 復制
宮頸癌是婦科最常見的惡性腫瘤之一。早期宮頸癌具有不良預后因素者術后需輔助放射治療（放療）、化學治療。目前美國國立綜合癌癥網絡和國際婦產科聯合會及國內外專家建議不良預后因素包括具有盆腔淋巴結轉移、切緣不凈和宮旁病理陽性的殘留病灶等[1]。國內以往多采用前后野對穿照射二維模式作為宮頸癌術后常規放療方法。隨著放療設備的更新，三維適形放療（3D-CRT）和調強放療（IMRT）得到了長足發展。已有研究報道IMRT相對于3D-CRT減少部分危及器官照射劑量和照射體積[2-3]，并減少患者血液學毒性[4]。旋轉容積調強技術（VMAT）是一種兼有旋轉照射優點的動態IMRT模式[5]，據報道，VMAT在前列腺癌和頭頸部腫瘤的劑量分布不亞于IMRT，且能顯著縮短治療時間[6-9]。本研究通過比較宮頸癌術后VMAT、IMRT和3D-CRT計劃的劑量學以及治療時間等參數，旨在尋找對患者更加合理高效的放射治療方式。
1 資料與方法
1.1 一般資料
采用隨機抽樣法選擇2013年3月1日－9月30日我院收治的15例宮頸癌術后患者。FIGO （2009）分期為ⅠB～ⅡA期，其中ⅠB期4例，ⅠC期6例，ⅡA期5例。術后病理為中、低分化鱗癌，有高危因素（包括侵犯宮頸深度1/2全層，腫瘤直徑≥4 cm、淋巴血管間隙受累，淋巴結轉移、宮旁侵犯、切緣陽性等）需接受術后盆腔放療。患者年齡35～65歲，中位年齡55歲。
1.2 方法
1.2.1 CT定位
所有患者均取仰臥體位，雙手抱頭，用熱塑體模固定。在膀胱自然充盈（定位前2 h排空膀胱，飲水500～800 mL）、平靜呼吸狀態下行CT增強掃描。掃描范圍從腰1至坐骨結節下5 cm，層厚3 mm。將CT圖像通過Dicom格式傳到放射治療計劃系統工作站。
1.2.2 靶體積的定義和處方劑量
根據 ICRU62和83號報告[10-12]，宮頸癌術后盆腔臨床靶體積（CTV）包括陰道上段1/2及殘端、陰道旁軟組織和盆腔淋巴引流區域（包括髂總、髂外、髂內、閉孔及骶前淋巴結區，范圍為上界達第4～5腰椎間、下界達閉孔下緣水平）。將CTV在三維方向上均勻外放0.8～1.0 cm 獲得計劃靶體積（PTV）。危及器官包括膀胱、直腸、部分小腸（至少勾畫到超出PTV 2 cm的層面）、左右股骨頭和骨盆。骨盆勾畫包括腰4下緣至坐骨結節下緣所有骨性結構，包括腰4、腰5、骶椎、髂骨、恥骨、坐骨和近端股骨[13]。勾畫整個骨性結構代表骨盆。處方劑量50 Gy/2.0 Gy/25 f，計劃要求95%以上體積的PTV最低受到50.4 Gy的劑量。危及器官劑量體積的限定：小腸V40≤50%，直腸V50≤50%，膀胱V50≤50%，股骨頭V50≤5%，骨盆V30≤50%。
1.2.3 治療計劃設計
采用飛利浦 Pinnacle 放療治療計劃系統，對每個患者設計3種計劃（圖 1）。3D-CRT計劃（圖 1a）：采用4野箱式照射技術，入射野角度分別為0、90、180、270°。IMRT計劃（圖 1b）：共面照射，入射野角度分別為0、50、100、150、210、260、310°。調強方式采用靜態調強，直接機器參數優化模式，優化條件參數各患者基本相同。VMAT計劃（圖 1c）的設計為共面雙弧（分別為順時針181～179°和逆時針179～181°）的計劃。劑量計算均采用各向異性分析算法。均采用6 MV-X射線。
圖1
3種計劃設野及PTV靶區中心層面橫斷面劑量分布圖像
紅色線內區域為PTV靶區，藍色和綠色線分別代表 95%和90%處方劑量（50 Gy）曲線 a. 3D-CRT b. IMRT c. VMAT
1.2.4 治療計劃的評價
利用直方圖對靶區和危及器官進行計劃評價。靶區的分析指標是98%體積所接受的劑量（D98%）、50%體積所接受的劑量（D50%）、2%體積所接受的劑量（D2%），以及靶區劑量均勻性指數（HI）和適形度指數（CI）。危及器官評價參數：小腸V50和V40、直腸V50、膀胱V50和骨盆V20、V50（分別表示接受50、40、20 Gy照射體積的百分比例）。對股骨頭比較5%體積所受的劑量（D5%）。
1.2.5 加速器跳數和治療時間
比較3種治療計劃實際運行效率，包括治療加速器輸出跳數和治療照射時間，不包括擺位時間。
1.3 統計學方法
采用SPSS 18.0軟件進行處理。所有數值均采用均數±標準差表示，兩兩比較用Wilcoxon符號秩和檢驗。檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 各種放療計劃PTV劑量分布的差異
通過對3種計劃的直方圖比較得知，3種計劃的處方劑量PTV覆蓋均達到95%，均能達到對靶區的有效覆蓋。3種放療計劃的PTV劑量分布，見表 1。在相同的處方劑量（50 Gy）下，3D-CRT的PTV D2%、D50%和D98%均略高于IMRT和VMAT，但差異無統計學意義（P＞0.05）。在計劃的均勻度和適形度方面，IMRT和VMAT的適形度明顯優于3D-CRT（P=0.001），但IMRT和VMAT之間差異無統計學意義（P=0.073）；均勻度比較，3D-CRT要略劣于IMRT和VMAT，但差異無統計學意義（P＞0.05）。
表1
PTV劑量分布和均勻度及適形度比較（n=15，2.2 各種放療計劃對危及器官劑量分布的影響
3種計劃均可滿足所有危及器官劑量要求，見表 2、圖 2。IMRT、VMAT計劃與3D-CRT計劃相比，明顯降低了骨盆、直腸、膀胱和小腸對應劑量的受照體積。直腸V50在IMRT、VMAT較3D-CRT下降了57.5%和51.7%。膀胱V50在IMRT、VMAT較3D-CRT下降了46.5%和45.7%。小腸V40和V50也明顯下降，分別為31.3%和34.3%，65.2%和63.4%。與3D-CRT計劃相比，IMRT、VMAT顯著降低了小腸的高劑量（50 Gy）受照體積。而左右股骨頭D5% IMRT、VMAT計劃與3D-CRT計劃相比，也有明顯差異。因此，IMRT、VMAT計劃對危及器官的保護明顯要優于3D-CRT計劃。而IMRT和VMAT計劃對危及器官的保護無明顯差異（P＞0.05）。
表2
危及器官受照劑量比較（n=15，
圖2
危及器官的劑量直方圖?粗線、細線和虛線分別表示3D-CRT、IMRT和VMAT計劃在不同危及器官中的劑量直方圖
a. IMRT、VMAT計劃與3D-CRT計劃相比，降低了骨盆V20 b.直腸V50 IMRT、VMAT較3D-CRT下降了57.5%和51.7% c. 膀胱V50 IMRT、VMAT較3D-CRT下降了46.5%和45.7% d. 與 3D-CRT 計劃相比，IMRT、VMAT顯著降低了小腸的V50 e、f.左右股骨頭D5% IMRT、VMAT計劃較3D-CRT計劃明顯下降
2.3 機器跳數及治療時間比較
VMAT計劃的機器跳數較7野IMRT計劃減少，但差異無統計學意義（P＞0.05）；VMAT計劃和IMRT計劃較3D-CRT計劃機器跳數明顯增加，差異有統計學意義（P＜0.05）。同樣，3D-CRT計劃的治療時間最短，而VMAT的治療時間較IMRT治療時間減少200 s，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表 3。
表3
機器跳數和治療時間分析（n=15，3 討論
早期高危宮頸癌術后輔助放療能夠降低盆腔復發率，被認為是宮頸癌術后治療的有效手段[14]。對于早期宮頸癌患者，如何在提高局部控制率的同時減輕放射性損傷是值得探討的問題[15]。在宮頸癌的術后放療中，與2野前后對穿照射或4野盒式照射技術相比，3D-CRT有明顯的劑量學優勢[16]。隨著IMRT技術的發展，可使靶區接受更加精確的照射，而其周圍正常組織得到更好的保護。與IMRT相比，VMAT具有提高受照射正常組織分散度、減少加速器輸出劑量和節省治療時間等優點[17]。目前，VMAT技術已經應用于宮頸癌術后放療中，與3D-CRT和IMRT相比較，哪一種技術更能滿足臨床計劃的要求，現在還少見文獻報道。本研究首次對3D-CRT、IMRT和VMAT 3種技術在術后宮頸癌中的劑量學差異進行了比較。
本研究表明，在宮頸癌術后的放療中，3種計劃的劑量分布均能夠滿足靶區處方劑量要求，但是應用7野IMRT技術和二弧VMAT技術的適形性明顯優于3D-CRT技術，而三者均勻度差別不大，說明IMRT計劃和VMAT計劃與3D-CRT計劃相比，能給予盆腔計劃靶區更好的適形性。3種計劃的劑量分布均勻性相似。
宮頸癌術后小腸落入盆腔，且腸道粘連致其活動受限，所以小腸是盆腔放療的主要劑量限制性器官，如果小腸受照體積增大，就易引起小腸放射性損傷的發生。骨盆、直腸和膀胱在盆腔內的位置相對固定，在宮頸癌術后放療中也是受影響最多的危及器官。本研究發現IMRT及VMAT在高劑量區對盆腔、小腸、直腸及膀胱的保護作用明顯優于3D-CRT。尤其是小腸V50的顯著減少，這樣會使患者的急性腸道反應得到改善，大大提高患者的治療耐受性。我們發現VMAT和IMRT對接受低劑量（20 Gy）的骨盆有較好保護作用，減低患者的骨髓抑制，亦可提高患者對治療的耐受性。二弧VMAT計劃在一定程度上能降低股骨頭的平均受照射劑量，而在小腸、膀胱、直腸和骨盆的保護上較7野IMRT無明顯優勢。這與Cozzi等[18]研究結果相似：VMAT在靶區覆蓋、在減少危及器官受照劑量等方面與IMRT計劃相當。
VMAT技術最大優點是在不降低劑量分布的同時，進一步減少治療時間和機器跳數，從而提高靶區生物效應和單位時間內治療患者的數量[19]。Wagner等[20]報道，對于腦腫瘤的分次照射，VMAT較IMRT快3.3倍，較3D-CRT快1.2倍。研究中二弧VMAT計劃較7野IMRT計劃在加速器總跳數和總治療時間上表現出較大的優勢。其中VMAT的機器跳數為486±35，IMRT的機器跳數為502±25，二者差異并不明顯（P=0.478）。VMAT的治療時間為（300±17）s，為IMRT治療時間[（420±21）s]的70%（P=0.001）。VMAT的治療時間較IMRT減少，從而明顯提高治療的效率。同時治療時間的縮短可減輕患者由于長時間保持相同體位產生的不適感，降低了分次內患者體位移動、器官體積變化和運動等不確定性因素的影響。
設計VMAT計劃，涉及到很多因素，包括旋轉起始角度、準直器角度、治療床角度、二級準直器位置以及優化限制條件等多個因素。所以設計相同病例計劃需要比IMRT花費更多的時間才能達到臨床要求。因此如何在滿足靶區劑量并降低危及器官受量的前提下，提高VMAT計劃設計的效率，仍需進一步探索和研究。
宮頸癌VMAT計劃具有與7野IMRT計劃相當甚至略好的劑量分布，明顯優于3D-CRT計劃。同時在加速器跳數和治療時間上，VMAT占優勢。本研究結果顯示，VMAT技術在宮頸癌術后放療中，能更高效地利用儀器設備，增加患者的治療依從性，可以作為宮頸癌放療計劃較好的選擇。但其臨床療效及副作用還需進一步觀察。
宮頸癌是婦科最常見的惡性腫瘤之一。早期宮頸癌具有不良預后因素者術后需輔助放射治療（放療）、化學治療。目前美國國立綜合癌癥網絡和國際婦產科聯合會及國內外專家建議不良預后因素包括具有盆腔淋巴結轉移、切緣不凈和宮旁病理陽性的殘留病灶等[1]。國內以往多采用前后野對穿照射二維模式作為宮頸癌術后常規放療方法。隨著放療設備的更新，三維適形放療（3D-CRT）和調強放療（IMRT）得到了長足發展。已有研究報道IMRT相對于3D-CRT減少部分危及器官照射劑量和照射體積[2-3]，并減少患者血液學毒性[4]。旋轉容積調強技術（VMAT）是一種兼有旋轉照射優點的動態IMRT模式[5]，據報道，VMAT在前列腺癌和頭頸部腫瘤的劑量分布不亞于IMRT，且能顯著縮短治療時間[6-9]。本研究通過比較宮頸癌術后VMAT、IMRT和3D-CRT計劃的劑量學以及治療時間等參數，旨在尋找對患者更加合理高效的放射治療方式。
1 資料與方法
1.1 一般資料
采用隨機抽樣法選擇2013年3月1日－9月30日我院收治的15例宮頸癌術后患者。FIGO （2009）分期為ⅠB～ⅡA期，其中ⅠB期4例，ⅠC期6例，ⅡA期5例。術后病理為中、低分化鱗癌，有高危因素（包括侵犯宮頸深度1/2全層，腫瘤直徑≥4 cm、淋巴血管間隙受累，淋巴結轉移、宮旁侵犯、切緣陽性等）需接受術后盆腔放療。患者年齡35～65歲，中位年齡55歲。
1.2 方法
1.2.1 CT定位
所有患者均取仰臥體位，雙手抱頭，用熱塑體模固定。在膀胱自然充盈（定位前2 h排空膀胱，飲水500～800 mL）、平靜呼吸狀態下行CT增強掃描。掃描范圍從腰1至坐骨結節下5 cm，層厚3 mm。將CT圖像通過Dicom格式傳到放射治療計劃系統工作站。
1.2.2 靶體積的定義和處方劑量
根據 ICRU62和83號報告[10-12]，宮頸癌術后盆腔臨床靶體積（CTV）包括陰道上段1/2及殘端、陰道旁軟組織和盆腔淋巴引流區域（包括髂總、髂外、髂內、閉孔及骶前淋巴結區，范圍為上界達第4～5腰椎間、下界達閉孔下緣水平）。將CTV在三維方向上均勻外放0.8～1.0 cm 獲得計劃靶體積（PTV）。危及器官包括膀胱、直腸、部分小腸（至少勾畫到超出PTV 2 cm的層面）、左右股骨頭和骨盆。骨盆勾畫包括腰4下緣至坐骨結節下緣所有骨性結構，包括腰4、腰5、骶椎、髂骨、恥骨、坐骨和近端股骨[13]。勾畫整個骨性結構代表骨盆。處方劑量50 Gy/2.0 Gy/25 f，計劃要求95%以上體積的PTV最低受到50.4 Gy的劑量。危及器官劑量體積的限定：小腸V40≤50%，直腸V50≤50%，膀胱V50≤50%，股骨頭V50≤5%，骨盆V30≤50%。
1.2.3 治療計劃設計
采用飛利浦 Pinnacle 放療治療計劃系統，對每個患者設計3種計劃（圖 1）。3D-CRT計劃（圖 1a）：采用4野箱式照射技術，入射野角度分別為0、90、180、270°。IMRT計劃（圖 1b）：共面照射，入射野角度分別為0、50、100、150、210、260、310°。調強方式采用靜態調強，直接機器參數優化模式，優化條件參數各患者基本相同。VMAT計劃（圖 1c）的設計為共面雙弧（分別為順時針181～179°和逆時針179～181°）的計劃。劑量計算均采用各向異性分析算法。均采用6 MV-X射線。
圖1
3種計劃設野及PTV靶區中心層面橫斷面劑量分布圖像
紅色線內區域為PTV靶區，藍色和綠色線分別代表 95%和90%處方劑量（50 Gy）曲線 a. 3D-CRT b. IMRT c. VMAT
1.2.4 治療計劃的評價
利用直方圖對靶區和危及器官進行計劃評價。靶區的分析指標是98%體積所接受的劑量（D98%）、50%體積所接受的劑量（D50%）、2%體積所接受的劑量（D2%），以及靶區劑量均勻性指數（HI）和適形度指數（CI）。危及器官評價參數：小腸V50和V40、直腸V50、膀胱V50和骨盆V20、V50（分別表示接受50、40、20 Gy照射體積的百分比例）。對股骨頭比較5%體積所受的劑量（D5%）。
1.2.5 加速器跳數和治療時間
比較3種治療計劃實際運行效率，包括治療加速器輸出跳數和治療照射時間，不包括擺位時間。
1.3 統計學方法
采用SPSS 18.0軟件進行處理。所有數值均采用均數±標準差表示，兩兩比較用Wilcoxon符號秩和檢驗。檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 各種放療計劃PTV劑量分布的差異
通過對3種計劃的直方圖比較得知，3種計劃的處方劑量PTV覆蓋均達到95%，均能達到對靶區的有效覆蓋。3種放療計劃的PTV劑量分布，見表 1。在相同的處方劑量（50 Gy）下，3D-CRT的PTV D2%、D50%和D98%均略高于IMRT和VMAT，但差異無統計學意義（P＞0.05）。在計劃的均勻度和適形度方面，IMRT和VMAT的適形度明顯優于3D-CRT（P=0.001），但IMRT和VMAT之間差異無統計學意義（P=0.073）；均勻度比較，3D-CRT要略劣于IMRT和VMAT，但差異無統計學意義（P＞0.05）。
表1
PTV劑量分布和均勻度及適形度比較（n=15，2.2 各種放療計劃對危及器官劑量分布的影響
3種計劃均可滿足所有危及器官劑量要求，見表 2、圖 2。IMRT、VMAT計劃與3D-CRT計劃相比，明顯降低了骨盆、直腸、膀胱和小腸對應劑量的受照體積。直腸V50在IMRT、VMAT較3D-CRT下降了57.5%和51.7%。膀胱V50在IMRT、VMAT較3D-CRT下降了46.5%和45.7%。小腸V40和V50也明顯下降，分別為31.3%和34.3%，65.2%和63.4%。與3D-CRT計劃相比，IMRT、VMAT顯著降低了小腸的高劑量（50 Gy）受照體積。而左右股骨頭D5% IMRT、VMAT計劃與3D-CRT計劃相比，也有明顯差異。因此，IMRT、VMAT計劃對危及器官的保護明顯要優于3D-CRT計劃。而IMRT和VMAT計劃對危及器官的保護無明顯差異（P＞0.05）。
表2
危及器官受照劑量比較（n=15，
圖2
危及器官的劑量直方圖?粗線、細線和虛線分別表示3D-CRT、IMRT和VMAT計劃在不同危及器官中的劑量直方圖
a. IMRT、VMAT計劃與3D-CRT計劃相比，降低了骨盆V20 b.直腸V50 IMRT、VMAT較3D-CRT下降了57.5%和51.7% c. 膀胱V50 IMRT、VMAT較3D-CRT下降了46.5%和45.7% d. 與 3D-CRT 計劃相比，IMRT、VMAT顯著降低了小腸的V50 e、f.左右股骨頭D5% IMRT、VMAT計劃較3D-CRT計劃明顯下降
2.3 機器跳數及治療時間比較
VMAT計劃的機器跳數較7野IMRT計劃減少，但差異無統計學意義（P＞0.05）；VMAT計劃和IMRT計劃較3D-CRT計劃機器跳數明顯增加，差異有統計學意義（P＜0.05）。同樣，3D-CRT計劃的治療時間最短，而VMAT的治療時間較IMRT治療時間減少200 s，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表 3。
表3
機器跳數和治療時間分析（n=15，3 討論
早期高危宮頸癌術后輔助放療能夠降低盆腔復發率，被認為是宮頸癌術后治療的有效手段[14]。對于早期宮頸癌患者，如何在提高局部控制率的同時減輕放射性損傷是值得探討的問題[15]。在宮頸癌的術后放療中，與2野前后對穿照射或4野盒式照射技術相比，3D-CRT有明顯的劑量學優勢[16]。隨著IMRT技術的發展，可使靶區接受更加精確的照射，而其周圍正常組織得到更好的保護。與IMRT相比，VMAT具有提高受照射正常組織分散度、減少加速器輸出劑量和節省治療時間等優點[17]。目前，VMAT技術已經應用于宮頸癌術后放療中，與3D-CRT和IMRT相比較，哪一種技術更能滿足臨床計劃的要求，現在還少見文獻報道。本研究首次對3D-CRT、IMRT和VMAT 3種技術在術后宮頸癌中的劑量學差異進行了比較。
本研究表明，在宮頸癌術后的放療中，3種計劃的劑量分布均能夠滿足靶區處方劑量要求，但是應用7野IMRT技術和二弧VMAT技術的適形性明顯優于3D-CRT技術，而三者均勻度差別不大，說明IMRT計劃和VMAT計劃與3D-CRT計劃相比，能給予盆腔計劃靶區更好的適形性。3種計劃的劑量分布均勻性相似。
宮頸癌術后小腸落入盆腔，且腸道粘連致其活動受限，所以小腸是盆腔放療的主要劑量限制性器官，如果小腸受照體積增大，就易引起小腸放射性損傷的發生。骨盆、直腸和膀胱在盆腔內的位置相對固定，在宮頸癌術后放療中也是受影響最多的危及器官。本研究發現IMRT及VMAT在高劑量區對盆腔、小腸、直腸及膀胱的保護作用明顯優于3D-CRT。尤其是小腸V50的顯著減少，這樣會使患者的急性腸道反應得到改善，大大提高患者的治療耐受性。我們發現VMAT和IMRT對接受低劑量（20 Gy）的骨盆有較好保護作用，減低患者的骨髓抑制，亦可提高患者對治療的耐受性。二弧VMAT計劃在一定程度上能降低股骨頭的平均受照射劑量，而在小腸、膀胱、直腸和骨盆的保護上較7野IMRT無明顯優勢。這與Cozzi等[18]研究結果相似：VMAT在靶區覆蓋、在減少危及器官受照劑量等方面與IMRT計劃相當。
VMAT技術最大優點是在不降低劑量分布的同時，進一步減少治療時間和機器跳數，從而提高靶區生物效應和單位時間內治療患者的數量[19]。Wagner等[20]報道，對于腦腫瘤的分次照射，VMAT較IMRT快3.3倍，較3D-CRT快1.2倍。研究中二弧VMAT計劃較7野IMRT計劃在加速器總跳數和總治療時間上表現出較大的優勢。其中VMAT的機器跳數為486±35，IMRT的機器跳數為502±25，二者差異并不明顯（P=0.478）。VMAT的治療時間為（300±17）s，為IMRT治療時間[（420±21）s]的70%（P=0.001）。VMAT的治療時間較IMRT減少，從而明顯提高治療的效率。同時治療時間的縮短可減輕患者由于長時間保持相同體位產生的不適感，降低了分次內患者體位移動、器官體積變化和運動等不確定性因素的影響。
設計VMAT計劃，涉及到很多因素，包括旋轉起始角度、準直器角度、治療床角度、二級準直器位置以及優化限制條件等多個因素。所以設計相同病例計劃需要比IMRT花費更多的時間才能達到臨床要求。因此如何在滿足靶區劑量并降低危及器官受量的前提下，提高VMAT計劃設計的效率，仍需進一步探索和研究。
宮頸癌VMAT計劃具有與7野IMRT計劃相當甚至略好的劑量分布，明顯優于3D-CRT計劃。同時在加速器跳數和治療時間上，VMAT占優勢。本研究結果顯示，VMAT技術在宮頸癌術后放療中，能更高效地利用儀器設備，增加患者的治療依從性，可以作為宮頸癌放療計劃較好的選擇。但其臨床療效及副作用還需進一步觀察。
