基于Varian,23EX直线加速器固定剂量率旋转调强应用于直肠癌放疗的研究分析

打开文本图片集

[摘要] 目的 通過对直肠癌患者分别设计固定剂量率旋转调强（FDR-IMAT）和可变剂量率容积弧形调强（RapidArc）计划进行剂量学分析，为采用旋转调强治疗直肠癌提供合适的治疗方式。 方法 选取2017年1～12月我院直肠癌患者10例。用Raystation计划系统分别对每个患者设计FDR-IMAT和RapidArc计划，采用相同的优化目标参数。结果 两种计划均能满足临床要求，危及器官膀胱V40，小肠的Dmax、V35、V40无统计学差异（P>0.05）;RapidArc计划相比FDR-IMAT计划，跳数减少，治疗时间减少，有统计学差异（P<0.05）;靶区适形度指数（CI）无统计学差异（P>0.05）。靶区均匀性指数（HI）RapidArc好于FDR-IMAT，有统计学差异（P<0.05）。 结论 在直肠癌放疗方面，RapidArc技术相比FDR-IMAT技术，受照射的危及器官没有差异，但治疗跳数变少，治疗时间大大缩减，对于一些没有RapidArc技术的加速器可以选择使用FDR-IMAT进行放射治疗。

[关键词] 放射治疗;直肠癌;固定剂量率;容积旋转调强

[中图分类号] R735.37;R730.55          [文献标识码] B          [文章编号] 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

直肠癌是现在世界上最常见的肿瘤之一[1-2]，放射治疗是治疗直肠癌的重要手段之一。在世界范围内，它是男性中排名第三位的常见恶性肿瘤，在女性中排名第二位[3]，目前直肠癌放疗技术主要有3D-CRT（3-dimensional conformal radiation therapy）技術、IMRT（Intensity Modulated Radiotherapy）技术、FDR-IMAT（Fixed Dose Rate-Intensity modulated Arc Therapy）技术、RapidArc技术等。目前资料中大部分均为3D-CRT技术、IMRT技术与RapidArc技术的剂量学比较[4-9]，很少有固定剂量率旋转调强与容积弧形调强之间剂量学比较的相关报道。本研究基于Varian 23EX直线加速器，采用Raystation计划系统对直肠癌患者分别做FDR-IMAT和RapidArc计划，比较两种计划的靶区及危及器官的限量，为采用FDR-IMAT技术治疗直肠癌提供可能。

1 资料与方法

1.1 临床资料

随机选取本院2017年1～12月直肠癌患者10例，年龄39～64岁，中位年龄60岁，其中男8例，女2例，所有患者卡氏评分（KPS）均大于70。

1.2 模拟定位

患者定位前1 h排空膀胱和直肠后充分饮水，充盈膀胱，患者俯卧位于有孔腹部定位板，将腹部自然置于孔内下垂，使小肠位于照射野外，减少放疗时小肠的受量，保护小肠受照射体积，采用热塑体膜固定。采用GE high-speed 80 cm CT模拟定位机进行扫描，扫描范围为第1腰椎至坐骨结节下 10～15 cm，层厚 5 mm，将扫描图像以DICOM格式传输至Raystation三维放射治疗计划系统进行三维图像重建。

1.3 靶区勾画

临床医生根据ICRU[10]报告勾画靶区，包括肿瘤靶区（GTV）、临床靶区（CTV）和计划靶区（PTV），并勾画出膀胱（Bladder）、小肠（Intestine）、左股骨头（Head of femur-l）和右股骨头（Head of femur-r）等正常危及器官。处方剂量为4500 cGy/25次，PTV≥95%，PTV内高剂量点不得大于处方剂量的110%。正常组织限量要求：膀胱V40<40%，小肠Dmax<5000 cGy，V35<180 cm3，V40<100 cm3，左右股骨头V50<5%。

1.4计划设计

用Raystation计划系统分别对每个患者设计FDR-IMAT计划和RapidArc计划，目标参数不变，能量为6 MV，统一使用计划系统提供的“Dual Arc”功能生成顺时针和逆时针方向的对偶弧。使用230°～130°的对偶弧。出束点间隔4°，单次优化迭代60次，通量优化迭代20次。IMAT采用200 MU/min固定剂量率，VMAT采用0～600 MU/min的可变剂量率。

1.5 评估方法

1.5.1 靶区的评估  在保证处方剂量线包绕靶区的体积达到95%的前提下，比较两种计划的靶区适形指数（CI）和均匀性指数（HI），来评价计划的靶区剂量分布。

适形指数（CI）：CI=■×■

VT，ref：处方剂量包围的靶区体积，VT：靶区体积，Vref处方剂量线包围的所有区域的体积。适形指数取值在0～1，适形指数值越高说明适形度越好。

均匀性指数（HI）：HI=（D2%-D98%）/D50%，其中D2%、D98%、D50%分别是2%、98%、50%计划靶区所接受的照射剂量。均匀性指数越小，说明靶区均匀性越好。

1.5.2 危机器官剂量参数  比较膀胱、小肠、左右股骨头的限量：膀胱V40<40%，小肠Dmax<5000 cGy，V35<180 cm3，V40<100 cm3，左右股骨头V50<5%。

1.5.3 治疗时间和治疗跳数  在Raystation计划系统中，直接读取两种计划的治疗时间和治疗跳数，并比较两种计划治疗时的治疗时间和治疗跳数。

1.5.4 剂量学比较  在Raystation计划系统中，显示两种计划的剂量体积直方图（DVH）并进行比较，并对两种计划进行统计学分析。

1.6 统计学处理

采用SPSS22.0统计软件对每个计量资料指标进行配对样本t检验，分别对肿瘤靶区剂量、正常组织限量、治疗跳数及治疗时间、DVH图进行统计分析，P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两种计划靶区的剂量学参数比较

由表1可以看出两种计划均能满足临床要求，两者最低剂量有统计学意义，最大剂量无统计学意义，两种计划的靶区适形指数没有统计学差异，均匀性RapidArc计划略好于FDR-IMAT计划，有统计学差异（P<0.05）。

表1   两种计划靶区的剂量学参数比较（x±s）

2.2两种计划的危及器官剂量学参数比较

由表2可以得出两种计划的危及器官指标均无明显统计学意义（P>0.05）。

2.3 两种计划的治疗时间和机器跳数比较

由表3可以得出FDR-IMAT计划治疗时间大于RapidArc计划治疗时间，差异有统计学意义（P<0.05）。

2.4 计划权重及剂量分布

分别设计RapidArc和FDR-IMAT计划均能满足临床医生的研究要求，封三图5为同一例患者两种计划的控制点剂量权重图比较，封三图6为同一例患者两种计划不同切面的剂量分布图比较，封三图7为同一患者两种计划的DVH比较。

3讨论

近年来容积旋转调强技术（RapidArc）发展迅速， 国内外已有多篇报道显示其在多个肿瘤部位的剂量学和效率优势[11-15]。国内外对于FDR-IMAT技术的研究相关文献比较少，本文对10例直肠癌患者的RapidArc计划和FDR-IMAT计划进行剂量学的比较，旨在研究FDR-IMAT技术在剂量学方面可以用于直肠癌患者的治疗，为没有可变剂量率旋转调强的单位开展旋转调强的技术提供可能。

10例直肠癌患者的RapidArc计划在Varian Trilogy加速器模型上进行计划设计，FDR-IMAT计划在Varian 23EX加速器模型上进行计划设计，我院在调试验收两台加速器时对这两台加速器的百分深度剂量曲线（PDD）等物理参数进行了匹配使其误差不超过1%。Beyer[16]研究表明当两台加速器匹配之后的物理参数相差不超过1%时，即认为其模型基本一致。因此这两台机器模型计算出来的剂量结果可以进行剂量学比较。

由表1可以看出两者的适形指数没有统计学差异（P>0.05），但是均匀指数具有统计学差异（P<0.05），分析由于其弧数相同以及都是每隔4°一個控制点所以其适形指数基本一致。但是其均匀指数RapidArc计划要好于FDR-IMAT计划其原因可能是由于RapidArc计划的剂量率可变，所以对于靶区内剂量的控制要优于FDR-IMAT计划。但是由表2可得出无论是危及器官的最大点剂量还是其体积剂量两者之间均无统计学差异，因此在一定程度上FDR-IMAT技术可以代替RapidArc技术。

由表3发现在治疗时间方面，FDR-IMAT计划的时间是RapidArc计划的1.5倍左右，这是由于RapidArc技术的剂量率可以从100～600 MU/min之间进行变化，它可以通过计算在合适的角度提高剂量率获得更高的剂量以及通过降低剂量率来减少输出剂量，笔者使用的 FDR-IMAT技术则是选定200 MU/min的剂量率其原因是考虑到计划剂量分布与执行效率的平衡。因此，其治疗速度要慢于RapidArc 技术。由表1、2和图2、3可以得出在剂量学上均可用于临床治疗，但固定剂量率旋转调强可在Varina 23EX加速器上进行治疗，此加速器作为一款应用范围很广的机器，为一些将要开展旋转调强而没有先进机器的医院提供了可能，另外固定剂量率旋转调强的机架以恒定速度转动，机器出束更稳定，损耗更小。除此之外，杜锋磊等[17]使用我院Varian 23EX 加速器模型设计了10例FDR-IMAT技术的直肠癌计划并使用MapCheck进行验证得到其DTA和Gamma通过率均大于95%，因此单纯Gamma通过率方面考虑FDR-IMAT也可以用于放射治疗。另外，由于患者选取数量较少，结果存在一定误差，后期加大患者数据再进行具体分析。此外龙雨松等[18]在肺癌固定剂量率旋转调强和容积旋转调强的剂量学分析中，表示RapidArc技术是优于FDR-IMAT技术的，这可能是不同病种导致的结果，后期我们会对不同病种进行分析如前列前癌、鼻咽癌、宫颈癌等来研究何种疾病是适合FDR-IMAT技术的，为要开展旋转调强的医院提供更准确的数据。

综上所述，FDR-IMAT技术虽然在治疗速度上要慢于RapidArc技术，但是靶区适形指数以及危及器官限量均无统计学差异，因此为一些将要开展旋转调强而没有先进机器的医院提供了可能。另外，我们只是单纯从剂量学角度对比了RapidArc技术与FDR-IMAT技术，但是对于它们的临床疗效仍需要长期和大数据的观察分析。后期，我们会跟临床医生分析患者放疗后的疗效，为FDR-IMAT计划提供一个准确的数据。

[参考文献]

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

[2] 陈万青，孙可欣，郑荣寿，等. 2014年中国分地区恶性肿瘤发病和死亡分析[J]. 中国肿瘤，2018，27（1）：1-14.

[3] 刘芳芳.结直肠癌免疫治疗的研究及前景展望[J].世界华人消化杂志，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] 李润霄，迟子锋，曹彦坤，等.直肠癌静态调强与容积旋转调强放疗计划的剂量学对比研究[J].中华放射医学与辐射防护杂志，2015，35（2）：123-127.

[6] 汪琳，张红雁，钱立庭，等.直肠癌术前容积旋转调强放疗和五野静态调强放疗的剂量学比较[J].安徽医科大学学报，2016，51（5）：731-734.

[7] 杨波，庞廷田，孙显松，等.直肠癌术前容积调强与固定野调强技术的剂量学比较[J].协和医学杂志，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与VMAT在不同瘤体长度胸上段食管癌中的剂量学比较[D]. 南昌大学， 2018.

[15] 陈进琥，尹勇.颈段食管癌固定野调强与旋转调强放疗计划比较研究[J].中华放射肿瘤学杂志，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] 杜锋磊，赵凯，史国栋，等. Varian Clinical 23EX加速器固定剂量率容积调强技术的MapCheck剂量验证[J]. 中国医学物理学杂志，2017，34（8）：776-782.

[18] 龙雨松，谭军文，贺先桃，等.肺癌固定剂量率旋转调强和容积旋转调强的剂量学分析[J].中国医学物理学杂志，2018，35（2）：176-182.

（收稿日期：2019-01-18）

推荐访问:放疗 直肠癌 剂量 应用于 加速器