引用本文： 沈亚丽, 李霞, 赵娅琴, 柏森, 许峰. 宫颈癌术后放射治疗容积旋转调强与静态调强和三维适形计划的剂量学研究. 华西医学, 2015, 30(6): 1096-1100. doi: 10.7507/1002-0179.20150314 复制
宫颈癌是妇科最常见的恶性肿瘤之一。早期宫颈癌具有不良预后因素者术后需辅助放射治疗（放疗）、化学治疗。目前美国国立综合癌症网络和国际妇产科联合会及国内外专家建议不良预后因素包括具有盆腔淋巴结转移、切缘不净和宫旁病理阳性的残留病灶等[1]。国内以往多采用前后野对穿照射二维模式作为宫颈癌术后常规放疗方法。随着放疗设备的更新，三维适形放疗（3D-CRT）和调强放疗（IMRT）得到了长足发展。已有研究报道IMRT相对于3D-CRT减少部分危及器官照射剂量和照射体积[2-3]，并减少患者血液学毒性[4]。旋转容积调强技术（VMAT）是一种兼有旋转照射优点的动态IMRT模式[5]，据报道，VMAT在前列腺癌和头颈部肿瘤的剂量分布不亚于IMRT，且能显著缩短治疗时间[6-9]。本研究通过比较宫颈癌术后VMAT、IMRT和3D-CRT计划的剂量学以及治疗时间等参数，旨在寻找对患者更加合理高效的放射治疗方式。
1 资料与方法
1.1 一般资料
采用随机抽样法选择2013年3月1日－9月30日我院收治的15例宫颈癌术后患者。FIGO （2009）分期为ⅠB～ⅡA期，其中ⅠB期4例，ⅠC期6例，ⅡA期5例。术后病理为中、低分化鳞癌，有高危因素（包括侵犯宫颈深度1/2全层，肿瘤直径≥4 cm、淋巴血管间隙受累，淋巴结转移、宫旁侵犯、切缘阳性等）需接受术后盆腔放疗。患者年龄35～65岁，中位年龄55岁。
1.2 方法
1.2.1 CT定位
所有患者均取仰卧体位，双手抱头，用热塑体模固定。在膀胱自然充盈（定位前2 h排空膀胱，饮水500～800 mL）、平静呼吸状态下行CT增强扫描。扫描范围从腰1至坐骨结节下5 cm，层厚3 mm。将CT图像通过Dicom格式传到放射治疗计划系统工作站。
1.2.2 靶体积的定义和处方剂量
根据 ICRU62和83号报告[10-12]，宫颈癌术后盆腔临床靶体积（CTV）包括阴道上段1/2及残端、阴道旁软组织和盆腔淋巴引流区域（包括髂总、髂外、髂内、闭孔及骶前淋巴结区，范围为上界达第4～5腰椎间、下界达闭孔下缘水平）。将CTV在三维方向上均匀外放0.8～1.0 cm 获得计划靶体积（PTV）。危及器官包括膀胱、直肠、部分小肠（至少勾画到超出PTV 2 cm的层面）、左右股骨头和骨盆。骨盆勾画包括腰4下缘至坐骨结节下缘所有骨性结构，包括腰4、腰5、骶椎、髂骨、耻骨、坐骨和近端股骨[13]。勾画整个骨性结构代表骨盆。处方剂量50 Gy/2.0 Gy/25 f，计划要求95%以上体积的PTV最低受到50.4 Gy的剂量。危及器官剂量体积的限定：小肠V40≤50%，直肠V50≤50%，膀胱V50≤50%，股骨头V50≤5%，骨盆V30≤50%。
1.2.3 治疗计划设计
采用飞利浦 Pinnacle 放疗治疗计划系统，对每个患者设计3种计划（图 1）。3D-CRT计划（图 1a）：采用4野箱式照射技术，入射野角度分别为0、90、180、270°。IMRT计划（图 1b）：共面照射，入射野角度分别为0、50、100、150、210、260、310°。调强方式采用静态调强，直接机器参数优化模式，优化条件参数各患者基本相同。VMAT计划（图 1c）的设计为共面双弧（分别为顺时针181～179°和逆时针179～181°）的计划。剂量计算均采用各向异性分析算法。均采用6 MV-X射线。
图1
3种计划设野及PTV靶区中心层面横断面剂量分布图像
红色线内区域为PTV靶区，蓝色和绿色线分别代表 95%和90%处方剂量（50 Gy）曲线 a. 3D-CRT b. IMRT c. VMAT
1.2.4 治疗计划的评价
利用直方图对靶区和危及器官进行计划评价。靶区的分析指标是98%体积所接受的剂量（D98%）、50%体积所接受的剂量（D50%）、2%体积所接受的剂量（D2%），以及靶区剂量均匀性指数（HI）和适形度指数（CI）。危及器官评价参数：小肠V50和V40、直肠V50、膀胱V50和骨盆V20、V50（分别表示接受50、40、20 Gy照射体积的百分比例）。对股骨头比较5%体积所受的剂量（D5%）。
1.2.5 加速器跳数和治疗时间
比较3种治疗计划实际运行效率，包括治疗加速器输出跳数和治疗照射时间，不包括摆位时间。
1.3 统计学方法
采用SPSS 18.0软件进行处理。所有数值均采用均数±标准差表示，两两比较用Wilcoxon符号秩和检验。检验水准α=0.05。
2 结果
2.1 各种放疗计划PTV剂量分布的差异
通过对3种计划的直方图比较得知，3种计划的处方剂量PTV覆盖均达到95%，均能达到对靶区的有效覆盖。3种放疗计划的PTV剂量分布，见表 1。在相同的处方剂量（50 Gy）下，3D-CRT的PTV D2%、D50%和D98%均略高于IMRT和VMAT，但差异无统计学意义（P＞0.05）。在计划的均匀度和适形度方面，IMRT和VMAT的适形度明显优于3D-CRT（P=0.001），但IMRT和VMAT之间差异无统计学意义（P=0.073）；均匀度比较，3D-CRT要略劣于IMRT和VMAT，但差异无统计学意义（P＞0.05）。
表1
PTV剂量分布和均匀度及适形度比较（n=15，2.2 各种放疗计划对危及器官剂量分布的影响
3种计划均可满足所有危及器官剂量要求，见表 2、图 2。IMRT、VMAT计划与3D-CRT计划相比，明显降低了骨盆、直肠、膀胱和小肠对应剂量的受照体积。直肠V50在IMRT、VMAT较3D-CRT下降了57.5%和51.7%。膀胱V50在IMRT、VMAT较3D-CRT下降了46.5%和45.7%。小肠V40和V50也明显下降，分别为31.3%和34.3%，65.2%和63.4%。与3D-CRT计划相比，IMRT、VMAT显著降低了小肠的高剂量（50 Gy）受照体积。而左右股骨头D5% IMRT、VMAT计划与3D-CRT计划相比，也有明显差异。因此，IMRT、VMAT计划对危及器官的保护明显要优于3D-CRT计划。而IMRT和VMAT计划对危及器官的保护无明显差异（P＞0.05）。
表2
危及器官受照剂量比较（n=15，
图2
危及器官的剂量直方图 粗线、细线和虚线分别表示3D-CRT、IMRT和VMAT计划在不同危及器官中的剂量直方图
a. IMRT、VMAT计划与3D-CRT计划相比，降低了骨盆V20 b.直肠V50 IMRT、VMAT较3D-CRT下降了57.5%和51.7% c. 膀胱V50 IMRT、VMAT较3D-CRT下降了46.5%和45.7% d. 与 3D-CRT 计划相比，IMRT、VMAT显著降低了小肠的V50 e、f.左右股骨头D5% IMRT、VMAT计划较3D-CRT计划明显下降
2.3 机器跳数及治疗时间比较
VMAT计划的机器跳数较7野IMRT计划减少，但差异无统计学意义（P＞0.05）；VMAT计划和IMRT计划较3D-CRT计划机器跳数明显增加，差异有统计学意义（P＜0.05）。同样，3D-CRT计划的治疗时间最短，而VMAT的治疗时间较IMRT治疗时间减少200 s，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表 3。
表3
机器跳数和治疗时间分析（n=15，3 讨论
早期高危宫颈癌术后辅助放疗能够降低盆腔复发率，被认为是宫颈癌术后治疗的有效手段[14]。对于早期宫颈癌患者，如何在提高局部控制率的同时减轻放射性损伤是值得探讨的问题[15]。在宫颈癌的术后放疗中，与2野前后对穿照射或4野盒式照射技术相比，3D-CRT有明显的剂量学优势[16]。随着IMRT技术的发展，可使靶区接受更加精确的照射，而其周围正常组织得到更好的保护。与IMRT相比，VMAT具有提高受照射正常组织分散度、减少加速器输出剂量和节省治疗时间等优点[17]。目前，VMAT技术已经应用于宫颈癌术后放疗中，与3D-CRT和IMRT相比较，哪一种技术更能满足临床计划的要求，现在还少见文献报道。本研究首次对3D-CRT、IMRT和VMAT 3种技术在术后宫颈癌中的剂量学差异进行了比较。
本研究表明，在宫颈癌术后的放疗中，3种计划的剂量分布均能够满足靶区处方剂量要求，但是应用7野IMRT技术和二弧VMAT技术的适形性明显优于3D-CRT技术，而三者均匀度差别不大，说明IMRT计划和VMAT计划与3D-CRT计划相比，能给予盆腔计划靶区更好的适形性。3种计划的剂量分布均匀性相似。
宫颈癌术后小肠落入盆腔，且肠道粘连致其活动受限，所以小肠是盆腔放疗的主要剂量限制性器官，如果小肠受照体积增大，就易引起小肠放射性损伤的发生。骨盆、直肠和膀胱在盆腔内的位置相对固定，在宫颈癌术后放疗中也是受影响最多的危及器官。本研究发现IMRT及VMAT在高剂量区对盆腔、小肠、直肠及膀胱的保护作用明显优于3D-CRT。尤其是小肠V50的显著减少，这样会使患者的急性肠道反应得到改善，大大提高患者的治疗耐受性。我们发现VMAT和IMRT对接受低剂量（20 Gy）的骨盆有较好保护作用，减低患者的骨髓抑制，亦可提高患者对治疗的耐受性。二弧VMAT计划在一定程度上能降低股骨头的平均受照射剂量，而在小肠、膀胱、直肠和骨盆的保护上较7野IMRT无明显优势。这与Cozzi等[18]研究结果相似：VMAT在靶区覆盖、在减少危及器官受照剂量等方面与IMRT计划相当。
VMAT技术最大优点是在不降低剂量分布的同时，进一步减少治疗时间和机器跳数，从而提高靶区生物效应和单位时间内治疗患者的数量[19]。Wagner等[20]报道，对于脑肿瘤的分次照射，VMAT较IMRT快3.3倍，较3D-CRT快1.2倍。研究中二弧VMAT计划较7野IMRT计划在加速器总跳数和总治疗时间上表现出较大的优势。其中VMAT的机器跳数为486±35，IMRT的机器跳数为502±25，二者差异并不明显（P=0.478）。VMAT的治疗时间为（300±17）s，为IMRT治疗时间[（420±21）s]的70%（P=0.001）。VMAT的治疗时间较IMRT减少，从而明显提高治疗的效率。同时治疗时间的缩短可减轻患者由于长时间保持相同体位产生的不适感，降低了分次内患者体位移动、器官体积变化和运动等不确定性因素的影响。
设计VMAT计划，涉及到很多因素，包括旋转起始角度、准直器角度、治疗床角度、二级准直器位置以及优化限制条件等多个因素。所以设计相同病例计划需要比IMRT花费更多的时间才能达到临床要求。因此如何在满足靶区剂量并降低危及器官受量的前提下，提高VMAT计划设计的效率，仍需进一步探索和研究。
宫颈癌VMAT计划具有与7野IMRT计划相当甚至略好的剂量分布，明显优于3D-CRT计划。同时在加速器跳数和治疗时间上，VMAT占优势。本研究结果显示，VMAT技术在宫颈癌术后放疗中，能更高效地利用仪器设备，增加患者的治疗依从性，可以作为宫颈癌放疗计划较好的选择。但其临床疗效及副作用还需进一步观察。
宫颈癌是妇科最常见的恶性肿瘤之一。早期宫颈癌具有不良预后因素者术后需辅助放射治疗（放疗）、化学治疗。目前美国国立综合癌症网络和国际妇产科联合会及国内外专家建议不良预后因素包括具有盆腔淋巴结转移、切缘不净和宫旁病理阳性的残留病灶等[1]。国内以往多采用前后野对穿照射二维模式作为宫颈癌术后常规放疗方法。随着放疗设备的更新，三维适形放疗（3D-CRT）和调强放疗（IMRT）得到了长足发展。已有研究报道IMRT相对于3D-CRT减少部分危及器官照射剂量和照射体积[2-3]，并减少患者血液学毒性[4]。旋转容积调强技术（VMAT）是一种兼有旋转照射优点的动态IMRT模式[5]，据报道，VMAT在前列腺癌和头颈部肿瘤的剂量分布不亚于IMRT，且能显著缩短治疗时间[6-9]。本研究通过比较宫颈癌术后VMAT、IMRT和3D-CRT计划的剂量学以及治疗时间等参数，旨在寻找对患者更加合理高效的放射治疗方式。
1 资料与方法
1.1 一般资料
采用随机抽样法选择2013年3月1日－9月30日我院收治的15例宫颈癌术后患者。FIGO （2009）分期为ⅠB～ⅡA期，其中ⅠB期4例，ⅠC期6例，ⅡA期5例。术后病理为中、低分化鳞癌，有高危因素（包括侵犯宫颈深度1/2全层，肿瘤直径≥4 cm、淋巴血管间隙受累，淋巴结转移、宫旁侵犯、切缘阳性等）需接受术后盆腔放疗。患者年龄35～65岁，中位年龄55岁。
1.2 方法
1.2.1 CT定位
所有患者均取仰卧体位，双手抱头，用热塑体模固定。在膀胱自然充盈（定位前2 h排空膀胱，饮水500～800 mL）、平静呼吸状态下行CT增强扫描。扫描范围从腰1至坐骨结节下5 cm，层厚3 mm。将CT图像通过Dicom格式传到放射治疗计划系统工作站。
1.2.2 靶体积的定义和处方剂量
根据 ICRU62和83号报告[10-12]，宫颈癌术后盆腔临床靶体积（CTV）包括阴道上段1/2及残端、阴道旁软组织和盆腔淋巴引流区域（包括髂总、髂外、髂内、闭孔及骶前淋巴结区，范围为上界达第4～5腰椎间、下界达闭孔下缘水平）。将CTV在三维方向上均匀外放0.8～1.0 cm 获得计划靶体积（PTV）。危及器官包括膀胱、直肠、部分小肠（至少勾画到超出PTV 2 cm的层面）、左右股骨头和骨盆。骨盆勾画包括腰4下缘至坐骨结节下缘所有骨性结构，包括腰4、腰5、骶椎、髂骨、耻骨、坐骨和近端股骨[13]。勾画整个骨性结构代表骨盆。处方剂量50 Gy/2.0 Gy/25 f，计划要求95%以上体积的PTV最低受到50.4 Gy的剂量。危及器官剂量体积的限定：小肠V40≤50%，直肠V50≤50%，膀胱V50≤50%，股骨头V50≤5%，骨盆V30≤50%。
1.2.3 治疗计划设计
采用飞利浦 Pinnacle 放疗治疗计划系统，对每个患者设计3种计划（图 1）。3D-CRT计划（图 1a）：采用4野箱式照射技术，入射野角度分别为0、90、180、270°。IMRT计划（图 1b）：共面照射，入射野角度分别为0、50、100、150、210、260、310°。调强方式采用静态调强，直接机器参数优化模式，优化条件参数各患者基本相同。VMAT计划（图 1c）的设计为共面双弧（分别为顺时针181～179°和逆时针179～181°）的计划。剂量计算均采用各向异性分析算法。均采用6 MV-X射线。
图1
3种计划设野及PTV靶区中心层面横断面剂量分布图像
红色线内区域为PTV靶区，蓝色和绿色线分别代表 95%和90%处方剂量（50 Gy）曲线 a. 3D-CRT b. IMRT c. VMAT
1.2.4 治疗计划的评价
利用直方图对靶区和危及器官进行计划评价。靶区的分析指标是98%体积所接受的剂量（D98%）、50%体积所接受的剂量（D50%）、2%体积所接受的剂量（D2%），以及靶区剂量均匀性指数（HI）和适形度指数（CI）。危及器官评价参数：小肠V50和V40、直肠V50、膀胱V50和骨盆V20、V50（分别表示接受50、40、20 Gy照射体积的百分比例）。对股骨头比较5%体积所受的剂量（D5%）。
1.2.5 加速器跳数和治疗时间
比较3种治疗计划实际运行效率，包括治疗加速器输出跳数和治疗照射时间，不包括摆位时间。
1.3 统计学方法
采用SPSS 18.0软件进行处理。所有数值均采用均数±标准差表示，两两比较用Wilcoxon符号秩和检验。检验水准α=0.05。
2 结果
2.1 各种放疗计划PTV剂量分布的差异
通过对3种计划的直方图比较得知，3种计划的处方剂量PTV覆盖均达到95%，均能达到对靶区的有效覆盖。3种放疗计划的PTV剂量分布，见表 1。在相同的处方剂量（50 Gy）下，3D-CRT的PTV D2%、D50%和D98%均略高于IMRT和VMAT，但差异无统计学意义（P＞0.05）。在计划的均匀度和适形度方面，IMRT和VMAT的适形度明显优于3D-CRT（P=0.001），但IMRT和VMAT之间差异无统计学意义（P=0.073）；均匀度比较，3D-CRT要略劣于IMRT和VMAT，但差异无统计学意义（P＞0.05）。
表1
PTV剂量分布和均匀度及适形度比较（n=15，2.2 各种放疗计划对危及器官剂量分布的影响
3种计划均可满足所有危及器官剂量要求，见表 2、图 2。IMRT、VMAT计划与3D-CRT计划相比，明显降低了骨盆、直肠、膀胱和小肠对应剂量的受照体积。直肠V50在IMRT、VMAT较3D-CRT下降了57.5%和51.7%。膀胱V50在IMRT、VMAT较3D-CRT下降了46.5%和45.7%。小肠V40和V50也明显下降，分别为31.3%和34.3%，65.2%和63.4%。与3D-CRT计划相比，IMRT、VMAT显著降低了小肠的高剂量（50 Gy）受照体积。而左右股骨头D5% IMRT、VMAT计划与3D-CRT计划相比，也有明显差异。因此，IMRT、VMAT计划对危及器官的保护明显要优于3D-CRT计划。而IMRT和VMAT计划对危及器官的保护无明显差异（P＞0.05）。
表2
危及器官受照剂量比较（n=15，
图2
危及器官的剂量直方图 粗线、细线和虚线分别表示3D-CRT、IMRT和VMAT计划在不同危及器官中的剂量直方图
a. IMRT、VMAT计划与3D-CRT计划相比，降低了骨盆V20 b.直肠V50 IMRT、VMAT较3D-CRT下降了57.5%和51.7% c. 膀胱V50 IMRT、VMAT较3D-CRT下降了46.5%和45.7% d. 与 3D-CRT 计划相比，IMRT、VMAT显著降低了小肠的V50 e、f.左右股骨头D5% IMRT、VMAT计划较3D-CRT计划明显下降
2.3 机器跳数及治疗时间比较
VMAT计划的机器跳数较7野IMRT计划减少，但差异无统计学意义（P＞0.05）；VMAT计划和IMRT计划较3D-CRT计划机器跳数明显增加，差异有统计学意义（P＜0.05）。同样，3D-CRT计划的治疗时间最短，而VMAT的治疗时间较IMRT治疗时间减少200 s，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表 3。
表3
机器跳数和治疗时间分析（n=15，3 讨论
早期高危宫颈癌术后辅助放疗能够降低盆腔复发率，被认为是宫颈癌术后治疗的有效手段[14]。对于早期宫颈癌患者，如何在提高局部控制率的同时减轻放射性损伤是值得探讨的问题[15]。在宫颈癌的术后放疗中，与2野前后对穿照射或4野盒式照射技术相比，3D-CRT有明显的剂量学优势[16]。随着IMRT技术的发展，可使靶区接受更加精确的照射，而其周围正常组织得到更好的保护。与IMRT相比，VMAT具有提高受照射正常组织分散度、减少加速器输出剂量和节省治疗时间等优点[17]。目前，VMAT技术已经应用于宫颈癌术后放疗中，与3D-CRT和IMRT相比较，哪一种技术更能满足临床计划的要求，现在还少见文献报道。本研究首次对3D-CRT、IMRT和VMAT 3种技术在术后宫颈癌中的剂量学差异进行了比较。
本研究表明，在宫颈癌术后的放疗中，3种计划的剂量分布均能够满足靶区处方剂量要求，但是应用7野IMRT技术和二弧VMAT技术的适形性明显优于3D-CRT技术，而三者均匀度差别不大，说明IMRT计划和VMAT计划与3D-CRT计划相比，能给予盆腔计划靶区更好的适形性。3种计划的剂量分布均匀性相似。
宫颈癌术后小肠落入盆腔，且肠道粘连致其活动受限，所以小肠是盆腔放疗的主要剂量限制性器官，如果小肠受照体积增大，就易引起小肠放射性损伤的发生。骨盆、直肠和膀胱在盆腔内的位置相对固定，在宫颈癌术后放疗中也是受影响最多的危及器官。本研究发现IMRT及VMAT在高剂量区对盆腔、小肠、直肠及膀胱的保护作用明显优于3D-CRT。尤其是小肠V50的显著减少，这样会使患者的急性肠道反应得到改善，大大提高患者的治疗耐受性。我们发现VMAT和IMRT对接受低剂量（20 Gy）的骨盆有较好保护作用，减低患者的骨髓抑制，亦可提高患者对治疗的耐受性。二弧VMAT计划在一定程度上能降低股骨头的平均受照射剂量，而在小肠、膀胱、直肠和骨盆的保护上较7野IMRT无明显优势。这与Cozzi等[18]研究结果相似：VMAT在靶区覆盖、在减少危及器官受照剂量等方面与IMRT计划相当。
VMAT技术最大优点是在不降低剂量分布的同时，进一步减少治疗时间和机器跳数，从而提高靶区生物效应和单位时间内治疗患者的数量[19]。Wagner等[20]报道，对于脑肿瘤的分次照射，VMAT较IMRT快3.3倍，较3D-CRT快1.2倍。研究中二弧VMAT计划较7野IMRT计划在加速器总跳数和总治疗时间上表现出较大的优势。其中VMAT的机器跳数为486±35，IMRT的机器跳数为502±25，二者差异并不明显（P=0.478）。VMAT的治疗时间为（300±17）s，为IMRT治疗时间[（420±21）s]的70%（P=0.001）。VMAT的治疗时间较IMRT减少，从而明显提高治疗的效率。同时治疗时间的缩短可减轻患者由于长时间保持相同体位产生的不适感，降低了分次内患者体位移动、器官体积变化和运动等不确定性因素的影响。
设计VMAT计划，涉及到很多因素，包括旋转起始角度、准直器角度、治疗床角度、二级准直器位置以及优化限制条件等多个因素。所以设计相同病例计划需要比IMRT花费更多的时间才能达到临床要求。因此如何在满足靶区剂量并降低危及器官受量的前提下，提高VMAT计划设计的效率，仍需进一步探索和研究。
宫颈癌VMAT计划具有与7野IMRT计划相当甚至略好的剂量分布，明显优于3D-CRT计划。同时在加速器跳数和治疗时间上，VMAT占优势。本研究结果显示，VMAT技术在宫颈癌术后放疗中，能更高效地利用仪器设备，增加患者的治疗依从性，可以作为宫颈癌放疗计划较好的选择。但其临床疗效及副作用还需进一步观察。
