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【摘要】 目的：比較三维适形放疗（3D-CRT）、静态调强放疗（s-IMRT）、容积调强放疗（VMAT）三种放疗技术的靶体积、正常组织保护及跳数。方法：选择24例直肠癌术后患者，将其分为3D-CRT组、IMRT组、VMAT组，每组8例。靶区覆盖指标包括计划靶区（PTV）的平均剂量，适形指数（CI）、均匀性指数（HI），危及器官包括膀胱、小肠、结肠、双侧股骨头。结果：IMRT组和VMAT组平均PTV剂量均高于3D-CRT组，靶区适形度和均匀性亦均优于3D-CRT组，差异均有统计学意义（P<0.05）。IMRT组和VMAT组膀胱、小肠、结肠的Dmax、V40均明显低于3D-CRT组，差异均有统计学意义（P<0.05）；与3D-CRT组比较，IMRT组和VMAT组均能降低双侧股骨头的Dmax、V30、V40，差异均有统计学意义（P<0.05）；与IMRT组比较，VMAT组能进一步降低小肠的Dmax与双侧股骨头的Dmax、V30、V40（P<0.05）。VMAT组和IMRT组的机器跳数均高于3D-CRT组，且IMRT组高于VMAT组，差异均有统计学意义（P<0.05）。结论：VMAT能提高靶区的剂量覆盖、更好地保护正常组织，在保护小肠和双侧股骨头方面，VMAT优于IMRT，而且VMAT需要的治疗时间更短，有利于精确放疗和保护直线加速器，今后VMAT将广泛应用于局部晚期直肠癌术后放疗。
【关键词】 直肠癌； 适形放射治疗； 静态调强放射治疗； 容积弧形调强放射治疗
【Abstract】 Objective：To compare the target volume，normal tissue protection and number of hops of the 3 dimensional-conformal radiotherapy therapy（3D-CRT），static intensity modulated radiation therapy （s-IMRT），volumetric modulated arc therapy（VMAT）.Method：24 cases of rectal cancer were selected and divided into 3D-CRT group，IMRT group，VMAT group，8 cases in each group.The target volume coverage indicators included average dose，conformity index（CI），and homogeneity index（HI） of planning tumor volume（PTV），normal organs at risk（OAR）included the bladder，small intestine，colon，and bilateral proximal femurs.Result：The average PTV dose of IMRT group and VMAT group were higher than that of 3D-CRT group，and the target area conformal and uniformity were better than those in 3D-CRT group，the differences were statistically significant（P<0.05）.The bladder，small intestine，colon Dmax，V40 of the IMRT group and VMAT group were significantly lower than those in 3D-CRT group，the differences were statistically significant（P<0.05）.Compared with the 3D-CRT group，IMRT group and VMAT group were able to reduce the bilateral femoral head Dmax，V30，V40，the differences were statistically significant（P<0.05）.Compared with the IMRT group，VMAT group can further reduce the small intestine of Dmax and bilateral femoral head Dmax，V30，V40 （P<0.05）.The number of machines of VMAT group and IMRT group were higher than that of 3D-CRT group，and the IMRT group was higher than the VMAT group，the differences were statistically significant（P<0.05）.Conclusion：VMAT can improve target dose coverage，better protection of normal tissues in the small intestine and bilateral femoral head protection，VMAT is better than IMRT and VMAT，the treatment time is shorter，is conducive to precise radiotherapy and the protection of the linear accelerator，the future VMAT will be widely used in locally advanced rectal cancer after radiotherapy. 【Key words】 Rectal cancer； Conformal radiation therapy； Static intensity modulated radiation therapy； Volumetric modulated arc therapy
First-author’s address：Changzhou Cancer Hospital，Changzhou 213000，China
doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2016.36.007
直肠癌仍是常见恶性肿瘤之一。近几年，诊断、综合治疗的进展改善了直肠癌局部控制和生存预后[1]。局部复发的减少有赖全直肠系膜切除术和放疗技术的进步[2-5]。放疗对局部控制的贡献依赖靶体积的覆盖。生存期延长要求更高的生活质量。正常组织的受照导致了放疗相关早期或晚期毒性反应。此外，提高放疗时的舒适度、减少器官运动带来的移位对放疗精确度至关重要。VMAT是目前国际上最先进的放射治疗技术之一，作为一种新技术，它的临床应用需要进一步的验证。本研究分析3D-CRT、IMRT和VMAT放疗计划的差别，从而为直肠癌患者术后放疗方式选择提供依据，现报告如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料 选取2011年11月-2014年10月在本科室行术后放疗的24例直肠癌患者，所有患者经术后病理证实为直肠腺癌，将患者分为3D-CRT组、IMRT组及VMAT组，每组8例。其中男14例，女10例，年龄38～76岁，平均（59±2）岁；术后病理类型：17例中分化管状腺癌，5例中分化腺癌，1例中分化管状腺癌、部分黏液腺癌，1例黏液腺癌；20例接受Dixon术，4例Miles术。术后放疗期间，20例口服希罗达或替吉奥同步化疗，4例单纯放疗。该研究已经本医院伦理学委员会批准，患者放疗前均签署放疗知情同意书。
1.2 纳入与排除标准 （1）纳入标准：经术后病理确诊、分期为Ⅱ～Ⅲ期的直肠腺癌术后患者；年龄18～80岁；卡氏评分（KPS）≥70分；血常规、肝肾功能基本正常；无放疗、化疗禁忌证；患者有良好的依从性。（2）排除标准：术后分期为I、Ⅳ期患者；既往接受过放疗、化疗；年龄<18岁或>80岁；KPS<70分；妊娠期；血常规、肝肾功能不正常；存在放化疗禁忌证；拒绝签署知情同意书和随访。
1.3 方法
1.3.1 CT模拟定位 采用东芝80排螺旋CT行增强扫描，定位时采用仰卧位，膀胱充盈，体膜固定，扫描范围为L1椎体上缘至坐骨结节下5 cm，扫描层厚为5 mm。之后将图像传输到计划室的Eclipse治疗计划系统（treatment planing system，TPS）勾画靶区及危及器官。
1.3.2 靶区和危及器官勾画 临床靶区（clinical target volume，CTV）包括瘤床區和直肠系膜区、骶前、髂内、髂外淋巴引流区。CTV上界为L5椎体下缘，下界为直肠病灶下缘下3 cm。CTV四周外放0.7 cm、上下各放1 cm成计划靶区（planing target volume，PTV）。根据RTOG盆腔正常组织勾画指南，膀胱、小肠、结肠、股骨头为危及器官。
1.3.3 放疗计划设计 每组患者分别设计4野适形计划、5野调强计划、双弧VMAT计划。IMRT为5野共面照射，VMAT采用2个全弧照射，PTV处方剂量Dt50 Gy/25Fx。正常组织限量中膀胱V50≤50%，小肠V50≤10%，双侧股骨头V50≤5%。
1.4 观察指标 用剂量体积直方图（dose-volume histogram，DVH）比较3种放疗计划中靶区剂量、均匀性指数（homogeneity index，HI）、适形指数（conformity index，CI），膀胱、小肠等危及器官的受量及治疗时间。其中CI=CF×SF，CF（Cover Factory）是指PTV接受处方剂量的体积与PTV体积之比，SF（Spill Factor）定义为接受处方剂量的PTV体积与接受处方剂量的全身体积之比。CI值为0～1，CI值越大，表示适形度越好，等于1时最理想。HI为5%最高剂量区的PTV接受的最小剂量与95%最高剂量区的PTV接受的最小剂量之比。值越低，即值越接近1，表示靶区剂量均匀性越好。
1.5 统计学处理 采用SPSS 16.0统计软件分析数据，计量资料用（x±s）表示，比较采用t检验；计数资料以率（%）表示，比较采用 字2检验，P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 靶区剂量分布 IMRT组和VMAT组平均PTV剂量均高于3D-CRT组，靶区适形度和均匀性亦均优于3D-CRT组，差异均有统计学意义（P<0.05），而VMAT组的平均PTV剂量、CI、HI与IMRT组比较，差异均无统计学意义（P>0.05），见表1。
2.2 正常组织保护 IMRT组和VMAT组膀胱、小肠、结肠的Dmax、V40均明显低于3D-CRT组，差异均有统计学意义（P<0.05）；与3D-CRT组比较，IMRT组和VMAT组均能降低双侧股骨头的Dmax、V30、V40，差异均有统计学意义（P<0.05）；与IMRT组比较，VMAT组能进一步降低小肠的Dmax、双侧股骨头的Dmax、V30、V40（P<0.05），见表2、3。
2.3 机器跳数 VMAT组机器跳数为（582.645±83.365），IMRT组为（862.364±136.425），3D-CRT组为（324.365±21.475），VMAT组和IMRT组均高于3D-CRT组，IMRT组高于VMAT组，差异均有统计学意义（P<0.05）。
2.4 不良反应和预后 根据RTOG急性放射反应分级标准[6]，3D-CRT组中2例发生3级放射性膀胱炎，2例发生2级肠炎。IMRT组和VMAT组仅发生1级膀胱炎和肠炎。随访21例（随访1～30个月，平均随访12个月），失访3例。16例无复发、转移征象，5例发生远处转移。 3 讨论
直肠癌是常见恶性肿瘤之一，也是主要死亡原因之一。近几年，我国直肠癌发病率上升，发病年轻化。早期诊断和治疗方法的改善可降低直肠癌死亡风险、延长生存期[7]。与单纯手术相比，术后放疗降低局部复发率[8-9]。许多研究证实了术前或术后放疗的生存获益[10-11]，化疗的加入提高了治疗相关毒性[12]。先进的放疗技术可以降低危及器官的受照剂量，从而减少放化疗的治疗强度[13-15]。随着生存期的延长，会发生更多的治疗相关副反应，因而需要更加重视患者的生活质量。
文献[16]研究显示，局部晚期直肠癌术后放疗后可能发生肠炎和肠黏膜水肿等并发症。晚发不良反应经常发生、难以治疗，严重影响患者的生活质量。更重要的是，约25%晚发不良反应发生在盆腔放疗10年后。文献[17]证实，盆腔放疗影响远期肠道功能，这与肠道受照体积和受照剂量直接相关。Kim等[8]严密随访致残患者的远期放疗反应：与非放疗组相比，放疗组发生更多的吻合口并发症和非肠道并发症，包括盆腔纤维化。随着时间的延长，远期不良反应逐渐增多。远期不良反应通常由不可逆损伤导致。因此，有必要预防严重放疗不良反应的发生。本研究证实与3D-CRT比较，IMRT和VMAT均能明显降低膀胱、小肠和结肠的V40（P<0.05），这与这两组急性膀胱炎、肠炎低发生率一致。Wolff等[18]比较了局部晚期直肠癌质子、3D-CRT、IMRT和VMAT技术，但是该研究没有比较股骨头受照剂量。本研究中，与3D-CRT比较，IMRT和VMAT均能降低双侧股骨头Dmax、V30、V40，差异均有统计学学意义（P<0.05）。与IMRT比较，VMAT能进一步降低小肠Dmax、双侧股骨头的Dmax、V30、V40，差异均有统计学意义（P<0.05）。VMAT的剂量学优势将减少患者的早期和晚期放疗不良反应。
与传统IMRT相比，VMAT最突出的優点是能大幅缩短治疗时间[19-20]。首先，VMAT能减少器官运动导致的移位，实现精确放疗。其次，缩短照射时间能提高患者舒适度，尤其是放疗时需要留尿的直肠癌患者。最后，低跳数能延长直线加速器的使用寿命。
综上所述，VMAT能提高靶区的剂量覆盖、更好地保护正常组织，在保护小肠和双侧股骨头方面，VMAT优于IMRT，而且VMAT需要的治疗时间更短，有利于精确放疗和保护直线加速器，今后VMAT将广泛应用于局部晚期直肠癌术后放疗。
参考文献
[1]汪建平.中国直肠癌治疗现状与思考[J].中华胃肠外科杂志，2009，12（3）：211-214.
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[4]徐勇超，王刚成，张占东.腹腔镜与开腹超低位直肠癌全直肠系膜切除术临床疗效的对比研究[J].中华胃肠外科杂志，2016，19（8）：942-943.
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[9]王玉，陈书，吴生红.pT3 N0期直肠癌术后辅助放疗价值探讨[J].中华放射肿瘤学杂志，2015，24（4）：387-391.
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[20]肖林，黄蓉，游凯云.局部进展期直肠癌术前新辅助放化疗中VMAT的可行性研究[J].中华放射肿瘤学杂志，2014，23（1）：9-13.
（收稿日期：2016-08-29） （本文编辑：张爽）
【关键词】 直肠癌； 适形放射治疗； 静态调强放射治疗； 容积弧形调强放射治疗
【Abstract】 Objective：To compare the target volume，normal tissue protection and number of hops of the 3 dimensional-conformal radiotherapy therapy（3D-CRT），static intensity modulated radiation therapy （s-IMRT），volumetric modulated arc therapy（VMAT）.Method：24 cases of rectal cancer were selected and divided into 3D-CRT group，IMRT group，VMAT group，8 cases in each group.The target volume coverage indicators included average dose，conformity index（CI），and homogeneity index（HI） of planning tumor volume（PTV），normal organs at risk（OAR）included the bladder，small intestine，colon，and bilateral proximal femurs.Result：The average PTV dose of IMRT group and VMAT group were higher than that of 3D-CRT group，and the target area conformal and uniformity were better than those in 3D-CRT group，the differences were statistically significant（P<0.05）.The bladder，small intestine，colon Dmax，V40 of the IMRT group and VMAT group were significantly lower than those in 3D-CRT group，the differences were statistically significant（P<0.05）.Compared with the 3D-CRT group，IMRT group and VMAT group were able to reduce the bilateral femoral head Dmax，V30，V40，the differences were statistically significant（P<0.05）.Compared with the IMRT group，VMAT group can further reduce the small intestine of Dmax and bilateral femoral head Dmax，V30，V40 （P<0.05）.The number of machines of VMAT group and IMRT group were higher than that of 3D-CRT group，and the IMRT group was higher than the VMAT group，the differences were statistically significant（P<0.05）.Conclusion：VMAT can improve target dose coverage，better protection of normal tissues in the small intestine and bilateral femoral head protection，VMAT is better than IMRT and VMAT，the treatment time is shorter，is conducive to precise radiotherapy and the protection of the linear accelerator，the future VMAT will be widely used in locally advanced rectal cancer after radiotherapy. 【Key words】 Rectal cancer； Conformal radiation therapy； Static intensity modulated radiation therapy； Volumetric modulated arc therapy
First-author’s address：Changzhou Cancer Hospital，Changzhou 213000，China
doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2016.36.007
直肠癌仍是常见恶性肿瘤之一。近几年，诊断、综合治疗的进展改善了直肠癌局部控制和生存预后[1]。局部复发的减少有赖全直肠系膜切除术和放疗技术的进步[2-5]。放疗对局部控制的贡献依赖靶体积的覆盖。生存期延长要求更高的生活质量。正常组织的受照导致了放疗相关早期或晚期毒性反应。此外，提高放疗时的舒适度、减少器官运动带来的移位对放疗精确度至关重要。VMAT是目前国际上最先进的放射治疗技术之一，作为一种新技术，它的临床应用需要进一步的验证。本研究分析3D-CRT、IMRT和VMAT放疗计划的差别，从而为直肠癌患者术后放疗方式选择提供依据，现报告如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料 选取2011年11月-2014年10月在本科室行术后放疗的24例直肠癌患者，所有患者经术后病理证实为直肠腺癌，将患者分为3D-CRT组、IMRT组及VMAT组，每组8例。其中男14例，女10例，年龄38～76岁，平均（59±2）岁；术后病理类型：17例中分化管状腺癌，5例中分化腺癌，1例中分化管状腺癌、部分黏液腺癌，1例黏液腺癌；20例接受Dixon术，4例Miles术。术后放疗期间，20例口服希罗达或替吉奥同步化疗，4例单纯放疗。该研究已经本医院伦理学委员会批准，患者放疗前均签署放疗知情同意书。
1.2 纳入与排除标准 （1）纳入标准：经术后病理确诊、分期为Ⅱ～Ⅲ期的直肠腺癌术后患者；年龄18～80岁；卡氏评分（KPS）≥70分；血常规、肝肾功能基本正常；无放疗、化疗禁忌证；患者有良好的依从性。（2）排除标准：术后分期为I、Ⅳ期患者；既往接受过放疗、化疗；年龄<18岁或>80岁；KPS<70分；妊娠期；血常规、肝肾功能不正常；存在放化疗禁忌证；拒绝签署知情同意书和随访。
1.3 方法
1.3.1 CT模拟定位 采用东芝80排螺旋CT行增强扫描，定位时采用仰卧位，膀胱充盈，体膜固定，扫描范围为L1椎体上缘至坐骨结节下5 cm，扫描层厚为5 mm。之后将图像传输到计划室的Eclipse治疗计划系统（treatment planing system，TPS）勾画靶区及危及器官。
1.3.2 靶区和危及器官勾画 临床靶区（clinical target volume，CTV）包括瘤床區和直肠系膜区、骶前、髂内、髂外淋巴引流区。CTV上界为L5椎体下缘，下界为直肠病灶下缘下3 cm。CTV四周外放0.7 cm、上下各放1 cm成计划靶区（planing target volume，PTV）。根据RTOG盆腔正常组织勾画指南，膀胱、小肠、结肠、股骨头为危及器官。
1.3.3 放疗计划设计 每组患者分别设计4野适形计划、5野调强计划、双弧VMAT计划。IMRT为5野共面照射，VMAT采用2个全弧照射，PTV处方剂量Dt50 Gy/25Fx。正常组织限量中膀胱V50≤50%，小肠V50≤10%，双侧股骨头V50≤5%。
1.4 观察指标 用剂量体积直方图（dose-volume histogram，DVH）比较3种放疗计划中靶区剂量、均匀性指数（homogeneity index，HI）、适形指数（conformity index，CI），膀胱、小肠等危及器官的受量及治疗时间。其中CI=CF×SF，CF（Cover Factory）是指PTV接受处方剂量的体积与PTV体积之比，SF（Spill Factor）定义为接受处方剂量的PTV体积与接受处方剂量的全身体积之比。CI值为0～1，CI值越大，表示适形度越好，等于1时最理想。HI为5%最高剂量区的PTV接受的最小剂量与95%最高剂量区的PTV接受的最小剂量之比。值越低，即值越接近1，表示靶区剂量均匀性越好。
1.5 统计学处理 采用SPSS 16.0统计软件分析数据，计量资料用（x±s）表示，比较采用t检验；计数资料以率（%）表示，比较采用 字2检验，P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 靶区剂量分布 IMRT组和VMAT组平均PTV剂量均高于3D-CRT组，靶区适形度和均匀性亦均优于3D-CRT组，差异均有统计学意义（P<0.05），而VMAT组的平均PTV剂量、CI、HI与IMRT组比较，差异均无统计学意义（P>0.05），见表1。
2.2 正常组织保护 IMRT组和VMAT组膀胱、小肠、结肠的Dmax、V40均明显低于3D-CRT组，差异均有统计学意义（P<0.05）；与3D-CRT组比较，IMRT组和VMAT组均能降低双侧股骨头的Dmax、V30、V40，差异均有统计学意义（P<0.05）；与IMRT组比较，VMAT组能进一步降低小肠的Dmax、双侧股骨头的Dmax、V30、V40（P<0.05），见表2、3。
2.3 机器跳数 VMAT组机器跳数为（582.645±83.365），IMRT组为（862.364±136.425），3D-CRT组为（324.365±21.475），VMAT组和IMRT组均高于3D-CRT组，IMRT组高于VMAT组，差异均有统计学意义（P<0.05）。
2.4 不良反应和预后 根据RTOG急性放射反应分级标准[6]，3D-CRT组中2例发生3级放射性膀胱炎，2例发生2级肠炎。IMRT组和VMAT组仅发生1级膀胱炎和肠炎。随访21例（随访1～30个月，平均随访12个月），失访3例。16例无复发、转移征象，5例发生远处转移。 3 讨论
直肠癌是常见恶性肿瘤之一，也是主要死亡原因之一。近几年，我国直肠癌发病率上升，发病年轻化。早期诊断和治疗方法的改善可降低直肠癌死亡风险、延长生存期[7]。与单纯手术相比，术后放疗降低局部复发率[8-9]。许多研究证实了术前或术后放疗的生存获益[10-11]，化疗的加入提高了治疗相关毒性[12]。先进的放疗技术可以降低危及器官的受照剂量，从而减少放化疗的治疗强度[13-15]。随着生存期的延长，会发生更多的治疗相关副反应，因而需要更加重视患者的生活质量。
文献[16]研究显示，局部晚期直肠癌术后放疗后可能发生肠炎和肠黏膜水肿等并发症。晚发不良反应经常发生、难以治疗，严重影响患者的生活质量。更重要的是，约25%晚发不良反应发生在盆腔放疗10年后。文献[17]证实，盆腔放疗影响远期肠道功能，这与肠道受照体积和受照剂量直接相关。Kim等[8]严密随访致残患者的远期放疗反应：与非放疗组相比，放疗组发生更多的吻合口并发症和非肠道并发症，包括盆腔纤维化。随着时间的延长，远期不良反应逐渐增多。远期不良反应通常由不可逆损伤导致。因此，有必要预防严重放疗不良反应的发生。本研究证实与3D-CRT比较，IMRT和VMAT均能明显降低膀胱、小肠和结肠的V40（P<0.05），这与这两组急性膀胱炎、肠炎低发生率一致。Wolff等[18]比较了局部晚期直肠癌质子、3D-CRT、IMRT和VMAT技术，但是该研究没有比较股骨头受照剂量。本研究中，与3D-CRT比较，IMRT和VMAT均能降低双侧股骨头Dmax、V30、V40，差异均有统计学学意义（P<0.05）。与IMRT比较，VMAT能进一步降低小肠Dmax、双侧股骨头的Dmax、V30、V40，差异均有统计学意义（P<0.05）。VMAT的剂量学优势将减少患者的早期和晚期放疗不良反应。
与传统IMRT相比，VMAT最突出的優点是能大幅缩短治疗时间[19-20]。首先，VMAT能减少器官运动导致的移位，实现精确放疗。其次，缩短照射时间能提高患者舒适度，尤其是放疗时需要留尿的直肠癌患者。最后，低跳数能延长直线加速器的使用寿命。
综上所述，VMAT能提高靶区的剂量覆盖、更好地保护正常组织，在保护小肠和双侧股骨头方面，VMAT优于IMRT，而且VMAT需要的治疗时间更短，有利于精确放疗和保护直线加速器，今后VMAT将广泛应用于局部晚期直肠癌术后放疗。
参考文献
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[3]朱建华，罗伟伦.直肠癌全直肠系膜切除术[J].中华胃肠外科杂志，2004，3（4）：196-199.
[4]徐勇超，王刚成，张占东.腹腔镜与开腹超低位直肠癌全直肠系膜切除术临床疗效的对比研究[J].中华胃肠外科杂志，2016，19（8）：942-943.
[5] Ippolito E，Mertens I，Haustermans K，et al.IGRT in rectal cancer[J].Acta Oncol，2008，47（7）：1317-1324.
[6] Trotti A，Byhardt R，Stetz J，et al.Common toxicity criteria：an improved reference for grading the acute effects of cancer treatment[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys，2000，47（1）：13-47.
[7] Rd B A，Bekaiisaab T，Chan E，et al.Rectal cancer[J].J Natl Compr Canc Netw，2012，10（5）：1528-1564.
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（收稿日期：2016-08-29） （本文编辑：张爽）