前列腺癌术后RapidArc与IMRT放疗计划的剂量学比较

童铸廷 周 骏 潘淑豪 李 锐 夏叶叶 朱倩倩

随着我国人口逐步步入老龄化以及人们的生活方式和饮食结构的改变，前列腺癌的发病率呈现逐年快速增长的趋势。目前前列腺癌在我国的发病率已经超过膀胱癌，成为男性泌尿生殖系统发病率最高的恶性肿瘤[1-2]。放射治疗是前列腺癌重要的根治性治疗手段。随着调强放疗设备在我国的普及，调强放射治疗(intensity-modulated radiotherapy，IMRT)已经广泛应用与前列腺癌的治疗。但是，IMRT相较于传统的二维放疗具有更长的照射时间和更多的加速器跳数，这无形当中增加了患者患第二恶性的潜在风险[3]。快速旋转容积调强放疗(RapidArc)技术利用单弧或多弧设野，通过动态调控机架旋转速度的过程中配合高速动态多叶光栅连续动态运动以及连续可变的输出剂量率形成动态可变的束流，以达到靶区剂量适形的目的。相较于IMRT，RapidArc技术使危及器官的体剂量更低，理论上可降低放射性损伤发生率[4-6]。RapidArc技术在前列腺癌根治性放疗中的优越性已在国外的研究[7-9]中报道，但是，目前关于其在前列腺癌术后辅助放疗中优势的相关研究相对比较少。本研究对14例前列腺癌术后或术后生化复发患者的RapidArc与IMRT计划在靶区和危及器官(organs at risk，OAR)照射剂量分布进行比较分析，以期为前列腺癌术后辅助放疗的放疗计划的设计提供剂量学参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2020年7月至2022年2月在安徽医科大学第一附属医院行术后行辅助放疗或者术后生化复发行挽救性放疗的前列腺癌患者14例。所有患者均经病理证实为前列腺癌，均无放疗禁忌证，卡氏评分≥70分，年龄57～77岁，平均(67.14±6.02)岁。

1.2 方法与步骤

1.2.1 放疗前准备和体位固定 患者放疗前1小时排空膀胱和直肠，喝水憋尿充盈膀胱后再进行定位扫描和放疗。患者仰卧位，采用真空负压体袋固定体位后，用大孔径螺旋CT模拟机(GE公司)进行定位扫描。扫描层厚为5 mm，扫描范围从第1腰椎水平到坐骨结节下5 cm。扫描图像经网络传送至eclipse 13.5 TPS计划系统。

1.2.2 勾画靶区 临床靶区(clinical target volume，CTV)范围为瘤床区域(包括膀胱颈、吻合口和直肠膀胱间隙)和盆腔淋巴结引流区域。计划靶区(planning target volume，PTV)为CTV外放5mm，不含后方直肠壁。处方剂量为4 500～5 000 cGy;对与有前列腺包膜侵犯，切缘近或阳性等高危因素的患者，瘤床区缩野加量1 000～2 000 cGy。OAR包括膀胱、直肠及双侧股骨头。所有靶区经过科室2位高年资医师审核讨论通过。

1.2.3 放射治疗计划设计 所有放疗计划都在Varian公司Eclipse 13.5 (Varian Medical Systems, Palo Alto, CA, USA)治疗计划系统上完成，分别为每例前列腺癌患者设计1个7野IMRT和1个RadpidArc治疗计划。为了方便对2种放疗计划进行剂量学比较，2种计划采用相同的剂量约束条件和优化参数，2种计划都要求靶区最小剂量不低于95%的处方剂量，最大剂量不高于107%的处方剂量。危及器官的剂量限制：膀胱V50<50%，V60<15%；直肠V50<50%，V60<10%；左右侧股骨头V40<5%。

1.3 放疗计划评估

1.3.2 OAR剂量学评估 用V20、V30、V40，V50和平均剂量(Dmean)来评价膀胱和直肠；用D5%和Dmean来评价左右侧股骨头。

1.3.3 执行效率的评估 机器跳数(monitor unit，MU)定义为放疗计划中各个射野MU的总和；有效治疗时间定义为患者完成摆位后，从加速器开始出束到出束全部结束所用时间。

2 结果

2.1 靶区剂量学比较 RapidArc计划的D2%为(6 645.28±242.48)cGy，低于IMRT计划，差异有统计学意义(P<0.05)。RapidArc计划的靶区剂量HI优于IMRT计划，差异有统计学意义(P<0.05)。见表1。典型前列癌患者的RapidArc计划和IMRT计划的横断位，冠状位和矢状位的剂量分布图见图1。

表1 14例患者2种放疗计划治疗靶区剂量学参数比较

注：A为IMRT计划横断位剂量分布，B为RapidArc计划横断位剂量分布，C为IMRT计划冠状位剂量分布，D为RapidArc计划冠状位剂量分布，E为IMRT计划矢状位剂量分布，F为RapidArc计划矢状位剂量分布。

2.2 危及器官直肠剂量学比较 2种放疗计划直肠低剂量参数(V20和V30)以及Dmean进行比较，差异无统计学意义(P>0.05)；RapidArc计划的直肠V40为(32.95±13.19)%，IMRT计划为(40.69±9.60)%，两者差异无统计学意义(P>0.05)，但RapidArc计划较IMRT计划有下降的趋势；RapidArc计划的直肠高剂量参数V50较IMRT计划降低，差异有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表2 14例患者2种放疗计划直肠剂量学比较

2.3 危及器官膀胱剂量学比较 2种放疗计划膀胱低剂量参数(V20和V30)以及Dmean的比较，差异无统计学差异(P>0.05)。RapidArc计划在膀胱高剂量参数(V40和V50)剂量限制方面均优于IMRT计划，差异有统计学意义(P<0.05)。见表3。

表3 14例患者2种放疗计划膀胱剂量学比较

2.4 危及器官左右侧股骨头剂量学比较 2种放疗计划左、右侧股骨头的Dmean进行比较，差异均无统计学意义(P>0.05)。RapidArc计划两侧股骨头D5%的剂量分别为(3 023.70±275.99)cGy和(2 896.15±230.74)cGy，均低于IMRT计划，差异有统计学意义(P<0.05)。见表4。

表4 14例患者2种放疗计划双侧股骨头剂量学比较

2.5 2种放疗计划执行效率的比较 RapidArc计划的MU为(627.00±39.12)，IMRT计划为(1 132.78±116.26)，2种放疗计划MU进行比较，差异有统计学意义(t=20.927，P<0.001)。RapidArc计划的治疗时间为(189.14±12.79)s，IMRT计划为(394.64±19.59)s，差异有统计学意义(t=41.684，P<0.001)。

3 讨论

目前常规的调强放射治疗技术已经在我国广泛的应用与前列腺癌临床治疗中，并且也能够满足临床上对靶区剂量适形度和均匀度的要求。但是不同于头颈部器官以骨性标志做参考，前列腺癌靶区由于受呼吸、膀胱和直肠的充盈程度等因素的影响，其位置变异很大，具有一定的不确定性。为了降低膀胱、直肠、小肠等危及器官的照射剂量和照射体积，前列腺癌患者在放疗前一般常规需要进行充盈膀胱和排空直肠等准备工作。常规的调强放射治疗的时间一般较长，在一定程度上会增加患者的不适感和患者的不自主运动。RapidArc技术在降低加速器MU及缩短治疗时间上的优势已经在其他瘤种的研究[11-12]中证实。但其在提高前列腺癌术后放疗患者的靶区适形度和剂量均匀度，以及降低危及器官受量方面是否具有同样的优势，仍值得进一步的探讨。

在靶区剂量学方面，本研究结果表明：相较于7野IMRT计划，RapidArc计划并不能显著提高靶区剂量的适形度，但是可以降低靶区的D2%，从而提高靶区剂量的均匀度。这与Mellon等[13]在前列腺癌根治放疗的研究中的结论类似，但是该研究未对靶区的D50%和Dmean进行比较，因此存在一定的局限性。在危及器官剂量学优劣性比较方面，目前的研究也主要集中在对前列腺癌根治性放疗2种计划的比较，术后辅助放疗2种计划危及器官剂量学的比较研究相对较少。本研究的结果显示，RapidArc计划对直肠和膀胱的低剂量区域参数(V20和V30)剂量限制并不优于甚至稍差于IMRT计划，但是，RapidArc计划对膀胱和直肠的高剂量区域参数(V40和V50)剂量限制均优于IMRT计划，且这种优势随着剂量的增加越显著，即RapidArc计划对膀胱和直肠V50的保护优势高于V40。膀胱和直肠的受量从低剂量区到高剂量区呈现先高后低的趋势，这与RapidArc的旋转布野方式导致照射体积的增加有关。RapidArc虽然在降低串联器官(脊髓)最大剂量方面有优势，但由于其照射路径较宽，导致并联器官(直肠和膀胱)低剂量区受照体积增大[11, 14]。Nguyen等[15]的研究结果显示，RapidArc计划较IMRT计划显著降低了直肠V50、V60和V70，对危及器官的保护更有优势。而Poon等[16]的研究结果则认为，RapidArc计划在靶区剂量适形度和均匀性方面均优于IMRT计划，2种放疗计划在直肠，膀胱和股骨头等危及器官保护方面的相似。但与本研究不同的是，这2项研究仅仅只对直肠和膀胱等危及器官的高剂量区域参数(V50、V60等)进行了比较，未对低剂量区域的剂量参数(V20和V30)进行比较。国内的研究[17]结果显示，RapidArc技术较IMRT技术靶区适形指数和均匀性指数均有优势，但RapidArc计划中膀胱和直肠的V20、V30略高于IMRT计划，与本研究的结论类似。

RapidArc计划除了在降低危及器官高剂量的照射体积方面的优势外，其最大的优势是减少加速器的MU，大大减少患者的治疗时间[18]。本研究中IMRT计划和RapidArc计划的MU分别为(1 132.78±116.26)MU和(627.00±39.12)MU，RapidArc计划的机器平均MU仅为IMRT计划的55.35%，几乎下降了一倍。MU的减少，直接导致治疗时间从IMRT的(394.64±19.59)s降低到(189.14±12.79)s，治疗时间几乎缩短了一半，大大提高了患者的治疗效率。患者在3分钟左右的时间就可以完成治疗。这样可以大大减小患者治疗过程中位移变化、器官因呼吸导致位置变化以及由于患者不适如咳嗽紧张等不确定因素对放疗精度的影响。此外，加速器MU的降低，意味着患者暴露的辐射减少，也可以有效的降低患者辐射诱发恶性肿瘤的风险[19-20]。

本研究属于单中心的数据，样本量较少，研究结果仍具有一定的局限性。要获得更加精确的结论，仍需要开展更多的多中心、大样本量的研究进行论证。

综上所述，本研究通过对RapidArc和7野IMRT计划的剂量学比较发现：RapidArc计划在危及器官低剂量受照体积保护方面稍差于IMRT计划，但在靶区剂量均匀度，危及器官高剂量受照体积限制，以及机器MU和治疗时间方面均优于IMRT计划。RapidArc可以作为一种常规方法在有条件的机构中应用于前列腺癌的治疗。