修回日期: 2016-01-04
接受日期: 2016-01-11
在线出版日期: 2016-02-18
精准放射治疗技术在直肠癌综合治疗中占据重要地位, 当前的主流技术为调强放射治疗技术(intensity modulated radiotherapy, IMRT). 体位固定技术、图像引导技术及治疗中患者直肠和膀胱的充盈情况一定程度上直接影响直肠癌放射治疗的精准度和治疗效果. 直肠癌放疗的不良反应对患者的生存质量有较大影响, 正确合理地选择放射治疗技术有助于提高直肠癌放射治疗实施的精准性, 降低周围正常组织的受照剂量, 提高直肠癌肿瘤的局部控制率. 本文就直肠癌精准放疗技术在临床中的运用和如何进一步提高其准确性做一综述.
核心提示: 精准放射治疗技术在直肠癌综合治疗中占据重要地位, 其主流技术为调强放射治疗技术. 体位固定技术、图像引导技术及治疗中患者直肠和膀胱的充盈情况一定程度上影响着直肠癌放射治疗的精准度和治疗效果. 通过以上多种途径可以进一步提升直肠癌精准放疗的准确性.
引文著录: 赵文斌, 丘敏敏, 文碧秀. 精准放射治疗技术在直肠癌的临床应用. 世界华人消化杂志 2016; 24(5): 714-721
Revised: January 4, 2016
Accepted: January 11, 2016
Published online: February 18, 2016
Precise radiotherapy plays an important role in the comprehensive multidisciplinary therapy of rectal cancer. The mainstream technology is the intensity modulated radiation therapy (IMRT). The technique of repetitive body positioning and the filling of the bladder and rectum are the important factors influencing the accuracy and efficacy of radiotherapy for rectal cancer. The quality of life for patients with rectal cancer is highly affected by side effects associated with radiotherapy. The application of precise positioning technique and image guided radiotherapy (IGRT) can significantly contribute to the accurate delivery of radiotherapy to the region of rectal cancer to improve the local tumor control and reduce unnecessary exposure of normal tissues to irradiation. In this paper, the clinical application of precise positioning technique and the improvement of accurate delivery of radiotherapy are comprehensively reviewed.
- Citation: Zhao WB, Qiu MM, Wen BX. Clinical application of precise radiotherapy in rectal cancer. Shijie Huaren Xiaohua Zazhi 2016; 24(5): 714-721
- URL: https://www.wjgnet.com/1009-3079/full/v24/i5/714.htm
- DOI: https://dx.doi.org/10.11569/wcjd.v24.i5.714
直肠癌是消化系最常见的恶性肿瘤之一, 我国直肠癌发病年龄中位数在45岁左右, 年青人发病率呈上升趋势[1]. 直肠癌位置低, 容易被直肠指诊及乙状结肠镜诊断, 但因其位置深入盆腔及解剖关系复杂, 常导致手术清除不彻底, 术后复发率高.
放射治疗在直肠癌综合治疗中有着重要的地位, 其适应症包括术前放疗、术后放疗、根治性放疗和姑息性放疗, 降低肿瘤局部复发率, 同时提高局部控制率[2]. 目前直肠癌精准放射治疗采用的主流技术为调强放射治疗技术(intensity modulated radiotherapy, IMRT). 精确体位固定和精准定位技术及患者自主膀胱直肠充盈, 可提高放射治疗的准确性与重复性. 本文就直肠癌精准放射治疗技术的发展、如何提高放射治疗技术的准确性以及急性放射反应对患者生活质量的影响做一综述.
直肠癌主流放射治疗技术为IMRT. 容积旋转调强放射治疗(volumetric modulated arc therapy, VMAT)以及螺旋断层TOMO放射治疗技术是IMRT的两种特殊实现方式.
IMRT是指在各照射野与靶区外形一致的条件下, 对射野内剂量强度按一定要求进行调节的放疗技术. IMRT多采用逆向计划的设计方法, 根据直肠癌病变位置与周围正常组织的三维解剖特点, 结合靶区剂量分布和危及器官放射剂量耐受极限, 输入优化参数, 计算出各个射野方向上需要的强度分布[3]. 常见类型有静态多叶准直器调强(static multileaf collimator, SMLC)和动态多叶准直器调强(dynamic multileaf collimator, DMLC).
与直肠癌常规放疗技术相比, 三维适形放射治疗技术(3 dimentional conformal radiotherapy, 3D-CRT)能更有效地保护正常组织和器官, 对盆腔正常组织和器官的影响有明显不同. 蔡勇等[4]对36例接受3D-CRT的直肠癌患者计算机断层扫描(computed tomography, CT)定位图像进行研究: 在连续的CT图像上分别勾画出肿瘤临床靶区(clinical target volume, CTV)和危及器官(大小肠、膀胱、盆腔骨、股骨头颈), 用三维治疗计划模拟出2种三维治疗方式(3、4野计划)和3种常规治疗方式(2、3、4野计划). 通过分析剂量体积直方图(dose volume histogram, DVH)评价这5种治疗方式对CTV和危及器官的影响. 结果表明5种治疗方式的D95、V95都达到97%以上, 3D-CRT的适形指数(conformity index, CI)明显大于2D治疗. 3D-3与2D-3、3D-4与2D-4相比, 大小肠受照平均剂量分别要减少28.5%和25.7%(P<0.05). 在高剂量区三维治疗计划对大小肠的保护效果更为显著. 就盆腔骨、膀胱和股骨头颈而言, 三维治疗计划均要明显优于二维治疗计划.
IMRT与3D-CRT相比, 肿瘤周围正常组织受到的剂量更小, 不良反应也更小[5]. 夏红强等[6]回顾性分析16例直肠癌患者术后辅助放疗的资料. 在患者CT模拟定位图像上勾画肿瘤靶区及小肠、膀胱和股骨头, 处方剂量50 Gy. 分别进行3D-CRT和IMRT计划设计, 计算靶区和危及器官照射体积并对结果进行比较分析. 发现IMRT计划与3D-CRT相比, PTV剂量和靶区剂量均匀指数(homogeneity index, HI)均优于3D-CRT(P<0.05); 膀胱、小肠的V40和股骨头V25均有所下降(P<0.05). 我们认为直肠癌术后放疗, IMRT计划无论在靶区均匀性还是正常组织保护方面均优于3D-CRT, 尤其是在减少膀胱和双侧股骨头的照射量方面更加显著. 叶序卷等得到相同结论, 认为IMRT计划在靶区适形度和剂量均匀性方面具有明显优势[7]. Teoh等[3]对IMRT技术在直肠癌的应用做了综述, 发现IMRT不但可以显著减少急性和晚期反应, 而且可以提供局部剂量, 但是当剂量>60 Gy时需要谨慎考虑.
直肠癌VMAT技术的优势在于兼顾控制多叶准直器运动速度、机架旋转速度和剂量率, 使射线随着直肠肿瘤的厚度调强, 同时避开夹在肿瘤中间或凹陷处的小肠、膀胱, 使靶区获得精准的辐射剂量, 有效杀灭肿瘤, 保护周围正常组织, 减少治疗不良反应[8]. Cilla等[9]发现对于局部晚期直肠癌的新辅助放疗中, VMAT技术在剂量递增和补量照射方面明显优于3D-CRT的治疗效果. 局部晚期直肠癌术前放疗中, 与IMRT技术相比, VMAT技术对正常组织的保护更好, 治疗时间大大缩短[10].
迟锋等[11]报道12例直肠癌术前新辅助放化疗患者, 在统一规定术后辅助性放疗的CTV和PTV范围后, 分别进行3D-CRT、5F-IMRT及VMAT计划设计, 比较三者靶区剂量分布特点以及小肠、膀胱和双侧股骨头的受照射剂量及体积. 对比计划的CI后发现5F-IMRT及VMAT计划的PTV的剂量分布适形性和均匀性均优于3D-CRT计划; VMAT计划中小肠所受剂量优于3D-CRT及5F-IMRT计划; 5F-IMRT及VMAT计划中双侧股骨头的平均剂量均低于3D-CRT计划. 我们认为直肠癌术前放疗中, 5F-IMRT及VMAT计划在靶区剂量适形度及均匀性方面均优于3D-CRT计划, VMAT能减少高剂量区小肠的受照体积. Wen等[10]将IMRT、VMAT和3D-CRT三者对比, 发现IMRT、VMAT具有明显优势.
螺旋断层放疗技术(helical tomotherapy, HT)是一种依托于螺旋断层放射治疗系统TOMO设备的放射治疗方法, 是当今先进的放射治疗技术之一. 该技术集IMRT、图像引导放射治疗(image guide radiation therapy, IGRT)等先进放疗技术于一体, 在CT引导下360°聚焦断层照射肿瘤, 实现一次照射多个肿瘤病灶, 对多病灶的直肠癌放疗具有显著的优势, 突破了传统加速器的诸多限制. Zhu等[12]特别指出, 螺旋断层放疗具有超长的照射范围(60 cm×160 cm), 无需考虑相邻野的衔接问题, 这是放疗技术新的突破, 也是直线加速器与螺旋CT的完美结合.
TOMO治疗系统可实现直肠癌肿瘤的自适应放射治疗(adaptive radiation therapy, ART), 充分保护盆腔正常器官, 降低由于计划复杂导致的正常组织过度受照的风险, 提高直肠癌患者的治愈率. 杨咏强等[13]对10例Ⅱ-Ⅲ期直肠癌术前同步放化疗患者分别进行VMAT和HT计划设计, 给予直肠癌原发病灶及转移淋巴结适当的处方剂量, 利用剂量体积直方图观察靶区剂量分布和危及器官照射剂量. 结果发现HT计划的CI更好; HT计划对小肠、膀胱的保护优于VMAT计划; VMAT计划机器跳数比HT计划降低约89%. 我们认为直肠癌术前同期加量放疗中采用HT技术可获得与VMAT计划相当的剂量分布, 但因机器跳数明显增加, 对多病灶的对比还需进一步临床评估.
直肠癌放疗技术对精准度的要求与日俱增, 如何选择适当的治疗方法成为优先考虑的问题, 例如术前放疗可缩小肿瘤体积, 提高手术成功率[14,15]和保肛率[16,17]; 术后放疗则可以杀死残余癌灶, 巩固手术效果[18,19]. TOMO治疗时间明显长于VMAT且费用较高, 治疗效果相似的情况下选择VMAT可节省患者的治疗时间和费用, 推荐至少1次/wk使用图像引导进行配准, 必要时可以结合在线和离线结果对床值进行修正[20].
良好的体位固定、精准的摆位以及放疗过程中利用先进影像设备实时调整摆位误差决定了直肠癌放射治疗的精准度. 本部分重点从这几方面介绍直肠癌精准放疗中对于准确性的保证手段.
当今肿瘤放疗已经进入了"精准定位、精准设计、精准治疗"为特征的三精时代, 直肠癌肿瘤的精准治疗离不开最基础也是最重要的体位固定技术, 固定方式的选择直接影响直肠癌患者的放疗效果[21]. Frøseth等[22]在盆腔肿瘤放疗摆位重复性的随机研究中提出: 合适的固定方式可提高放疗摆位的重复性, 进而积极影响组织器官的剂量分布. 常用体位固定技术包括仰卧位真空垫固定和俯卧位有孔泡沫腹板固定2种.
仰卧位真空垫固定法主要利用人自然平卧的体位进行摆位, 舒适度较好, 可减少直肠癌放疗过程中的摆位误差. 由于真空垫良好的塑形性, 赵文龙等[23]提出通过进一步塑形来得到更好的摆位效果. 对46例直肠癌放疗患者采取传统的真空垫固定臀部和腰部法或采取用真空垫固定双下肢法, 以患者的正、侧位X片或治疗计划系统(treatment planning system, TPS)输出的3D数字重建图像为参照, 通过软件对比摆位误差. 结果发现两组左右方向的摆位误差无统计学意义; 采取用真空垫固定双下肢法组明显减少了直肠癌患者盆腔野头脚和前后方向及三维方向的摆位误差明显降低(P<0.05), 简捷方便耗时短, 具有相对优势[23-25].
王建芳等[26]研究发现仰卧臀高腹低位真空垫塑型效果更佳. 对比研究了347例使用传统真空垫固定法和塑形臀高腹低位真空垫固定法的直肠癌根治术患者, 统计分析两种体位下小肠及膀胱的平均剂量以及在20、30、40和45 Gy的等剂量水平上小肠和膀胱受照体积. 结果发现采用仰卧臀高腹低位真空垫固定时减少小肠的受照体积及剂量, 并减少高剂量区膀胱的受照体积. 曹舜翔等[25]也得到同样结论.
由于有孔腹板的挤压推动作用, 有效地改变小肠形态位置, 使其远离受照射区域, 因此有孔泡沫腹板在减少小肠和膀胱受量时同样有效. 张雷等[27]选取9例直肠癌术后患者, 在俯卧位垫和不垫有孔泡沫板两种体位下分别进行CT扫描, 通过DVH图比较两种体位下小肠和膀胱的受照射剂量和体积. 结果显示直肠癌术后放疗中使用有孔泡沫腹板可以显著减少小肠、膀胱的受照射体积和剂量. 郭英华[28]、王卫兵等[29]也得到了类似结论. 另外Cho等[30]研究发现有孔泡沫腹板有助于减少放射区域附近结肠近端边缘吻合处的不必要照射. 俯卧腹板固定技术的重复性较好, 受时间的影响较少, 建议临床上进一步研究[31].
IGRT在三维放疗技术的基础上加入时间因数的概念, 充分考虑解剖组织在治疗过程中的运动和分次治疗间的位移误差, 如日常摆位误差、靶区收缩等引起的剂量分布变化情况, 在治疗前、中利用各种先进的影像设备对肿瘤及正常器官进行实时监控, 根据器官位置变化调整治疗条件使照射野紧紧"追随"靶区, 使之做到真正意义上的精准治疗. 最常用的是加速器机载锥形束CT(cone beam computed tomography, CBCT). Huang等[32]发现了一种利用本地化CBCT新的放射治疗模式, 在放射生物优化方面有很大的进展, 拓宽了IGRT在放射治疗中的运用.
IGRT技术是现代直肠癌精准放疗的保证之一. 许德权等[33]对45例临床分期为Ⅱ-Ⅲ期的直肠癌患者行术前新辅助放疗, 设计IMRT及VMAT放疗计划. 放疗期间使用瑞典医科达IGRT系统XVI行IGRT, 1次/wk, 使用CBCT扫描靶区部位, 建立三维重建图像, 与CT模拟定位计划图像进行灰度配准. 经多次行图像引导校正后显示误差: 左右方向(X轴)为-0.03 mm±0.32 mm, 头脚方向(Y轴)为0.25 mm±0.7 mm, 前后方向(Z轴)为-0.06 mm±0.66 mm. 我们认为IGRT的应用可减少IMRT及VMAT摆位误差, 是精准放疗重要的质量保证手段.
IGRT技术对放疗计划的优化提供参考作用. 徐栩[34]对10例直肠癌术后患者共进行82次IGRT, 比较骨性配准、灰度值配准及手动配准间的差异, 分析摆位误差, 计算CTV到PTV的外放间距. 在模拟CT和CBCT图像上勾画骶骨、膀胱及残端直肠, 结果观察发现3种配准方式配准直肠靶区无统计学差异. 我们认为使用IGRT可减少外放间距, 考虑到骨性配准耗时最短, 可优先选用骨性配准.
放射治疗以辐射的方式治疗癌症, 在杀死癌细胞的同时也损伤正常细胞, 放射性肠炎和放射性膀胱炎是最常见的不良反应. 治疗时利用膀胱充盈可以保护膀胱和小肠等正常组织器官, 减轻直肠癌放射治疗的不良反应[35,36]. 本部分主要介绍直肠癌放射治疗的不良反应以及膀胱充盈在直肠癌放射治疗中的相关应用.
直肠癌放射治疗中常出现直肠黏膜充血、水肿和尿路刺激等症状, 表现为腹泻、肠痉挛、肠出血、尿频尿急、排尿困难等不良反应. 直肠癌放射治疗的不良反应严重程度取决于所用照射技术、照射剂量、照射面积以及患者的具体体质状况, 放疗中的不良反应不可忽视. 通过合理的护理措施可预防和减轻放化疗急性期不良反应, 确保治疗顺利进行, 提高直肠癌患者的根治性手术切除率及保肛率[37,38].
Dröge等[39]比较VMAT和3D-CRT两种技术在直肠癌放疗时, 发现精准度高的VMAT技术在正常组织器官的保护, 尤其是在减少放疗急性不良反应时, 效果更佳. Wan等[40]对直肠癌放射治疗剂量进行研究, 提出利用放疗的剂量参数来预测直肠癌放疗的血液毒性(hematologic toxicity, HT)的严重程度是可行的. Xu等[41]发现在直肠癌术前同步放化疗中, 小肠的照射量可以作为急性下消化道不良反应严重程度的预测标准. 曹亮[42]发现在同步放化疗的直肠癌患者进行骨髓骨髓保护是很有必要的.
研究[43]发现在局部晚期直肠癌同步放化疗前, 分开造瘘口和乙状结肠间隔区可有效减少小肠的受照体积和急性腹泻等放疗不良反应. 对于因肠道不良反应和其他禁忌证不能进行术前放疗的局部晚期直肠癌, 通过增加局部调强治疗强度的同时, 减少不必要周围正常组织的剂量来降低急性肠道不良反应, 其使用强度作为术前放疗的一部分进行考虑. Karasawa等[44]认为立体定向放射治疗、术中放射治疗、重粒子治疗是具有潜能的治疗方法. 质子放疗虽已开始在直肠癌中应用, 但其远期不良反应仍需长期观察[45].
姚春梅等[46]研究直肠癌患者(Ⅱ/Ⅲ期)术后放疗中膀胱自主充盈状态和排空状态下对靶区和周边重要器官体积影响时发现, 膀胱自主充盈状态对照射野内直肠体积有影响, 对提高放疗的精准度、减少正常组织器官的受照量有积极意义.
韩蕾等[47]研究发现直肠癌术后盆腔调强适形放疗时最好采用全程膀胱充盈状态, 对靶区周围危及器官的保护作用良好. 选择符合Ⅱ、Ⅲ期直肠癌经腹前切除(Dixon手术)术后盆腔放疗指征的10例患者进行研究: 对同一患者相同体位固定时分别处于膀胱充盈与排空状态下, 采用同一放疗计划进行膀胱、邻近正常组织受照体积以及靶区体积进行相关性研究. 研究表明: 俯卧位、膀胱充盈状态时膀胱、小肠和结肠受照体积百分比均较膀胱排空状态时小. 此时膀胱充盈和排空时小肠受照射的平均剂量是17.1 Gy±4.7 Gy和22.3 Gy±4.2 Gy(P<0.05).
吴虹等[48]利用CBCT研究发现膀胱排空状态淋巴引流区显露较好, 且容易控制. 直肠癌术后预防照射患者采取仰卧位时, 可以排空膀胱进行治疗. Yoon等[49]利用膀胱测量仪进行尿量监控, 使治疗时膀胱内的尿量和初次CT扫描时的尿量较为精准地保持一致, 减少局部晚期直肠癌放射治疗中的辐射诱导不良反应.
充盈方式的不同, 即膀胱自主充盈与被动充盈对小肠受照体积和剂量也有影响. 张海芹[50]对18例患者进行相关研究, 将其排尿迫切程度分为1-4级: 1级为轻微尿意, 能忍受; 4级为强烈尿意, 不能忍受. 评分为3时开始CT扫描, 通过导尿技术记录尿量. 将采集的全部图像(Ⅰ组)传TPS计划系统制定IMRT计划, 处方剂量50.4 Gy. 所有患者接受自主充盈膀胱培训, 每次放疗保证膀胱充盈. 放疗第4周末时获取第2套CT图像(Ⅱ组), 方法同前. 立即排空膀胱, 通过导尿管注入生理盐水后重复扫描获取第3套CT图片(Ⅲ组). 将3套CT图像进行统计学分析, 结果发现自主充盈组膀胱体积下降(平均下降值142.22 cm3); 小肠体积增加(平均增加值159.01 cm3); 被动充盈组与对照组各体积参数无统计学差异; 自主充盈组扣除PTV的小肠体积显著高于对照组和被动充盈组, 各等剂量面扣除PTV的小肠体积增加; 3组间自主充盈组的小肠及膀胱平均受照剂量高于其他两组(P<0.05). 我们认为直肠癌放疗至第4周末自主充盈组膀胱体积下降, 照射野内小肠体积增加. 为保证放疗期间膀胱体积恒定, 减少膀胱、小肠的受照体积, 膀胱灌注是一种简单可行的方法.
IMRT是当今直肠癌精准放射治疗的主流技术, VMAT技术作为实现IMRT的一种特殊方式, 在适型度和剂量分布均匀指数以及缩短治疗时间方面更具有优势. 对直肠癌患者采用真空垫塑形臀高腹低位法和俯卧在有孔腹板等体位固定方法可最大限度保证摆位的精准性. IGRT技术是当今精准治疗直肠肿瘤不可或缺的保证. 影响直肠癌放疗不良反应严重程度的因素很多, 包括放射治疗技术的选择, 照射剂量的大小, 膀胱的充盈度等. 研究证明使用膀胱测量仪可定量控制治疗时患者的尿量与CT扫描时一致, 减少直肠癌放疗中因直肠体积变化引致的放射性肠炎等局部不良反应.
总之, 对直肠癌患者采用高精度的IMRT技术实施高精度的放射治疗是目前治疗的趋势; 如何确保高精度的治疗体位, 减少膀胱、小肠的受照剂量仍是目前直肠癌放射治疗的热门研究课题.
直肠癌是指从齿状线至直肠乙状结肠交界处之间的癌症, 是消化系常见的恶性肿瘤之一. 直肠癌位置低, 易被直肠指诊及乙状结肠镜诊断. 由于因其位置深入盆腔且解剖关系复杂, 术后复发率高. 我国直肠癌发病年龄中位数在45岁左右, 青年人发病率有升高的趋势.
黄培, 副主任医师, 江苏省无锡市第二人民医院中医科
新辅助同期放化疗合并全直肠系膜切除术是局部晚期直肠癌治疗的标准治疗. 对正常组织的保护一直是直肠癌放疗中重点关注的对象, 图像引导技术是其主要手段, 另外利用膀胱测量仪精确控制尿量也有较好效果.
近年来关于直肠癌放疗不良反应的研究多被本文引用在内, 这类研究主要目的是评价其不良反应的严重程度以及对预后的影响.
调强放射治疗(intensity modulated radiotherapy, IMRT)是目前直肠癌放疗的主流技术, 同时采用体位固定技术、图像引导技术(image guide radiation therapy, IGRT)及治疗中监测患者直肠和膀胱的充盈情况, 可更精确地实施放射治疗, 提高肿瘤局部控制率, 改善患者生存质量.
IMRT: 指在各照射野与靶区外形一致的条件下, 对射野内剂量强度按一定要求进行调节的放疗技术;
容积旋转调强放射治疗: IMRT的一种特殊实现方式, 兼顾控制多叶准直器运动速度、机架旋转速度和剂量率, 使射线随着肿瘤的厚度调强, 同时避开夹在肿瘤中间的正常组织, 使靶区获得精准的辐射剂量; IGRT: 在三维放疗技术的基础上加入时间因数的概念, 充分考虑解剖组织在治疗过程中的运动和分次治疗间的位移误差, 如日常摆位误差、靶区收缩等引起的剂量分布变化情况, 在治疗前、中利用各种先进的影像设备对肿瘤及正常器官进行实时监控, 根据器官位置变化调整治疗条件使照射野紧紧"追随"靶区, 使之做到真正意义上的精准治疗.
本文题目将精准放疗技术引入直肠癌治疗中, 符合当前医学发展方向; 内容讲述精准放射治疗技术采用IMRT, 重点讲述容积旋转调强放射治疗以及螺旋断层TOMO两种方式, 以及提高直肠癌精准放疗的准确性的方法和膀胱充盈在减少直肠癌放疗不良反应中的作用.
编辑:于明茜 电编:都珍珍
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