乳腺癌根治术后VMAT技术对心脏受照剂量风险评估

叶　威　龚敏勇　熊　超

作者单位:332000 江西省九江市第一人民医院



乳腺癌根治术后VMAT技术对心脏受照剂量风险评估

叶威龚敏勇熊超

作者单位:332000 江西省九江市第一人民医院

【摘要】目的分析乳腺癌根治术后VMAT技术对心脏的物理剂量学和生物学的指标，评估心脏的受照风险。方法随机选取10例左侧乳腺癌根治术后患者，设计4种常用计划：①改良野中野调强计划FIF(8～10个子野)；②四野调强计划4F-IMRT；③五野(增加正对心脏射野)计划5F-IMRT；④包含心脏正对弧双弧VMAT计划。统计每个患者靶区、心脏和冠状动脉左前降支区LAD剂量体积参数，用NTCP-RSM模型计算放射性心脏病死亡率。统计分析VMAT技术的结果与其余技术之间的差异。结果患者心脏Dmean和V25在4种计划下平均值分别是：7.7 Gy,6.9 Gy,9.7 cGy,6.4 Gy；9.1%,7.9%,9.7%,4.9%；LAD的平均剂量分别是29.0 Gy,27.6 Gy,32.8 Gy,26.1 Gy；NTCP的平均值分别为2.7%,1.1%,1.3%,0.86%。靶区CI四套计划平均值为：0.44、0.56、0.61、0.71，HI为0.82、0.78、0.70、0.53，VMAT技术的CI和HI结果与另外3种的结果有统计学差异(P<0.05)。结论与常规调强技术相比，包含心脏正对弧的VMAT计划不会显著影响心脏的并发症概率(NTCP)，同时VMAT计划靶区的CI、HI要优于静态IMRT计划，VMAT技术可以在提高靶区剂量的同时不明显增加心脏的受照风险。

【关键词】乳腺癌根治术;放射治疗；容积旋转调强；心脏剂量学

(ThePracticalJournalofCancer,2016,31:286～289)

乳腺癌根治术后辅助放射治疗是中晚期乳腺癌综合治疗的重要组成部分，能够使乳腺癌患者生存率显著提高[1]，术后放射治疗提高局部控制率的同时可能增加乳腺周围正常组织的晚期损伤，其中以心脏的晚期放射性损伤对患者长期生存影响最大。Cuzick等用Meta方法分析了乳腺癌根治术后放射治疗10个随机临床试验，结果显示乳腺癌死亡率的下降由于心脏疾病死亡率的上升而抵消了，从而导致总体生存率没有提高[2]。VMAT技术是目前最新的调强放射治疗技术。在左侧乳腺癌的照射中，VMAT旋转照射方式会不会增加心脏的照射风险，目前很少有文献报道。乳腺癌根治术后的主要放射治疗技术主要有：正向调强野中野FIF技术、乳腺外象限4野IMRT技术4F-IMRT(不设置正对心脏正对射野)、5野IMRT技术5F-IMRT(设置正对心脏正对射野)和容积旋转调强VMAT技术。本文基于乳腺癌根治术后放射治疗的上述四种技术对左侧乳腺癌肿瘤患者的心脏剂量进行统计分析，并计算其正常组织的并发症概率(NTCP)，以评价VMAT技术对心脏照射的风险。

1资料与方法

1.1　病例的选择和治疗前体位固定

左侧乳腺癌10例，年龄29~72岁，中位年龄53.5岁，KPS≥70，术后同侧上肢进行充分训练，上举和外展功能恢复良好，可以满足治疗体位。采用乳腺托架固定，患者取仰卧位，臀部置于托架下方坐垫，调整各参数尽可能地达到放射治疗体位要求又使患者保持舒适，在Phillip大孔径CT模拟机下进行CT扫描。放置体表参考标记(包括常规模拟定位的等中心激光点标记、内外切点标记和上下界标记，部分患者另用CT增强剂灌注的细管沿可及乳腺边界围住乳房作体表标记)，在自由平静呼吸下行CT扫描，扫描范围包括颈部、胸部、上腹部，层厚3 mm，通过网络系统传输到Pinnacle V9.2治疗计划系统。

1.2　靶区与危及器官的勾画

由放疗科医师在CT影像上勾画出临床靶区(CTV)，包括锁骨上区、胸壁和内乳区域。在CTV的基础上各个方向扩大7 mm得到计划靶区(PTV)，锁骨上区前界不超过皮肤表面下3 mm，胸壁和内乳区的前界为皮肤，胸壁区域加5 mm厚填充物。脊髓、患侧肺、健侧肺和心脏也在CT图像上逐层画出，心脏的界定包括右侧心室的流出道和双侧心房的尖端，因为放射性冠心病最常累及的是左前降支的近1/2段和开口处[3]，因此对冠状动脉左前降支区域(LAD)进行了单独的勾画。

1.3　放射治疗计划的设计

对每例患者进行4种治疗计划的设计。(1)改良正向野中野调强计划FIF：将整个靶区PTV分为PTV_UP(锁骨上淋巴结)和PTV_DOWN(包括胸壁、内乳区和腋窝淋巴结)，PTV_UP采用2~3个适形野，PTV_DOWN采用2个切线射野。锁骨上野的等中心放在锁骨上野和切线野的交界处，以半野照射使其与切线野平行无缝衔接，同时避开脊髓和肱骨头；PTV_DOWN的等中心置于胸壁的中心层面，在体中线与腋中线连线的中点处。根据靶区形状，确定内外切线野的入射角度，设计2个对穿切线大野，每个大野设置2~3个小的子野。(2)四野逆向计划4F-IMRT：PTV_DOWN采用逆向计划进行优化设计，以PTV几何中心设置4个照射野，射野角度设置为0°、306°、102°、153°，没有直接正对心脏和患侧肺的射野。(3)五野逆向调强计划5F-IMRT：射野中心和四野相同，只是在照射野中增加心脏正对射野，在四野基础上增加51°射野。(4)双弧VMAT计划：左侧乳腺300°～120° 和60°～180°(45segment) 设计。逆向计划目标函数见表1，最小子野面积为9 cm2，最小子野跳数MU为5 MU。

表1　逆向计划目标函数设置

1.4　计划剂量体积参数和NTCP模型的计算分析

1.4.1对比参数比较4种计划的靶区的剂量适形指数CI、剂量均匀指数HI和心脏平均剂量Dmean、V25 Gy，LAD平均剂量和心脏NTCP_RSM之间的差异。1.4.2HI及CI计算公式HI=(Dmax-Dmin)/Dmean。其中Dmax为靶区的最大剂量，Dmin为靶区的最小剂量，Dmean是靶区的平均剂量。Vt,pi为95%处方剂量等剂量线与靶区相交部分的体积，Vt为靶区总体积、Vpi为95%处方剂量等剂量线包绕的总的组织体积。

1.4.3NTCP-RSM模型计算放射治疗致心脏病死亡率[4]：

p(Di)=2-exp(e·γ·(1-Di/D50))

D50是50%NTCP的对应的剂量，放射性心脏病死亡率D50=52.3Gy；γ是剂量效应斜率：数值上为1.28；S是相对串联系数，S=1。

1.5　统计分析方法

使用SPSS19.0软件对数据进行配对t检验，统计分析VAMT技术与另外3种技术之间的差异，P<0.05为差异具有统计学意义。

2结果

2.1　靶区的剂量参数

不同放射治疗技术下靶区的适形性CI和HI的结果见表2。从表中可以发现对于乳腺癌根治术后，照射野数的增加可以提高计划的适形性。VMAT双弧计划靶区的适形指数CI要好于常规静态调强计划组，且结果具有统计学差异，在静态的调强计划中又以射野数目最多的包含心脏正对射野的五野调强计划最好。增加心脏正对射野可以减少计划的不均匀性。

±s)

注：t，P值中的a、b、c分别是各种技术与VMAT技术配对样本t检测的统计比较结果。

2.2　心脏剂量及NTCP结果

不同放射治疗技术下心脏的物理剂量V25，Dmean和NTCP、LAD的结果见表3。在对心脏的物理剂量的研究中我们选取了对放射性心脏病最有代表的物理剂量指标V25和平均剂量Dmean以及左前降支动脉LAD的平均剂量Dmean[5],通过表3可以发现心脏V25剂量指标在肿瘤不同位置差距非常明显，但是对肿瘤位置同侧的病例，不同治疗计划间的统计分析没有显著差异。

±s)

注：a、b、c分别是各种技术与VMAT技术配对样本t检测的统计比较结果。

3讨论

乳腺癌放疗中目前采用的正向调强计划设计中，不可以避免出现锁骨上靶区和内乳靶区及胸壁靶区间的射野交界处剂量的叠加和X射线、电子线射线质混用问题，对心肺的保护在这种计划模式下显得尤为困难，在胸壁野上仅仅依靠两对穿射野加野中小野很难做到较好的靶区适形和剂量均匀[6]。切线布野放射照射时将卷入一部分正常肺组织及心脏组织，这些正常组织受到肿瘤致死剂量的照射，可能导致正常组织损伤及放疗并发症的发生[7]。且胸壁弯曲程度越大，卷入的正常组织的体积也越大，所以在乳腺癌改良根治术后放射治疗过程中靶区剂量覆盖及均匀性、卷入治疗区的患侧肺、心脏等重要危及器官的受照剂量是放疗计划的重要评估参数[8]。张桂芳等的研究显示，逆向计划与正向调强计划相比在心肺保护效果相当的前提下，靶区剂量均匀性和适形性会更好[6]。表2的结果表明，VMAT技术相比其他常规乳腺癌照射技术，具有更好的靶区的适形性和均匀性。

需要引起重视的是，放射性心脏损伤(radiation-induced heart disease,RIHD)存在明显的靶点，且心脏不同结构对射线的耐受性差别很大，心肌细胞耐受性最强，微循环系统相对较弱，因此放射线对心脏的损伤主要是继发于小血管和结缔组织的损伤[9]。RIHD中最易被乳腺癌放射治疗后观察到的就是放射性冠心病，放射性冠心病多见于肿瘤放疗后长期存活的患者，是放疗重要的晚期表现之一[10]。在同样放疗技术条件下，左侧乳腺癌根治术后无论是物理剂量还是心脏的正常组织并发症概率肯定是高于右侧乳腺癌的，这个是由肿瘤和心脏的解剖结构决定的，国外的长期随访的数据也可以作为有力证据[11]。在具体设置照射野角度和治疗弧的时候，在临床上常常存在这一个叫做“角度幽闭恐惧症”，认为正对的射野肯定会增加射线束上相应组织的正常组织并发症，但是由于采用了IMRT的技术，在逆向计划设计时，为了减少相应正常组织的剂量，有些子野(VMAT治疗弧的剂量控制点)在优化和放疗实施的时候是关闭的或者剂量权重很低，客观上可能一定程度上提高低剂量区正常组织的容积剂量，但是该物理剂量的增加对生物效应却没有产生质的影响。表3的结果表明，与其他照射技术相比，VMAT技术增加了心脏正对子野，并没有显著增加LAD的平均剂量，心脏的物理剂量和心脏的NTCP结果(4种技术之间的结果基本没有统计学差异)。

综上所述，乳腺癌根治术后包含心脏正对弧的双弧VMAT计划比FIF、4F IMRT、5F IMRT技术具有更好的靶区剂量分布，但是不会明显增加心脏的照射剂量和晚期放射性损伤的概率。需要注意的是本研究没有考虑到进行同步放化疗或者进行生物靶向治疗的情况，对于进行同步放化疗的患者一定要考虑到潜在的心脏毒性，应选择对心脏更加安全的放疗方案。

参考文献

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(编辑：甘艳)

Risk Assessments of the Heart Dose from VMAT Radiotherapy for

Post-Mastectomy Breast Cancer

YEWei,GONGMinyong,XIONGChao.FirstPeople’sHospitalofJiujiang,Jiujiang,332000

【Abstract】ObjectiveTo analyze the heart dose parameters of breast cancer radiotherapy andrisk of heart exposure from breast cancer volumetric modulated arc therapy(VMAT) technique.Methods10 cases of left breast cancer patients after radical mastectomy were randomly selected.4 kinds of commonly used plans were designed for each patient:1) Improved field in field IMRT plan(FIF);2) 4-field IMRT plan(4F-IMRT);3) 5-field IMRT plan(5F-IMRT)(including a directly exposing to the heart beam);4) Double-arc VMAT plan.The conformal index(CI) and dose homogeneity index(HI) of PTV,the dose volume parameters of heart and the left anterior descending(LAD) coronary artery of the patients were calculated from DVH.NTCP-RSM model was used to calculate the heart complication possibility.There had statistical differences between the results of the VMAT technique and the results of the others.ResultsThe average values of Dmean and V25 in 4 plans were 7.7 Gy,6.9 Gy,9.7 cGy,6.4 Gy and 9.1%,7.9%,9.7%,4.9%,respectively.The mean dose of LAD were 29.0 Gy,27.6 Gy,32.8 Gy,26.1 Gy.The mean NTCP were 1.1%,1.3%,0.86%,2.7%,respectively.The mean CI and HI of the target were:0.56,0.44,0.61,0.77 and 0.82,0.78,0.70,0.53.The results of CI and HI of VMAT were significantly different from the other 3 technique(P<0.05).ConclusionCompared with conventional intensity modulation radiotherapy,the VMAT technique can increase the coverage of the target without obviously increasing the heart dose.

【Key words】Radical mastectomy;Therapeutic irradiation;Volumetric modulated arc therapy(VMAT);Heart dosimetry

(收稿日期2015-12-07修回日期 2015-12-21)

中图分类号：R737.9

文献标识码：A

文章编号：1001-5930(2016)02-0286-04

DOI：10.3969/j.issn.1001-5930.2016.02.034