硅胶产生的空腔对乳腺癌根治术后调强放射治疗的剂量学影响

刘婷婷 刘锐锋 欧阳水根 魏玺仪 刘志强 张 明 陶 娜 牛瑞军 郭 晴 陶发利 杨文翠

（甘肃省肿瘤医院放疗科 兰州730000）

近年来，乳腺癌发病率不断升高且呈年轻化趋势，严重威胁女性生命健康和生活质量。局部复发通常是乳腺癌治疗失败的第一征象，而胸壁区域是乳腺癌复发最常见的部位［1-2］。乳腺癌根治术后胸壁复发比例高达94%［3］。在乳腺癌术后患者放射治疗时，常采用硅胶填充物（Bolus），这在剂量学上具有提高皮肤表面剂量的优势［4］。胸壁轮廓不平整需要避免Bolus与皮肤之间空腔，有研究表明空腔大小会影响靶区剂量分布，造成剂量不确定性［5-6］。理想状态下，添加的Bolus 是贴服在皮肤表面上的。而实际情况中，Bolus 越厚，在胸壁曲面上产生的空腔越大。本文在计划系统上模拟乳腺癌根治术后患者使用Bolus时产生的空腔对剂量学的差异，探讨最优方案，提高Bolus使用的可靠性。

1 材料与方法

1.1 临床资料

随机入组甘肃省肿瘤医院放疗科2018 年4 月至2019 年6 月收治的乳腺癌行根治术及腋窝淋巴结清扫术后且胸壁弯曲程度较大的女性患者20例，卡氏体力状态评分＞90 分，年龄28～60 岁，中位年龄54 岁。本研究获得患者及家属知情同意，符合我院伦理委员会要求。

1.2 CT扫描与感兴趣器官勾画

患者仰卧于碳纤维板上，上肢上举交叉握手柄，热塑体膜固定体位。平静呼吸状态下东芝Asteion4 CT（Computed tomography）进行扫描。扫描条件：层厚0.5 cm，层间距0.5 cm，电压120 kV，电流250 mA。在定位CT影像上勾画临床靶区（Clinical target volume， CTV）范围，计划靶区（Planning target volume，PTV）在CTV 基础上外扩0.5 cm形成［7］。勾画食管、气管、肱骨头、甲状腺、患侧肺等危及器官，以及辅助结构环形区域（Ring），Ring离靶区3 mm，宽度为5 mm。

1.3 获取空腔大小

取病人胸壁曲面轮廓。分别将厚度为10 mm、5 mm、3 mm 叠加在2 mm 上（（2+3）mm）的Bolus置于轮廓上。Bolus化学成分为聚苯乙烯的组织补偿胶体凝胶。硅胶与轮廓置于固体水，并CT下行扫描，获取不同厚度Bolus与曲面形成的空腔大小。

1.4 治疗计划

依据20 例病人轮廓在不同Bolus 设置下行CT扫描的空腔大小，Oncentra 系统（版本4.1，医科达，瑞典）上设计4套IMRT计划方案：Plan1为模拟实际治疗下10 mm Bolus 与皮肤之间存在的空腔；Plan2为模拟实际治疗下5 mm Bolus与皮肤之间存在的空腔；Plan3 为模拟实际治疗下2 mm 和3 mm Bolus 依次叠放与皮肤之间存在的空腔；Plan4为理想状态下10 mm Bolus帖服在皮肤表面。处方剂量50 Gy，覆盖90%的靶区体积。

1.5 治疗计划评价指标

PTV 和危及器官的评价指标：PTV 接受≥105%、110% 和115% 处方剂量百分体积V105%、V110%、V115%以及靶区最大剂量Dmax，以及对靶区剂量分布、适形指数（Conformal index， CI）和均匀性指数（Uniformity index， HI）进行比较；患侧肺接受≥5 Gy、10 Gy、20 Gy 和30 Gy 照射的体积百分比V5、V10、V20、V30、以及平均剂量Dmean；肱骨头接受≥45 Gy 照射体积百分比V45以及平均剂量Dmean；食管接受≥45 Gy 照射体积百分比V45以及平均剂量Dmean；气管接受≥45 Gy 照射体积百分比V45以及平均剂量Dmean；甲状腺接受≥45 Gy 照射体积百分比V45以及平均剂量Dmean；辅助结构Ring 接受≥40 Gy、45 Gy照射体积百分V40、V45。

1.6 统计学分析方法

采用SPSS 19.0 进行数据统计分析。定量测定数据以xˉ± s表示，对统计数据进行ShapiroWilk正态性检验。存在不服从正态分布的数据，故统计数据采用样本非参数Friedman M 检验，检验水准a=0.05。若有差异，采用配对样本Wilcoxon 符号秩检验，检验水准a=0.05（双尾）。

2 结果

2.1 CT扫描下Bolus与空腔大小的关系

一例患者轮廓在CT 扫描下不同厚度Bolus 与轮廓形成的空腔如图1所示。由图1可见，固体水上的曲面轮廓与Bolus易在曲面弯曲程度较大的地方形成空腔。Bolus越厚与曲面形成的空腔越大。10 mm Bolus 最大达16 mm，5 mm Bolus 最大达8 mm，3 mm Bolus最大达4 mm；(3+2)mm Bolus可测量Bolus叠加之间空隙最大达2 mm。

图1 患者10 mm(a)、5 mm(b)、(2+3)mm(c)Bolus与轮廓之间空腔大小(固体水与Bolus在CT影像上表现为白色区，Bolus与轮廓以及轮廓与固体水之间空隙表现为黑色区域，示意图均选取CT影像中空腔最大的层面)Fig.1 Cavity size between the 10 mm(a),5 mm(b),(2+3)mm(c)bolus with the outline,respectively(solid water and bolus appear as white areas on CT images,the gap between Bolus and outline with outline and solid water appears as black area.The schematic diagram selects the obvious layer of cavity in CT image)

2.2 4种治疗计划对靶区的剂量学分析

4种计划靶区指标值相比差异均无统计学意义（p＞0.05），结果如表1 所示。4 种计划剂量分布比较如图2 所示。由图2 可见，从上至下依次为Plan1、Plan2、Plan3、Plan4 的靶区剂量包绕线，绿线包绕剂量50 Gy 靶区体积，红线包绕剂量55 Gy靶区体积。Plan1靶区横断面、矢状面和冠状面空腔附近存在较大范围的热点，从矢状面和冠状面可见靶区近皮肤有剂量不足区域；Plan2 相比较Plan1 靶区的热点范围和冷点范围有所减少，但依然存在较大的范围。Plan3与Plan4能够较好避免这种问题。计划靶区V90%均满足处方剂量50 Gy。

表1 4种计划靶区剂量学对比Table 1 Comparison of dosimetry in four planned target areas

图2 一例患者的4种计划靶区云图剂量学对比（彩色见网络版；（a）、（b）、（c）、（d）依次为Plan1、Plan2、Plan3和Plan4）Fig.2 Comparison of the dosimetry of the four planned target areas in one case(color online;(a),(b),(c),(d)represent for Plan1,Plan2,Plan3,and Plan4)

2.3 4种治疗计划对危及器官的剂量学分析

Plan1、Plan2、Plan3、Plan4 的危及器官比较

结果见图3，剂量比较见表2。

图3 4种计划存在统计学差异的危及器官两两进一步分层分析（彩色见网络版；纵坐标0.05代表检验水准，低于此线的对比有统计学差异）Fig.3 Further stratification analysis of organs at risk which exist statistical differences in four plans（color online；the ordinate of 0.05 represents the test level，and the comparison below this line is statistically different）

对于肱骨头以及甲状腺组织，4种计划方案均无统计学差异（p＞0.05）；肺组织除了V30存在统计学差异（Z=9.533，p=0.023），其余指标均无统计学差异（p＞0.05）；食管与气管的Dmean存在统计学差异（Z=17.34，p=0.001；Z=10.960，p=0.012），且Ring V40、V45均存在统计学差异（Z=49.740，p=0.000；Z=49.080，p=0.000）。为了分析4种方案对剂量影响的详细信息，我们对存在差异的危及器官剂量进一步分层分析，将4种方案两两比较，纵坐标的红色线代表检验水准p=0.05，低于此线则代表有统计学差异，高于此线代表无统计学差异。结果表明Plan3与Plan4优于其他两个方案。

表2 4种治疗计划危及器官剂量学对比Table 2 Comparison of dosimetry in four planned crisis organs

3 讨论

ICRU 62报告建议将目标体积纳入接受放射治疗时至少接受95%处方剂量的区域［8］。然而，由于高能辐射束的皮肤建成效应，不能将足够剂量递送到表面。尽管Bolus的出现和临床设备的现代化，仍然存在准备和使用上的不确定性。实际上，Bolus 与患者不规则皮肤的表面不易形成完美接触，由此产生的空腔影响皮肤次级建成效果且减少最大和表面剂量。在计划设计中，TPS添加预定的Bolus 是以Body 轮廓为基准服帖的方式，因此在治疗计划步骤中不能预测并考虑空隙的深度，导致计划和递送剂量之间的差异［9-11］。

Moliner 等［12］提 出 了 虚 拟Bolus （Virtual bolus， VB）。在皮肤上添加选定密度和厚度的Bolus，然后将其移除，进行治疗。对于乳腺癌患者，VB实现皮肤区域的剂量覆盖，同时不引入热点。Kim 等［13］提出一种Bolus 改进方式，由3D 打印机生成的定制Bolus，可增加日常摆位的再现性且有助于克服块状Bolus 不帖服造成空腔的缺点。侯彦杰等［14］也做了相关研究，证实定制的Bolus能够减少空隙，提高皮肤表面剂量。BENOIT等［15］提供了湿纱布Bolus，能够减少空气Bolus 和表面之间的间隙。

我们研究表明空隙的存在及大小对靶区的影响主要表现在靶区的热点与冷点，对靶区的剂量值并无显著影响。从三维剂量分布图可看出Plan1与Plan2空腔附近靶区聚集不等范围的高量区，且近皮肤区域却出现剂量不足现象。这可以解释为：X射线进入组织后，其后方气腔无法达到充分的反向散射条件，从而产生跌落效应；射线离开气腔后因次级电子的累积而产生建成效应。两种效应的结果均使空气组织界面的剂量下降，且次级电子离开空腔，电子射程达到空腔后组织引起电子污染，导致空腔后的组织出现热点［16］。且空腔越大冷点和热点越大，这与Stroka 等［17］研究结果一致。Bolus 越薄与曲面形成的空腔越小，靶区热点与冷点均有减少。

莫威等［18］提出，在胸部放疗中，为了更好地预防放射性肺炎发生需重视V5、V10等低剂量区肺体积比的限制情况。AKIN 等［19］报道了乳腺癌放疗后对甲状腺功能的影响。放射性食管炎、气管炎是胸部肿瘤患者放射治疗的主要不良反应之一，亦是影响放射治疗疗效的主要剂量限制性因素［20-21］。肱骨头的受损影响着患者生存质量。IMRT 计划靶区每个点位的输出剂量按照需求调整［22］。在权衡靶区与危及器官之间时，优先考虑靶区的权重，再考虑危及器官的受量，因此在保证靶区不受影响的条件下，部分危及器官出现了统计学差异。由于甲状腺、肱骨头位于颈部上区，离胸壁区域较远，因此空腔的存在对其无影响；食管、气管与肺均属于胸壁野路径上，空腔对剂量的影响与路径有关，故食管、气管与肺剂量会有统计学差异，这种差异主要体现在食管、气管的平均剂量Dmean，以及肺V30。Ring 作为靶区与危及器官博弈的缓冲地带，在V40的剂量上同样表现出较为明显差异。Bolus 与皮肤形成的大空隙（大于10 mm）与小空隙（大于5 mm 且小于10 mm）对食管、气管、肺存在影响，根据统计数据显示，空隙减小明显降低食管、气管、肺的剂量。Plan4是一种理想状态下的计划，在实际工作中往往不能达到。而Plan3的设计相比其他设计，能够减少靶区内的冷点与热点，降低危及器官受量，研究表明，空腔过小，带来的剂量影响可以忽略［23］，故可将3 mm的硅胶叠放在2 mm上代替其他方式，将大空腔减小至可以忽略的小空腔。

另外本研究存在一定的局限性：因伦理问题，我们空腔获取方式是在病人拓取的轮廓上进行多次CT 扫描，因此在Bolus 覆盖上采取的固定方式在病人实际治疗中未必完全达到，尤其是Bolus（2+3）mm中更应该注意到固定问题。因此建议根据模型设计更加精细的固定方式，进一步提高Bolus可靠性和准确度。

综上所述，本研究对20 例胸壁弯曲程度较大的乳腺癌根治术后患者进行了大量的硅胶与皮肤贴合情况实验，结果显示硅胶越薄空腔越小。故推荐Bolus（2+3）mm对乳腺癌胸壁弯曲程度较大的患者进行皮肤剂量补偿。