乳腺癌根治术后特定射野固定钨门分野静态IMRT与VMAT的临床剂量学评估

中国人民解放军总医院 第一医学中心放疗科，北京 100853

引言

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，放射治疗是乳腺癌综合治疗的重要组成部分[1]；开展根治术或改良根治术后放疗可以有效降低局部和区域淋巴结复发概率。乳腺癌改良根治术后的放疗靶区主要沿着胸壁，形状为不规则弧形，常规切线照射通常会把胸壁内侧正常肺组织包括在内，导致肺受照体积大幅增加；对于中晚期患者手术后通常需要对锁骨上下淋巴引流区和胸壁内乳区进行辅助放疗。放疗过程中不良反应的降低主要依赖于所采用的放疗技术及设计策略。不同学者所采用的治疗手段[2]及固定野调强的射野数与布野角度也不尽相同[3]，并进行了广泛的剂量学比较[4]。固定钨门技术调强放疗可以限定射野范围[5]，使某些照射野作用于特定的治疗区域，以获得更好的剂量分布[6]，将其运用到钨门跟随计划中，相互结合可以降低乳腺癌患者放疗过程中肺和心脏等正常器官的所受剂量。容积旋转调强放疗（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）是调强放疗的一种高级形式，其特点是机架在弧形线上连续运动时，多叶准直器（Multi-Leaf Collimator，MLC）连续运动对射束的强度进行实时调节，相比于常规调强，在提高靶区适形度的同时治疗速度也提高了数倍。对于乳腺癌患者，VMAT技术能获得更好的靶区覆盖度及剂量均匀性[7]，但同时也会造成健侧肺、健侧乳腺和心脏的平均剂量一定程度增加及低剂量范围扩大[8-9]。

本研究通过对锁骨上淋巴结转移乳腺癌根治术后患者分别设计特定射野固定钨门IMRT计划与VMAT计划，其中IMRT计划中特定射野对锁骨上区与胸壁区分别采用固定钨门技术进行照射，用于在最大程度保护患侧肺组织的前提下更好地提高靶区剂量。从靶区剂量分布及心脏、肺等危及器官受照剂量体积等方面比较两种计划优缺点，旨在为临床优选提供参考。

1 材料与方法

1.1 临床资料

选取24例在我院接受治疗的同一主诊组中锁骨上淋巴结转移的女性乳腺癌根治术后放疗患者，右侧：12例，左侧：12例。患者年龄32～87岁，中位年龄为47岁。

1.2 定位扫描

患者躺于乳腺托架，仰卧位双上肢外展上举，具体角度根据患者身体状况而定，在自由呼吸状态下采用Siemens大孔径CT（Siemens SOMATOM）实施CT扫描，层厚为5 mm，分辨率为512×512。扫描范围一般从中颈至膈下。

1.3 靶区及重要器官定义

将扫描所得图像以DICOM RT格式传输至Pinnacle3 9.10计划系统。由主诊组医生勾画靶区（CTV：胸壁及锁骨上淋巴结区，不超出皮下3 mm）及危及器官（左、右肺；心脏；脊髓；食管；健侧乳腺；皮肤：皮下3 mm）：

1.4 治疗计划设计

利用Pinnacle3 9.10计划系统，基于瓦里安ix 5230加速器分别设计静态调强及容积旋转调强计划，选择6 MV X线，默认剂量率600 MU/min；CTV处方剂量为50 Gy/25f，通过计划优化使95%处方剂量包绕95%靶区体积。危及器官限量如下：患侧肺V20＜25%；健侧肺V5＜15%；心脏V30＜10% ；脊髓 Dmax≤ 35 Gy；食管 Dmax≤ 50 Gy；健侧乳腺Dmax≤7 Gy或V7≤2%；45Gy剂量线紧贴患侧肺外缘。

静态调强计划设计通常采用6个主射野50个子野，最大子野面积为10 cm2，最小子野MUs为10。左侧乳腺各射野机架角度通常为172°、160°、135°、110°、10°及300°；其中172°及160°射野采用固定钨门技术（172°的射野范围为锁骨上靶区，机头角度为0°；160°的射野范围为胸壁靶区机头角度通常为85°）；右侧乳腺各射野机架角度通常为 55°、355°、250°、220°、200°、190° ；其中200°及190°射野采用固定钨门技术（200°的射野范围为胸壁靶区，机头角度通常为103°；190°的射野范围为锁骨上靶区，机头角度为0）。各射野具体角度根据靶区形状可进行细微的调整。

容积旋转调强计划采用2个半弧设计，射野机架角度范围：左侧乳腺通常为179.9°～300°和300°～179.9°；右侧乳腺通常为180.1°～65°和65°～180.1°。各射野机头角度及X方向钨门宽度根据靶区形状进行合理调整。

1.5 剂量参数评估

（1）靶区的最大剂量（Dmax）、最小剂量（Dmin）、平均剂 量（Dmean）、CTV95%、CTV100%、CTV105%、HI和 CI[10]以及机器跳数（Monitor Unit，MU）。HI=D5%/D95%，其中D5%为5%靶区体积所受到的照射剂量，D95%为95%靶区体积所受到的照射剂量；HI越接近1则靶区的剂量越均匀。

其中Vt.ref为参考等剂量线所包绕的靶区体积，Vt为靶区体积，Vref是参考等剂量线包绕的总体积。CI值介于0～1之间，越接近于1，表示剂量分布适形度越好。

（2）危及器官主要包括Dmax、Dmin、Dmean、D2%、D50%以及Vx。

1.6 计划验证

在计划系统中将各患者计划导入至ArcCHECK的CT图像序列中进行剂量计算并导出RP及RD文件；在加速器上完成实际剂量测量；利用SNC Patient验证分析软件按照3%/3 mm/TH：10的γ分析标准对导出注量图与实际测量结果进行定量对比评估。

1.7 统计学方法

数据以均值±标准差表示，采用SPSS 17.0软件，对各项指标进行配对t检验统计分析，α＜ 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 靶区剂量参数

对于靶区CTV：VMAT计划的Dmax均小于IMRT计划，但只有左侧乳腺癌的结果差异有统计学意义（P＜0.05）；HI与CI：无论左侧还是右侧乳腺癌，VMAT计划均优于IMRT计划（P＜0.05）。VMAT计划中CTV接受处方剂量的95%、100%及105%的体积相对于IMRT计划均有所提高，差异有统计学意义（P＜0.05）。具体结果如表1所示。

表1 乳腺癌患者静态调强和容积旋转调强计划的靶区剂量学比较(±s)

表1 乳腺癌患者静态调强和容积旋转调强计划的靶区剂量学比较(±s)

靶区 组别 Dmax/Gy Dmin/Gy Dmean/Gy HI CI CTV95% CTV100% CTV105%左侧IMRT 59.05±1.76 36.65±2.63 52.75±0.25 1.12±0.02 0.62±0.04 98.82±0.41 93.01±1.48 56.76±4.81 VMAT 57.44±0.72 36.53±3.40 52.84±0.21 1.11±0.01 0.76±0.04 99.25±0.40 94.41±1.17 61.94±4.70 t 值 2.68 0.11 -0.90 2.52 -9.69 -2.92 -2.76 -2.40 P 值 0.031 0.912 0.397 0.040 ＜0.001 0.022 0.028 0.048右侧IMRT 58.00±1.14 31.43±3.45 52.60±0.18 1.11±0.01 0.63±0.02 98.77±0.70 93.68±1.26 55.28±5.03 VMAT 57.55±0.59 36.58±4.02 52.91±0.23 1.10±0.01 0.77±0.03 99.38±0.45 95.08±1.59 63.96±6.09 t 值 1.04 -3.08 -2.88 3.12 -12.36 -3.94 -3.87 -3.01 P 值 0.333 0.018 0.024 0.017 ＜0.001 0.006 0.006 0.020

2.2 危及器官剂量体积参数比较

在健侧肺受照剂量体积参数比较中：对于左侧乳腺癌患者，V2、V3、V5等低剂量区体积参数，VMAT计划均高于IMRT计划，差异有统计学意义（P＜0.05），而V10及以上的体积参数VMAT计划均低于IMRT计划，但差异无统计学意义；右侧乳腺癌患者，VMAT计划各体积参数Vx均显著高于IMRT计划。

对于患侧肺组织，VMAT计划的V2及V3等低剂量区相对于IMRT计划具有不同程度的增加，尤其是右侧乳腺癌患者则具有显著增加（P＜0.05）；而V10以上的高剂量区体积参数VMAT计划显著低于IMRT计划（P＜0.05）。

心脏的受照剂量体积比较中，左侧乳腺癌患者VMAT计划V5及以上各体积参数均低于IMRT计划；而右侧乳腺癌患者心脏各剂量体积参数：VMAT计划均高于IMRT计划。食管的V5～V40等参数VMAT计划均低于IMRT计划，而右侧乳腺癌患者的食管V2及V3等剂量区参数则呈现相反趋势。对于健侧乳腺各参数：与Dmax及V7及以上的体积参数不同，Dmin、Dmean及V2～V5等参数VMAT计划均高于IMRT计划。对于脊髓的Dmax、VMAT计划均显著低于IMRT计划。具体数值如表2～3所示。

表2 左侧乳腺癌患者静态调强和容积旋转调强计划中危及器官的剂量学统计评估(±s)

表2 左侧乳腺癌患者静态调强和容积旋转调强计划中危及器官的剂量学统计评估(±s)

靶区 组别 Dmax/Gy Dmin/Gy Dmean/Gy V2 V3 V5 V7 V10 V20 V30 V40 V50 0.37 VMAT 55.36±0.54 IMRT 55.70±0.46 1.5 8.51.0 0.50 2±13.78±0.80 93.48±9.23 86.02±12.00 65.05±8.83 - 40.01±3.06 24.81±1.21 16.51±1.521.33 2±9±左侧肺1.07.10.7 0.28 t 值 1.23 3.05 5.10 -1.62 -0.80 3.25 - 4.72 7.03 9.87 3.48 2.00 P 值 0.258 0.019 0.001 0.149 0.449 0.014 - 0.002 ＜0.001 ＜0.001 0.010 0.086 0.56 7±12.14±0.80 98.85±1.01 90.05±6.81 55.58±3.43 - 33.42±1.32 20.31±2.29 13.28±2.131.46 4±4±IMRT 27.73±10.88 0.1 0.0 1.75.50.0 0.06 6±0.28 0±25.17±7.12 13.50±4.192.08 - 1.04±5±0.610.14 9±0.03 0 0 1±右侧肺VMAT 24.02±11.56 0.4 3±0.19 0±0.59 2.755.55±19.93 33.29±13.61 10.30±3.80 - 0.6 9±0.45 4±0.08 0.0 1±00.0.02 0 0 t 值 1.44 -5.12 -4.07 -3.79 -3.83 -2.75 - 1.33 1.36 0.37 1.00 -P 值 0.194 0.001 0.005 0.007 0.006 0.029 - 0.224 0.216 0.725 0.351 -0.29 VMAT 47.98±9.68 IMRT 49.75±6.34 1.2 5.82.00.1 0.26 1±13.21±2.93 96.63±3.62 91.54±5.40 82.00±8.87 - 56.74±14.03 18.95±12.083.91 6±1.80 3±9±心脏2.43.91.20.0 0.09 t 值 1.15 -3.01 4.15 -0.99 -0.68 1.36 - 4.12 2.88 2.80 3.38 1.17 P 值 0.290 0.020 0.004 0.357 0.520 0.215 - 0.004 0.024 0.027 0.012 0.280 1.15 9±10.30±2.26 98.49±2.52 94.14±7.31 75.08±10.15 - 35.85±15.48 10.49±6.152.96 0±1.32 7±8±IMRT 45.47±4.77 6.5 3.8 4.00 5±16.56±4.45 100.00±0 99.78±0.61 97.31±4.89 - 65.30±25.09 28.15±16.42 15.68±8.163.38 0 2±食管VMAT 44.78±4.45 3.6 8.31.5 1.93 1±13.18±4.07 99.17±1.63 92.95±14.01 85.78±20.05 - 50.50±24.03 20.53±8.657.31 9±1.79 0 2±t 值 0.79 2.37 4.52 1.44 1.44 1.97 - 2.61 2.32 3.92 2.13 -P 值 0.457 0.049 0.003 0.193 0.193 0.089 - 0.035 0.054 0.006 0.071 -IMRT 17.72±4.86 0.0 6±0.03 1.7 3±0.46 30.27±11.94 16.78±8.80 6.7 8±5.27 1.7 9±1.41 0.3 3±0.37 0.0 1±0.02 0 0 0右侧乳腺VMAT 11.26±3.25 0.12.47.40.50.0 0.07 4±0.55 9±54.16±14.66 33.08±14.846.71 8±050 5±0.03 0 0 0 0 1±t 值 4.72 -3.75 -3.80 -4.08 -3.12 -0.26 2.70 2.41 1.00 - - -P 值 0.002 0.007 0.007 0.005 0.017 0.803 0.031 0.047 0.351 - - -3.37 - - - - - - - - -VMAT 16.28±6.79 IMRT 32.48±1.82 1.0 0.87 8±10.73±脊髓2.78 - - - - - - - - -t 值 7.44 2.93 13.18 - - - - - - - - -P值 ＜0.001 0.022 ＜0.001 - - - - - - - - -0.4 0.39 5±5.35±

表3 右侧乳腺癌患者静态调强和容积旋转调强计划中危及器官的剂量学统计评估(±s)

表3 右侧乳腺癌患者静态调强和容积旋转调强计划中危及器官的剂量学统计评估(±s)

靶区 组别 Dmax/GyDmin/GyDmean/Gy V2 V3 V5 V10 V20 V30 V40 V50 IMRT 11.14±4.55 0.15±0.05 0.84±0.12 7.75±1.88 2.24±1.18 0.36±0.34 - 0.02±0.03 0 0 0 0左侧肺VMAT 15.10±3.61 0.49±0.24 2.52±0.55 51.16±24.26 30.12±14.58 8.39±2.74 - 0.46±0.35 0 0 0 0 t 值 -2.19 -4.22 -8.68 -4.93 -5.32 -8.23 - -3.83 - - - -P 值 0.065 0.004 ＜0.001 0.002 0.001 ＜0.001 - 0.006 - - - -1.03±0.52 VMAT 55.00±1.26 IMRT 54.78±0.69 1.22±0.48 13.78±0.55 93.84±5.34 85.08±5.73 61.57±5.02 - 38.57±3.38 24.86±1.62 17.30±1.43 9.87±1.27右侧肺0.60±0.45 t 值 -0.45 -0.29 6.45 -2.80 -4.36 2.30 - 4.42 7.91 9.44 5.29 3.42 P 值 0.667 0.779 ＜0.001 0.027 0.003 0.055 - 0.003 ＜0.001 ＜0.001 0.001 0.011 1.27±0.67 12.43±0.55 98.64±1.13 92.44±3.80 58.14±3.81 - 34.09±2.09 21.11±1.59 13.77±1.29 7.16±1.04 IMRT 21.41±6.25 0.39±0.14 4.08±0.90 47.92±10.79 36.47±6.38 30.33±5.83 - 11.94±5.84 1.07±2.96 0.09±0.24 0 0心脏VMAT 28.46±13.17 1.17±0.61 5.72±2.22 82.68±14.03 64.24±21.09 41.35±18.54 - 13.15±11.08 2.83±4.04 0.76±1.12 0.07±0.12 0 t 值 -1.27 -3.63 -1.77 -4.58 -3.09 -1.48 - -0.24 -0.89 -1.58 -1.52 -P 值 0.244 0.008 0.120 0.003 0.018 0.183 - 0.821 0.405 0.158 0.172 -IMRT 44.84±3.14 0.85±0.51 9.43±1.74 78.14±14.93 71.73±15.38 57.64±15.54 - 25.69±11.46 15.11±3.49 8.08±4.27 1.56±1.64 0食管VMAT 40.92±3.26 1.62±1.00 8.28±1.84 92.78±5.43 78.08±19.97 50.47±14.40 - 23.97±6.68 10.36±5.30 3.29±2.62 0.15±0.26 0 t 值 2.40 -2.63 2.10 -2.94 -0.70 1.02 - 0.56 3.26 3.18 2.25 -P 值 0.047 0.034 0.074 0.022 0.508 0.340 - 0.592 0.014 0.016 0.059 -IMRT 16.91±4.55 0.04±0.02 1.16±0.14 17.54±2.95 8.59±3.07 2.99±1.94 0.91±0.97 0.14±0.23 0 0 0 0左侧乳腺VMAT 10.39±1.66 0.18±0.10 2.61±0.59 61.99±20.43 35.73±12.64 6.51±3.48 0.43±0.34 0.01±0.01 0 0 0 0 t 值 3.68 -4.73 -6.88 -5.95 -5.79 -2.72 1.67 1.71 1.00 - - -P 值 0.008 0.002 ＜0.001 0.001 0.001 0.030 0.138 0.130 0.351 - - -IMRT 31.95±1.43 0.67±0.65 8.15±1.20 - - - - - - - - -脊髓VMAT 17.18±6.15 0.46±0.47 5.30±2.02 - - - - - - - - -t 值 6.60 1.96 4.86 - - - - - - - - -P 值 ＜0.001 0.090 0.002 - - - - - - - - -

2.3 机器跳数及模体验证通过率

无论是左侧还是右侧乳腺癌患者，其VMAT计划的平均MUs少于IMRT计划，尤其是对于左侧乳腺癌患者，差异有统计学意义（t=4.18，P＜0.05）；模体验证通过率均具有显著提升，差异有统计学意义（t=-3.16、-5.00，P＜0.05）。统计结果列于表4。

表4 乳腺癌患者静态调强和容积旋转调强计划的机器跳数及模体验证通过率的比较(±s)

表4 乳腺癌患者静态调强和容积旋转调强计划的机器跳数及模体验证通过率的比较(±s)

危及器官 组别 机器跳数 验证通过率/%左侧IMRT 741.00±103.51 95.48±1.34 VMAT 584.38±74.05 97.29±1.45 t 值值 4.18 -3.16 P 0.004 0.016右侧IMRT 666.50±58.21 96.35±0.82 VMAT 607.00±47.99 97.28±0.76 t 值 2.30 -5.00 P 值 0.055 0.002

3 讨论

乳腺癌治疗效果通常较好，绝大多数患者可长期生存，辐射致癌效应越来越引起医务工作者的重视，低剂量区体积的增加也逐渐引起关注[11]。相对于适形放疗，多野调强放射治疗在提高靶区适形度和均匀性的同时也增加了危及器官低量区照射体积[12]。本研究中两种计划的患侧肺和心脏的V5均在40%以上，相对体积均较高。

对于放射治疗可能引起的肺损伤主要与肺接受的平均剂量有关[13]，而肺的V5、V10、V20及V30等体积参数是预估放射性肺炎的重要判定指标[14]。Yorke等[15]研究显示，当肺的V10大于50%时，肺部相关并发症概率接近20%。本研究中的患侧肺V10，VMAT计划显著低于固定钨门IMRT计划且均低于50%的标准。与静态调强相比，VMAT计划的肺、心脏的极低剂量区（V2、V3）的体积存在不同程度的增大，此研究结果与史玉静等[16]的研究结果一致。Hamo等[17]研究显示心脏的平均剂量及V30对心脏的放射毒性有重要指导意义；而V30值在10%以下，发生放射性心损伤的几率明显降低[18]。表2、3中的数据表明无论IMRT还是VMAT计划心脏V30均低于6%，均能有效地保护心脏各项机能。本研究中对于左、右侧乳腺癌患者分别进行统计研究，结果显示右侧乳腺放疗计划中心脏各指标普遍低于左侧乳腺癌计划，V30平均值甚至低于1%。

乳腺患者治疗过程中靶区位置会随着呼吸运动而发生变化[19]，为了降低由次而造成的靶区漏照风险，本研究中两种计划设计方式均采用在PTV（CTV外放1 cm，且不进入肺）的基础上向胸前及患侧方向各外放1 cm以生成PTV-H，并且在优化时设定PTV-H的最小剂量为处方剂量，从而保证计划优化时各射野钨门宽度及MLC按照PTV-H的范围进行展开，保证足够的射野范围；与Monaco计划系统的Auto-Flash[20-21]射野边界外放功能不同，此种方法只能将 MLC在靶区外的叶片外放，而不能保证所有子野均外放，因此对患者靶区位置精度要求更高。

VMAT计划的平均MUs值相对较少，可以减少机器出束时间[22-23]，从而有效降低治疗过程中的位置误差；同时提高治疗工作效率及加速器的利用率。本研究中无论是左侧还是右侧乳腺癌，VMAT计划的模体验证通过率相对于IMRT计划均具有显著提升，IMRT计划均选自临床治疗计划，射野中心通常放置在参考中心点，考虑到实际治疗过程中机架与患者之间的安全距离，其位置通常靠近体中线，从而造成射野偏中心，降低MLC调制能力；而VMAT计划的射野中心选择则是尽量靠近靶区中心，有效地减小射野钨门最大横向距离，保证叶片到位精度；并且大大地提高机架旋转治疗过程中MLC调制能力，最终使其验证通过率有不同程度的提升。

总之，对于乳腺癌根治术后患者，特定射野固定钨门IMRT计划与VMAT计划皆能满足临床需求，VMAT计划比IMRT计划具有更好靶区的适形度和均匀性；减少了肺组织等危及器官高剂量区的受照体积，但增加了其低剂量区的受照范围；同时降低了MUs，缩短了治疗时间。