双侧乳腺癌保乳术后单射野中心与双射野中心容积旋转调强放疗的剂量学比较*

刘旭红，夏耀雄，陈晓，丁祥，赵永军

650118 昆明，云南省肿瘤医院/昆明医科大学第三附属医院/云南省癌症中心 放疗中心

早期乳腺癌保乳术后行全乳腺放射治疗与乳腺癌根治术可取得相同的无病生存率[1-5]。保乳术联合术后放疗已经成为治疗早期乳腺癌的有效方法[6-10]。许多临床研究显示，容积旋转调强放射治疗(volumetric modulated arc therapy，VMAT)技术能改善靶区适形度及均匀性，同时减少靶区周围危及器官(organs at risk,OAR)受照剂量[11-12]。早期双侧乳腺癌同期保乳术后放疗是乳腺癌放疗中较为特殊的病例，具有巨大的C型靶体、靶体的形状和体积变化很大，且覆盖范围广，目标外侧靠近皮肤，内侧靠近肺、心和肝脏，及易造成周围正常组织在放疗中受照剂量增加，因而放疗计划的设计难度系数高。目前双侧乳腺癌同期保乳术后多射野中心与单射野中心的对比研究国内很少有文献报道。本研究针对双侧乳腺癌的多肿瘤靶区特性，采用VMAT技术分别设计单射野中心与双射野中心两种放疗计划方案，比较计划靶区( planning target volume，PTV)剂量分布、适形性指数(conformaity index,CI)、均匀性指数(homogeneity index,HI)、OAR的剂量分布、计划设计难度和机器跳数等，分析两种计划方案在双侧乳腺癌保乳术后联合全乳腺放疗中的优劣，为临床应用的可行性和效率性提供参考。

1 资料与方法

1.1 临床资料

随机选取2017年1月1日至2020年6月30日云南省肿瘤医院接受双侧乳腺癌保乳术后联合全乳腺放疗的患者8例，女性，年龄33～65岁，中位年龄49岁。用Monaco计划系统为每例患者分别设计单射野中心与双射野中心两种放疗计划方案。靶区轮廓，OAR及其他正常组织由同一组医生勾画完成。

1.2 方法

1.2.1 体位固定和CT扫描 8例患者均取仰卧位，采用碳纤维乳腺托架及热塑体模固定，在定位激光标记线交叉处放置金属标记点用于治疗时的体位重复，手术瘢痕及乳腺组织用金属线标识。采用西门子大孔径CT机(Siemens Sensation Open，孔径82 cm)进行定位扫描，层厚3 mm，范围从下颌骨下缘到横隔下缘5 cm。

1.2.2 靶区和OAR的勾画 将扫描图像经网络传输至Monaco医生工作站，放疗专业医师依据国际辐射单位和测量委员会第50、62号报告，参考肿瘤放射治疗组指南，由同一组医生确定双侧乳腺临床靶区(clinical target volume，CTV)，PTV及OAR轮廓。CTV包括皮下3 mm乳腺腺体及腺体下胸壁。PTV由CTV外放形成，左侧为PTVL、右侧为PTVR。胸壁内侧向肺方向外放5 mm，头脚方向、乳腺外侧向腋窝方向、内侧向胸骨方向各外放8 mm，皮肤方向不外放。同时勾画OAR包括脊髓、心脏、肝脏及肺组织。

1.2.3 处方剂量和计划要求 双侧乳腺处方剂量PTV(PTV=PTVL+PTVR)给予50 Gy/25 F的常规分割模式，每周5次，每次2 Gy的照射剂量，同时要求100 %的处方剂量覆盖95%的靶区体积。OAR限量要求脊髓Dmax≤ 10 Gy；心脏V30≤5%，Dmean≤8 Gy；肝脏V20≤10%；单肺或双肺V5≤65%，V20≤30%，Dmean<14 Gy；肝脏V20≤10%，Dmean<10 Gy。所有计划由另外同一名物理师审核通过。

1.2.4 计划设计 将入组的8例患者数据由医生工作站传至Monaco计划系统。分别为每例患者设计两组计划，每组计划均基于医科达直线加速器(Elekta VersaHD，Sweden)设计。采用VMAT技术，双射野中心组计划设计需根据双侧靶区位置、形状、轮廓定义两个射野中心点，双中心点设置是以双侧乳腺靶区(PTVL和PTVR)的几何中心为各自初始点，然后将各自初始点分别移动到双靶区与肺组织交界处，形成双弧双中心(ISOL和ISOR)，并注意两个弧之间的衔接。单中心点是设置于双中心点连线的中点(图1)。

单射野中心射野分布依据双侧靶区范围机架(Gantry)的起、止位置间的夹角为230°，双射野中心射野分布依据双侧靶区形状曲度设置Gantry的起、止位置间的夹角在220°～230°之间。射线能量为6MV X射线，弧的最大控制点设置为160个，算法运用蒙特卡罗统计模拟法，该算法被公认是所有剂量计算方法中最精确的计算方法[13]。最小子野宽度为0.6 cm，剂量计算网格选择0.3 cm，通量平滑为medium，统计不确定性为1%。将95 %的 PTV(包括PTVL和PTVR)接受50Gy的处方剂量且OAR达到临床要求设置为预定的优化目标。优化时采用分步优化方式，优化过程中反复查看断层剂量分布曲线图和剂量体积直方图(dose-volume histogam，DVH)，反复优化、反复调整直到第一步优化能较好地满足了优化目标，再进入第二步的运算。

计划完成后，需要特别标注两个射野中心点的坐标及名称，提醒技师摆位需要查看并核对两个中心，不能弄反，并经过图像配准验证无误方可执行治疗，治疗时导入计划也必须仔细核对计划各项参数，必须严格执行整个放疗流程的质量保证和质量控制，确保从计划到治疗准确无误。

1.2.5 评价指标及计划评估 优化完成后，根据放疗计划的靶区及OAR的剂量体积统计表、断层剂量分布曲线图和DVH对两组计划进行评估比较。评价指标如下：1)靶区评价指标：双侧靶区PTV(包括PTVL和PTVR)的D98(覆盖98%PTV体积的剂量，表示靶区的最小剂量)、D95(覆盖95%PTV体积的剂量，表示靶区的覆盖率)、D2(覆盖2%PTV体积的剂量，表示靶区的最大剂量)、D50(覆盖50%PTV体积的剂量，表示靶区的中位剂量)、Dmax(靶区实际的最大剂量)和Dmean(靶区的平均剂量)；CI[(CI=(Vt,ref/Vt)×(Vt,ref/Vref)，式中：Vt,ref表示参考等剂量线面所包绕的靶体积、Vt表示靶体积、Vref表示参考等剂量线面所包绕的所有区域的体积，CI值小于1且越接近1适形度越好]；HI[HI=(D2/D50)-(D98/D50)，HI越小剂量分布越均匀];2)OAR评价指标：脊髓Dmax、左肺、右肺、全肺、心脏和肝脏的V5、V10、V20、V30及Dmean; 3)计划设计时间和MU。

1.3 统计学方法

试验数据选用SPSS 17.0统计软件进行分析。数据采用均数±标准差表示，对两组计划方案得到的数据正态性分布采用Shapiro-Wilk检验，对符合正态分布的两两比较采用配对t检验，不符合正态分布的两两比较采用非参数配对Wilcoxon符号秩检验，检验水准α=0.05(双侧)。P< 0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 双侧肿瘤靶区剂量结果分析

8例患者两种放疗计划的剂量分布及计划参数都能达到处分剂量要求。两组计划PTV的D95和Dmean差别不大，双射野中心组CI劣于单射野中心组，但差异没有统计学意义(P>0.05)。双射野中心组PTV的D98、D50、D2、Dmax和HI均优于单射野中心组[D98：(48.68±0.18) Gyvs(47.89±0.20) Gy，P=0.012；D50：(52.31±0.41)Gyvs(53.26±0.43)Gy，P=0.001；D2：(54.44±0.56)Gyvs(56.13±0.79)Gy，P=0.003；Dmax：(56.39±0.63)Gyvs(58.21±0.89)Gy，P=0.011;HI:0.12±0.02vs0.14±0.56 ,P=0.025]，差异均有统计学意义(P<0.05)表明双射野中心计划剂量分布更均匀。具体参数指标如表1所示，同一病例横断面和冠状面剂量分布如图2所示。

2.2 OAR剂量结果分析

双射野中心组的脊髓的最大剂量Dmax明显低于单射野中心组,双射野中心组的左肺、右肺、全肺、心脏和肝脏等危及器官受照体积和平均剂量(V5、V10、V20、V30和Dmean)明显低于单射野中心组，差异均有统计学意义(P<0.05)。具体参数指标如表2所示。

2.3 PTV和OAR平均剂量-体积直方图的比较

分别将每名患者的两组PTV和各OAR的参数从计划系统导出，分别计算出8名患者PTV和OAR每组计划参数的平均值，输入OriginPro8绘图软件，分别得到两组计划的PTV和OAR的剂量-体积直方图，如图3所示。图中也可以看出双射野中心组能明显降低脊髓、心脏、肺和肝脏等OAR的受照体积和剂量，双射野中心均匀性更好。

2.4 计划设计时间和机器跳数比较

单射野中心组与双射野中心组计划设计时间分别是(138.35±13.20)min和(159.41±19.28)min，P<0.05；MU分别是1 381.12±221.23和1 408.62±293.78,P>0.05。单射野中心组计划设计因为射野中心只有一个，计划设计难度相对降低，所以计划设计时间缩短；单射野中心组机器跳数MU稍低，模拟机位置验证一次完成，加速器治疗时仅需一次摆位就可以完成双靶区治疗，单射野中心组放疗实施效率高一些。

3 讨 论

乳腺癌发病率始终处于女性恶性肿瘤第一位，对女性健康危害极大[14-15]。保乳术后联合放疗是早期乳腺癌的常规治疗方案，可以使局部复发率降低50%、死亡率降低16.7%[16]。另外，在保证疗效的同时对患者心理、形体影响降到最低[17-18]。双侧乳腺癌极为少见，其发病率仅占单发乳腺癌的2%～3%[19]。近年来，随着医学影像技术的发展，乳腺癌由彩色多普勒超声、全视野数字化X射线摄影技术和乳腺磁共振三大检查手段综合诊断，双侧乳腺癌查出概率有所提高[20-25]。与单侧早期乳腺癌相比，双侧乳腺癌保乳术后放疗区域范围较广、体积较大，靶区紧贴心脏、肝脏和肺组织，要求同时满足双侧靶区的处方剂量，会增加OAR的受照体积，导致放疗毒副作用增加，而放疗引起的肺损伤、心脏毒性和继发恶性肿瘤风险率与受照剂量相关[26-28]。因此，在满足靶区处方剂量的同时，保护好OAR成为双侧乳腺癌放疗计划设计的难题，极具挑战性。

Boman等[29]在双侧乳腺癌VMAT的单射野中心点和双射野中心的研究发现，双射野中心VMAT能明显降低肺的平均剂量和受照体积，结果为全肺V5：54.5%±7.8%，V20：18.5%±2.8%，Dmean：(10.9±1.1)Gy，Boman的双射野中心全肺的结果与本研究类似。而张磊等[30]在双侧乳腺癌同步放疗设计中多射野中心及固定钨门技术的应用研究中，双射野中心肝脏V5:32%±16.5%、Dmean:(626.1±160.1)cGy,心脏V20:13.2%±6.1%、Dmean：(814.9±307.5)cGy，脊髓Dmax：(1 410.5±253.510)cGy，均明显高于本研究，可能与张磊等[30]的研究有50%的病例采用改良根治术有关。

本研究结果显示，两组放疗计划均能满足临床要求。两组靶区PTV的靶区覆盖率D95、平均剂量Dmean差别不大，双射野中心组靶区适形度CI稍差一些(P>0.05)，但双射野中心组PTV的其他指标包括D98、D50、D2、Dmax和HI均优于单射野中心组(P<0.05)，双射野中心组靶区的剂量更均匀，冷热点少；在OAR保护方面,双射野中心组能降低脊髓的最大剂量,明显降低肺、心脏和肝脏等OAR受照体积和平均剂量(P<0.05)，有效降低各器官放射性损伤的发生概率，在提高生活质量和延长生存期等方面有其深远的意义和价值。从剂量学上来讲，建议双侧乳腺癌保乳术容积旋转调强放疗优先考虑双射野中心技术。双中心虽部分指标有优势，但是在执行过程中对于质控的要求会更多，同时也会影响到技术人员的工作效率，以及患者位置的重复性，而这些都是我们治疗患者时必须综合考虑的。

基于乳腺癌靶区位置及形状的特殊性，无论采用何种照射技术，均需以切线方向出束为主，以减少对OAR的辐射。双射野中心选择的两个中心点分别靠左、右两侧靶区与肺组织的交界处，VMAT射野中包含了接近切线方向的子野，且在切线方向出束剂量所占比重高，对OAR辐射量少；单射野中心位于双中心连线的中点，需兼顾两侧靶区，VMAT射野中难以形成接近切线方向的子野，在治疗过程中对OAR的辐射量增加。这可能是造成双侧乳腺癌保乳术放疗双射野中心与单射野中心剂量差异的原因。

本研究探讨了双侧乳腺癌保乳术后采用单射野中心与双射野中心VMAT的剂量学差异，可作为双侧乳腺癌不同临床病例选择合适放疗技术的参考。由于研究病例数量有限，可能在结果上存在一定的误差。本研究未考虑与定角切线野相比较的情况，在实际应用过程中，剂量学优势能否转化为肿瘤控制率的提高有待于进一步的观察和研究。

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