不同射野方式在左乳腺癌术后放射治疗中的剂量学研究

王君辉，刘福友，葛彬彬，曹顾飞，金建华，储开岳，刘海涛

据国际癌症研究机构 （International Agency for Research on Cancer，IARC）公布的《2020年全球最新癌症负担数据》，乳腺癌已成为全球女性第一大癌[1]。研究表明，多数乳腺癌患者均需术后放射治疗（简称“放疗”），放疗可避免20%的复发率和5%的死亡率[2]。乳腺癌放疗的照射范围一般包括胸壁切线野、锁骨上野、腋窝照射野和内乳野，各区域宽度、深度差异大，组成的治疗靶区结构复杂，同时计划设计可以选择的射野角度范围小，早期常规电子线、三维适形等放疗剂量分布不易均匀，正常组织副反应严重，放疗增益比较低。随着放疗软硬件技术的进展，乳腺癌的放疗技术发展为图像引导下调强放疗技术，它能够减小摆位误差，缩小照射范围，在有限的角度内增加射野数量，采用全调强放疗技术同步优化整个靶区内剂量分布，在改善靶区剂量分布的同时，有效保护肺和心脏，提高了放疗增益比，进而提高了靶区的控制率[3，4]。目前，关于乳腺癌术后或保守的调强放疗逐渐成为近年来的研究热点，但由于直线加速器和治疗计划系统功能的多样性，研究得到的结论也并不相同[5，6]。笔者研究采用Monaco计划系统中Auto Flash Margin技术，分别设计调强放疗（intensity modulated radiation therapy，IMRT）（7野和9野）、部分双弧容积旋转调强放疗（volumetric modulated arc therapy，VMAT）3种不同射野布局调强放疗计划（简称放疗计划），分析比较在左乳腺癌术后放疗中对靶区和危及器官（organ at risk，OAR）的剂量学影响，设计出高质量的放疗计划，提供更精确的治疗方式，以适应临床多样化需要。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选择南通市肿瘤医院2020年6月至2021年6月乳腺癌患者25例，年龄28～76岁，中位年龄48岁。全部患者均经手术病理诊断证实。均为左乳腺癌根治术后符合放疗指征的患者，左上肢通过康复锻炼活动功能良好，患侧手臂上举尽可能≥90°，无放疗禁忌证。

1.2 方法

1.2.1 CT模拟定位

所有患者均采用乳腺托架联合U型膜固定技术进行定位[7]。将乳腺托架平放于模拟机床面，嘱患者平躺于托架中心位置上，放松身体平静呼吸。调节头托位置使其自然舒适，同时在专用水箱中加热U型膜，使其软化后迅速取出扣在患者头部，轻微按压塑形，待冷却后固定头部。上臂放置于臂托内，调节臂托各项参数，使双臂尽量外展，让患者患侧腋窝充分暴露并记录刻度值。因乳腺解剖特点，增加摆位重复性和减少摆位误差，定位时分别标记辅助摆位线和治疗中心摆位线相结合的定位方法。辅助摆位线：将激光线分别对照健侧乳下2 cm处和身体正中水平线。治疗中心摆位线：将激光线分别对照患侧乳瘢痕中心和身体正中水平线。均分别在皮肤上画标记线和记录对应的乳腺托架刻度。利用大孔径CT（big bore brilliance CT，荷兰飞利浦）进行增强扫描（造影剂从健侧乳腺手臂注入），扫描范围乳突上缘至健侧乳下缘5 cm，扫描层厚为0.5 cm，扫描后图像传至Monaco 5.11计划系统。

1.2.2 靶区和危及器官勾画

参照北美放射肿瘤协作组 （Radiation Therapy Oncology Group，RTOG）临床勾画指南对乳腺癌的靶区和OAR进行勾画。乳腺癌的临床靶区（clinical target volume，CTV）范围包括患侧整个乳腺组织、胸壁、胸锁关节、区域淋巴结、锁骨上淋巴引流区等。计划靶区（planning target volume，PTV）由CTV各个方向外扩5 mm并且不超出外轮廓而形成。OAR包括肺、心脏、脊髓等。

1.2.3 治疗计划设计

所有患者处方剂量为50 Gy/25F，2 Gy/F，5 F/W，均采用Monaco 5.11计划系统。靶区的处方剂量要求优化后统一将剂量归一到50 Gy剂量线包饶95%的PTV。OAR限量要求患侧肺Dmean≤16 Gy，V10≤55%，V20≤35%，V30≤25%；健侧肺Dmean≤3 Gy，V5≤15%；全肺V5≤60%，V20≤30%；心脏Dmean≤8 Gy，V10≤25%，V30≤15%；脊髓Dmax≤45 Gy[8]。

射线能量选择6 MV，剂量率600 MU/min，采用蒙特卡罗优化算法，进行7FIMRT、9FIMRT、部分双弧VMAT计划设计（图1），其中7FIMRT、9FIMRT计划中射野分别延常规切线野方向向两侧20°和15°间隔分布，各野最大控制点均为20，另外设计一个垂直于切线野（一般为30°）采用限制铅门技术只针对锁骨上野进行照射。VMAT考虑肺和健侧乳腺的保护不采用全弧照射，采用部分切线对穿双弧，每个弧的旋转角度40°，其方向围绕切线野方向上下各20°，优化间隔角度为30°，每个弧最大控制点为100。所有计划均设置Auto Flash Margin 2.0 cm，PTV优化条件后Auto Flash选项打勾，计算网格为0.3 cm，计算不确定度为1%。对同一患者，3组放疗计划中靶区和OAR剂量优化条件参数不变，进行计划设计。

图1 3种放疗计划射野示意图Fig.1 Schematic diagrams of 3 radiotherapy plan fields

计划设计完成后，由主任医师审核通过，物理师进行剂量验证，所有剂量验证均采用SUN NUCLEAR的ArcCHECK进行三维验证。

1.2.4 计划评估

根据剂量体积直方图、等剂量曲线图和TPS相关剂量学参数等进行评估比较。对于PTV，评估靶区的平均剂量Dmean、靶区适形度指数（conformity index，CI）、靶区均匀性指数 （homogeneity index，HI）[9]。对OAR，评估全肺、患侧肺、健侧肺的Dmean、V5、V10、V20、V30。评估心脏的Dmean，其中V10、V30远远满足其剂量限值，此不作为评估计划优劣指标。另脊髓受量低，容易满足其剂量限值，因此也不推荐作为评估计划优劣重要指标。对于两组物理学参数：评估计划的机器出束跳数、机器出束时间。

1.3 统计学方法

采用SPSS 22.0软件对剂量学数据进行统计学分析。数据均以均数±标准差表示，两组数据间比较采用样本t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 3种放疗计划的计划靶区剂量学比较

PTV D2%：部分双弧VMAT分别高于7FIMRT和9FIMRT（t=-9.527、-8.692，P＜0.001），7FIMRT与9FIMRT间差异无统计学意义（t=0.913，P=0.183）。D98%：3种治疗计划间差异均无统计学意义（t=-3.427、-0.319、3.412，P=0.057、0.374、0.945）。Dmean：部分双弧VMAT高于7FIMRT、9FIMRT（P＜0.05）。CI：9FIMRT靶区适形度均优于7FIMRT和部分双弧VMAT（t=-3.288、5.292，P＜0.05），且7FIMRT靶区适形度优于部分双弧VMAT（t=1.054，P＜0.05）。HI：9FIMRT靶区均匀性优于7FIMRT和部分双弧VMAT（t=5.309、-15.521，P＜0.05），且7FIMRT靶区均匀性优于部分双弧VMAT（t=-11.016，P＜0.05）。见表1。

表1 3种放疗计划间PTV剂量参数比较Tab.1 Comparison of PTV dose parameters in 3 radiotherapy plans

2.2 3种放疗计划的危及器官剂量学比较

肺组织7FIMRT与9FIMRT相比：7FIMRT全肺的V5、V10、Dmean有降低（t=-1.635、-1.495、-2.779，P＜0.05），7FIMRT患侧肺的V5有降低（t=-2.463，P＜0.05），9FIMRT患 侧 肺 的V20有 降 低（t=1.764，P＜0.05）。肺组织7FIMRT与部分双弧VMAT相比：部分双弧VMAT全肺、患侧肺及健侧肺的V5有降低（t=1.952、1.197、9.821，P＜0.05），以及部分双弧VMAT全肺和健侧 肺的Dmean有降低 （t=1.865、2.081，P＜0.05），7FIMRT患侧肺的V20、V30有降低（t=-1.158、-1.435，P＜0.05）。肺组织9FIMRT和部分双弧VMAT相比：部分双弧VMAT全肺、患侧肺及健侧肺的V5明显降低（t=2.399、1.660、9.843，P＜0.05），以及部分双弧VMAT全肺和健侧肺的Dmean有降低（t=2.010、2.225，P＜0.05），9FIMRT患 侧 肺 的V20、V30有 降 低（t=-1.798、-2.637，P＜0.05）。其余参数差异无统计学意义（P＞0.05）。见表2。

表2 3种放疗计划肺组织剂量学比较Tab.2 Comparison of lung tissue dosimetry in 3 radiotherapy plans

正常心脏组织7FIMRT、9FIMRT和部分双弧VMAT心 脏Dmean分 别 为 （6.14±0.27）Gy、（6.71±0.31）Gy、（5.09±0.52）Gy。部分双弧VMAT的心脏Dmean均 分 别 低 于7FIMRT和9FIMRT（t=2.340、2.041，P＜0.05），7FIMRT相 较 于9FIMRT心 脏Dmean较低，但差异无统计学意义（t=-1.095，P=0.068＞0.05）。

2.3 3种放疗计划的物理学参数比较

7FIMRT、9FIMRT和 部 分 双 弧VMAT的 机 器 出束跳数和机器出束时间分别为（676±73）MU、（815±94）MU、（591±106）MU和（399±17）s、（453±13）s、（288±21）s。7FIMRT的机器出束跳数和机器出束时间分别小于9FIMRT（t=-18.408、-9.823，P＜0.05），部分双弧VMAT的机器出束跳数和机器出束时间均分别明显小于7FIMRT和9FIMRT（t=11.425、8.412、22.051、13.630，P＜0.05）。

3 讨论

乳腺癌IMRT技术的优势在于其可以很好地避免胸壁照射野与颈部淋巴引流区照射野接野处的剂量冷热点问题，能够很好地限制高剂量区的剂量，避免剂量不均匀带来的疗效欠佳和副反应过重的问题，可降低肺和心脏在内的关键OAR受量等。在Pinnacle或其他计划系统技术上研究[10～12]表明，IMRT或VMAT等调强放疗技术均在OAR保护方面具有明显优势。但是一方面对于年轻左侧乳腺癌患者和先前患有甲状腺疾病的患者，在调强放疗中应用技术限制铅门可能是最佳治疗方式；另一方面对于乳腺癌术后患者胸壁靶区过薄，目前相关放疗计划系统提供多叶准直器在体表处强制打开的技术，其中Monaco计划系统提供了Auto Flash Margin技术，可以在体表创建一个边距，指定这个虚拟区域需要处方剂量，优化时多叶光栅可以主动打开，避免漏照的发生。因此，笔者主要设计Monaco计划系统3种放疗计划，比较相关剂量学的差异。

笔者研究25例左乳腺术后放疗患者，比较7FIMRT、9FIMRT和部分双弧VMAT 3种放疗计划间的剂量学差异。结果显示，对靶区而言，部分双弧VMAT的靶区平均剂量高于7FIMRT和9FIMRT，9FIMRT的靶区适形度和均匀性均优于7FIMRT和部分双弧VMAT。3种放疗计划都能够保证PTV的靶区的CI、HI达到临床剂量学要求，其中9FIMRT稍好，这与以往报道存在差异[13]，分析原因可能与计划选择角度有关。为了降低肺的低剂量体积，笔者试验采用两个切肺最少的40°的弧进行计划设计而非全弧，这在一定程度上减弱了VMAT技术的优势。对OAR而言，部分双弧VMAT相较IMRT在全肺、患侧肺及健侧肺的V5有降低，以及在全肺和健侧肺的Dmean有降低，IMRT相较部分双弧VMAT在患侧肺的V20、V30有降低，7FIMRT相较9FIMRT在低剂量区略有降低。乳腺癌放疗需要重点评估肺的受照剂量，相关研究表明，放射性肺炎发生率与肺V5、V20、Dmean密切相关[14]。笔者采用部分双弧VMAT技术中尽量减少照射野的角度范围，避免射野过多地穿过肺组织，有效降低肺的低剂量照射。笔者研究中部分双弧VMAT技术在肺的低剂量区及平均剂量上均明显降低，在一定程度上减少放射性肺炎的发生率。与此同时部分双弧VMAT在心脏平均剂量均低于IMRT，以及在机器出束跳数和机器出束时间均明显优于IMRT，说明其在OAR的保护和计划治疗效率方面更优。

综上所述，在3种放疗计划均能达到靶区临床要求时，部分双弧VMAT在肺的低剂量体积照射锐减，且在机器出束跳数和机器出束时间具有一定的优势，建议选择部分双弧VMAT技术，在保证患者放疗计划质量的同时节省医疗资源，具有较高的临床应用价值。