次级准直器对左乳腺癌放射治疗剂量的影响

徐云，李自康

四川大学华西医院雅安医院·雅安市人民医院 （四川雅安 625000）

目前，乳腺癌已成为全球发病率第一的癌症，而我国女性乳腺癌患病及病死人数已居世界首位[1-2]。放射治疗是临床治疗乳腺癌的主要手段之一[3]。在乳腺癌放射治疗中，降低患者肺及心脏等重要器官的受照剂量，减少放射性肺炎及放射性心肌损伤等并发症的发生是必要的。因此，临床对乳腺癌患者的放射治疗剂量和正常组织受照剂量进行了大量研究[4-8]。医用直线加速器治疗头组件包括出束窗、初级准直器、靶、均整器、监控电离室、反射镜和次级准直器。光子线在医用直线加速器治疗机头输运过程中，初级准直器、均整器和次级准直器是主要影响器件。初级准直器作为限束装置，对光子线有散射作用，均整器对光子线能谱影响较大[9]。为进一步降低左乳腺癌放射治疗患者左肺及心脏等器官受照剂量，本研究通过蒙特卡罗程序（BEAMnrc）中的粒子历史记录标志（LATCH）[10]方法，分析医用直线加速器治疗头的次级准直器中单一X、Y 方向和整体次级准直器对光子能谱及剂量的影响，进而分析在放射治疗过程中次级准直器自身、散射及转动等对患者受照剂量的影响，并在左乳腺癌调强放射治疗计划中，通过改变次级准直器的角度，分析计划靶区及正常组织的受照剂量。

1 资料及方法

1.1 一般资料

选取2020 年1 月至2023 年6 月于我院接受调强放射治疗（intensity modulat-ed radiotherapy，IMRT）的100 例左乳腺癌术后患者。患者均为女性，年龄30～65 岁，中位年龄40 岁；体质量平均45.6 kg。TNM 分期：Ⅱ期43 例，Ⅲ期38 例，Ⅳ期19 例。

纳入标准：符合乳腺癌诊疗标准；均能满足治疗体位；所有患者均被告知研究目的并签署知情同意书。排除标准：存在严重的脏器功能障碍，不配合研究。

1.2 BEAMnrc 模拟参数

使用BEAMnrc 模拟标称能量为6 MV 的医用直线加速器（美国瓦里安公司，型号：TrueBeam）治疗头，材料来源于机头结构数据库。相空间平面的位置在源皮距（source skin distance，SSD）为100 cm 处，即加速器的等中心平面，记录参数包括经过该平面粒子的种类、能量、运动方向及粒子到达该平面时经过的加速器组件等。所记录的相空间数据采用BEAMdp 软件处理，获得相应的能谱信息。

1.3 次级准直器对光子能谱的影响

本研究中初级准直器和均整器均固定不动。在不去除次级准直器模块的情况下，使用BEAMnrc 中的LATCH 方法，模拟将X、Y 方向的次级准直器分别对应LATCH 方法中的位9 和位10，并将其属性设置为当粒子经过该器件时，该位被设置为1，可以被继承。在使用BEAMdp 程序分析相空间文件的能谱时，可通过控制LATCH 中相应位的逻辑关系，判断相空间中的粒子是否经过X或Y方向准直器[11]。只选择X 方向准直器对应LATCH 中的位9，统计经过X 方向准直器的光子，其能谱记为ΦX（E）。相应地，只选择Y 方向准直器对应LATCH 中的位10，统计经过Y 方向准直器的光子，其能谱记为ΦY（E）。如果同时选择X 和Y 方向准直器对应LATCH 中的位9 和位10，则统计经过X 和Y 方向准直器的光子，其能谱记为ΦX+Y（E）。同时，经过X 和Y 准直器的光子，其能谱记为ΦXY（E），计算公式如下：

式中，Φ（E）为光子的微分能谱分布，Emax为能谱中光子的最大能量（6 MV 医用直线加速器Emax为6 MeV）。

1.4 计划的设计与评估

患者均采用仰卧位，双手抱肘上举，平静自由呼吸，扫描层厚5 mm，扫描范围为颈部、胸部和上腹部，并将扫描CT 图像传入放射治疗计划系统。所有靶区由同1 位副主任医师勾画临床靶区（clinical target volume，CTV），包括淋巴结引流区和胸壁区。CTV 外放5 mm 作为计划靶区（planning target volume，PTV），胸壁加5 mm 补偿膜，随后逐层勾画重要器官及组织。所有患者处方剂量均为50 Gy/25 f，计划要求95%的靶区体积接受100%的处方剂量。对每例左乳腺癌患者分别设计次级准直器为0°方向（IMRT）和次级准直器顺应靶区方向（IMRT-JAW）两组调强计划。两组计划均采用Oncentra 4.3 计划系统制作，射线能量为6 MV，床板0°。剂量网格为（3×3×3）mm3，最小子野跳数为5 MU，最小子野面积为5 cm2、采用直接子野优化方式DMPO。

1.5 评估指标

比较两组计划靶区的适形度指数（conformity index，CI）和均匀性指数（homogeneity index，HI）[12]。CI值在0～1 之间，其值越大适形度越好；HI值越接近0 均匀性越好。此外，比较左肺的V5、V20和平均剂量Dmean，心脏的V10、V30和平均剂量Dmean，右肺、食管、气管的平均剂量Dmean，脊髓、对侧乳腺最大剂量Dmax等。

1.6 统计学处理

应用SPSS 23.0 统计软件分析数据。对配对差值符合正态分布等剂量学计量数据用±s表示，采用t检验。P<0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 X、Y 方向的次级准直器对能谱影响

由图1 可知，经过X 方向准直器光子的能谱和经过Y 方向准直器光子的能谱具有大致相同的分布。表1 列出了在3 种情况下能谱的峰位置、能谱峰值和平均能量。在相空间的光子中，同时经过X和Y 方向准直器光子形成的能谱的峰位置、能谱峰值和平均能量均较低，一部分原因是由于试验中统计涨落造成的。经过单一X、Y 方向次级准直器和整体次级准直器的光子数在总光子数中的占比均不到0.2%，表明在考虑光子的能谱及剂量时，可以忽略次级准直器自身、散射及转动等的影响。

表1 经过次级准直器光子的能谱参数

表2 两组PTV 剂量参数比较（±s）

表2 两组PTV 剂量参数比较（±s）

注：CI 为适形度指数，HI 为均匀性指数，PTV 计划靶区，IMRT 为调强放射治疗，IMRT-JAW 为次级准直器顺应靶区方向

组别 HI CI IMRT 0.180±0.206 0.609±0.057 IMRT-JAW 0.189±0.181 0.601±0.493 t-1.457 1.070 P 0.173 0.308

图1 经过次级准直器光子的能谱分布

2.2 靶区剂量及参数比较

分别对次级准直器为0°方向（IMRT）和次级准直器顺应靶区方向（IMRT-JAW）两组调强计划PTV 的HI、CI比较，差异无统计学意义（P>0.05）。

2.3 危及器官剂量及参数比较

对于IMRT-JAW 计划左肺V20、V30及Dmean分别降低了1.49%、1.48%和6.35%，差异有统计学意 义（P<0.05）；心 脏V10、V30及Dmean分 别 降低了2.11%、1.59%和7.95%，差异有统计学意义（P<0.05）。其他危及器官健侧右肺、对侧乳腺、脊髓、食管等剂量比较，差异无统计学意义（P>0.05），见表3。

表3 两组计划危机器官剂量参数比较（±s）

表3 两组计划危机器官剂量参数比较（±s）

注：IMRT 为调强放射治疗，IMRT-JAW 为次级准直器顺应靶区方向

危及器官 IMRT IMRT-JAW t P左肺V5（%） 48.90±4.63 47.60±4.49 2.099 0.060 V20（%） 34.05±10.22 32.56±11.07 4.664 0.001 V30（%） 19.93±2.00 18.45±2.14 6.368 0.000 Dmean（Gy） 14.02±0.64 13.13±0.62 9.041 0.000右肺Dmean（Gy） 2.55±0.41 2.49±0.37 1.203 0.268心脏V10（%） 22.05±4.72 19.94±4.27 5.153 0.000 V30（%） 11.06±2.21 9.47±1.40 4.195 0.003 Dmean（Gy） 9.68±2.69 8.91±2.42 4.901 0.001对侧乳腺Dmax（Gy） 24.12±15.52 25.01±15.80 -1.185 0.266脊髓Dmax（Gy） 29.26±4.75 29.55±3.81 -0.637 0.537食管Dmean（Gy） 9.98±1.46 9.89±1.37 1.056 0.322气管Dmean（Gy） 24.52±4.49 24.38±4.38 1.144 0.286

3 讨论

韩俊杰等[9]在通过BEAMnrc 去除次级准直器模块的情况下，发现来自整体次级准直器光子数在总光子数中占比很小。在不去除模块的情况下，进一步验证次级准直器对光子能谱及剂量的影响尚无报道。卜路懿等[13]研究发现，固定次级准直器技术能明显提高左乳腺癌放射治疗计划靶区适形度并减少心肺受照剂量。张桂芳等[14]研究表明，固定次级准直器能够降低心肺受照剂量。对于很多放疗计划系统，在无法固定次级准直器的情况下，通过合理改变次级准直器角度降低左乳腺癌患者左肺及心脏等重要器官的受照剂量尚未见详细报道。本研究在不去除次级准直器模块的情况下，采用BEAMnrc 中LATCH 方法，进一步证明了通过单一X、Y 方向次级准直器和整体次级准直器光子数在总光子数中占比例均不到0.2%，表明在设计左乳腺癌放射治疗计划时，可以忽略次级准直器自身、散射和转动等对剂量的影响。设计左乳腺癌IMRT 计划时，由于Oncentra 4.3 计划系统不能固定次级准直器，通过合理调整次级准直器角度顺应靶区，可以降低患者左肺及心脏的受照剂量，从而减少患者左肺及心脏的并发症。由于本研究放疗计划系统只有1 套，还需增加放疗计划系统数量进一步验证本研究的结果。

综上所述，在设计左乳腺癌放射治疗计划时，可通过改变次级准直器的角度降低患者左肺及心脏受照剂量。