雙側乳腺癌術后IMRT與VMAT的劑量學差異

史玉靜，鞠孟陽，胡曉偉，李金凱，王沛沛，李彩虹，昌志剛，孫新臣，李順梅，鄭海倫

1.南京醫科大學特種醫學系，江蘇南京210009；2.南京醫科大學第一附屬醫院放療科，江蘇南京210029

前言

目前，雙側原發性乳腺癌（Bilateral Primary Breast Cancer,BPBC）發生率逐年增高。相關數據顯示，該病種約占乳腺癌的2%～11%［1］，而放療對于BPBC 術后輔助治療起著重要的作用［2］。然而，國內目前關于BPBC的報道都側重其臨床特征，鮮見放療劑量學方面的研究［3］。筆者采用IMRT 和VMAT 兩種逆向調強放射治療技術，設計同一病例的雙側胸壁野放療計劃，通過比較劑量學上的差異來探討符合臨床要求的最佳放療方案，以期在保障療效的同時進一步減少放療并發癥，提高生活質量。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

回顧性收集南京醫科大學第一附屬醫院2014年1月～2017年6月行術后放療的BPBC患者8例，年齡48～67 歲，中位年齡56.5 歲。入選條件：①符合Robbins 等［4］和闞秀［5］提出的BPBC 診斷標準；②接受雙側乳腺根治手術（Mastectomy）或改良根治手術（Modified Radical Mastectomy）；③進行雙側胸壁術后放療。患者具體資料見表1。

表1 病人基本信息情況Tab.1 Basic information of the patients

1.2 儀器設備

西門子16 排大孔徑CT（Somatom Sensation Open CT），瑞典Elekta 公司MonacoV5.1 物理計劃系統，比利時OFIT固定裝置，乳腺托架及熱塑體膜。

1.3 體位固定及CT掃描

患者仰臥，雙手上舉抓桿，充分抬高上臂，熱塑體膜固定患者體位。用鉛絲在胸壁皮膚上標記原乳房區的各邊界，手術疤痕處也貼鉛絲標記，并用5 mm補償模覆蓋于原乳房區。在自由平靜呼吸狀態下連續CT 掃描，層厚5 mm。掃描范圍上界至環甲膜，下界至原乳房溝下5 cm，包括雙側胸壁及臨近正常組織器官如肺臟、心臟等。獲得的CT 圖象通過DICOM RT 格式傳輸到MonacoSim 工作站靶區勾畫系統，由主管醫生勾畫出靶區及危及器官。

1.4 靶區勾畫

本研究中患者雙側乳腺及腫塊均已切除，故僅存在臨床靶區（Clinical Target Volume, CTV）和計劃靶區（Planning Target Volume,PTV）。由于胸壁是乳腺癌根治術或改良根治術后最常復發部位，因而成為放療的常規部位。根據國際輻射單位和測量委員會（ICRU）50、62號文件規定，共同勾畫CTV、PTV及危及器官。在CT窗寬500、窗位0的條件下勾畫靶區和危及器官，然后再由一位副主任醫師或主任醫師確認腫瘤靶區。定義CTV為皮膚及胸壁下0.5 cm，上界至鎖骨頭上緣水平，下界為原乳房溝下1～2 cm，內界為胸骨旁，外界為腋中線。同時定義心臟、雙側肺為危及器官。PTV 為CTV 內外后界各外放0.5 cm，頭側界及腳側界外放0.7～1.0 cm，前界不超過皮下0.5 cm 形成。由同一名物理師為每例患者制定放射治療計劃。

1.5 計劃設計

使用瑞典Elekta 公司Monaco5.1 計劃系統分別進行IMRT 和VMAT 計劃設計。射線能量6 MV，處方劑量50 Gy/25 f。IMRT 計劃：設定一個治療等中心，兩側胸壁分別設定三切線野，兩個斜角射野，共10 野（260°、245°、230°、45°、30°、315°、330°、105°、120°、135°），根據病人及部位不同，設定的每個射野角度可在5°～15°內波動，計劃的子野個數60，最小子野跳數為4 MU。VMAT計劃：設定同IMRT一樣的治療等中心，由230°～20°及310°～130°的兩Arc雙弧照射，射野角度也存在5°～15°的波動范圍，最大控制點數120，最小子野寬度0.6 cm。所有計劃函數設定一致，兩個計劃的最終劑量優化結果為至少95%的PTV接受到處方劑量，得到最優計劃。具體如圖1示。

圖1 IMRT（a）及VMAT（b）兩種治療技術的劑量分布Fig.1 Dose distributions of intensity-modulated radiotherapy(IMRT)and volumetric modulated arc therapy(VMAT)

1.6 評價參數

所有計劃均采用劑量體積直方圖（Dose Volume Histogram,DVH）評估，其中靶區（PTV）的評價指標包括：V95%、V107%、V110%、D5%、D95%、適形度指數（Conformity Index,CI）和均勻性指數（Homogeneity Index,HI）、機器跳數等。Vx%代表接受x%處方劑量的靶區體積。Dx%為x%PTV所受到的照射劑量。CI用以評價靶區與參考等劑量曲面的適形程度，CI=VRx2/（VT×VRI），其中，VRx表示受到處方劑量照射的靶區體積，VT表示整個靶區體積，VRI表示受到的處方劑量照射的身體體積。CI值為0～l，且越接近1，則適形度越高，計劃越好；HI=D5%/D95%，HI值越大說明超過處方劑量越大，PTV內劑量分布也越不均勻。用雙肺的V5、V10、V15、V20、V30和Dmean，心臟的V5、V10、V15、V20、V30、V40和Dmean等評價危及器官的受量及體積。Vx表示接受xGy劑量的體積百分比，具體如圖2所示。

1.7 統計學方法

用SPSS 20.0 軟件，對計量資料采用均數±標準差表示，使用配對t檢驗方法對兩組間的數據進行比較。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

全部病例完成計劃設計，共獲得16個治療計劃，并進行劑量比較分析。

2.1 橫斷面劑量分布分析

圖2 靶區及危及器官的劑量體積變化Fig.2 Dose-volume changes of target areas and organs-at-risk

VMAT和IMRT計劃在同一位置的橫斷面劑量分布如圖1所示。深藍色和淡藍色分別為500和2 000 cGy的劑量分布范圍。VMAT計劃組500和2 000 cGy的劑量總面積大于IMRT計劃，而心臟的受量范圍差異不大，高劑量曲線（4 750 cGy以上，即圖1中黃色及橙色劑量線包含區域）分布相對于IMRT計劃的高劑量曲線圓滑規則。

2.2 PTV的劑量學比較

在IMRT計劃中，靶區PTV的Dmean優于VMAT計劃中靶區的Dmean（P=0.04），機器跳數（MU）優于VMAT計劃，差異不具有統計學意義（P=0.07）。但是在V95%方面，VMAT計劃比IMRT計劃提高了2.7 cm3（P=0.02），而V107%和V110%分別減少了2.93和0.05 cm3，變化具有統計學差異（P=0.03,0.03）。而且，在計劃的HI和CI方面，VMAT計劃比IMRT計劃更好（P=0.03,0.05）。詳見表2。

表2 兩種治療技術的靶區劑量學比較（±s，n=16）Tab.2 Dosimetric comparison of target areas in two plans(Mean±SD,n=16)

表2 兩種治療技術的靶區劑量學比較（±s，n=16）Tab.2 Dosimetric comparison of target areas in two plans(Mean±SD,n=16)

CI：適形度指數；HI：均勻性指數；MU：機器跳數

參數V95%/cm3 V107%/cm3 V110%/cm3 CI HI Dmean/Gy MU IMRT 95.40±3.10 6.95±3.37 0.10±0.09 0.70±0.05 1.13±0.18 51.8±0.26 1 467±433 VMAT 98.10±1.23 4.02±1.50 0.05±0.05 0.75±0.05 1.07±0.01 51.70±0.23 1 670±262 t值2.87-2.70-2.70 2.34-2.89-2.55 2.10 P值0.02 0.03 0.03 0.05 0.03 0.04 0.07

2.3 危及器官的劑量學比較

VMAT 計劃中肺參數除了V5高于IMRT 計劃以外，其余參數V10、V15、V20、V30和Dmean均低于IMRT 計劃；但VMAT 的心臟V5、V10、V15、V20、V30和Dmean均高于IMRT 計劃，而V40低于IMRT 計劃，變化不具有統計學差異（P＞0.05）。具體變化如表3和表4所示。

表3 危及器官肺的劑量體積變化（±s，n=16）Tab.3 Dose-volume changes of lungs(Mean±SD,n=16)

表3 危及器官肺的劑量體積變化（±s，n=16）Tab.3 Dose-volume changes of lungs(Mean±SD,n=16)

參數V5/%V10/%V15/%V20/%V30/%Dmean/Gy IMRT 55.3±1.7 40.2±4.7 31.9±4.3 26.3±4.0 18.1±4.1 14.0±1.6 VMAT 56.1±3.4 39.1±3.4 31.5±3.5 26.2±3.6 17.6±3.5 13.8±1.4 P值0.62 0.42 0.73 0.97 0.64 0.59

表4 危及器官心臟的劑量體積變化（±s，n=16）Tab.4 Dose-volume changes of heart(Mean±SD,n=16)

表4 危及器官心臟的劑量體積變化（±s，n=16）Tab.4 Dose-volume changes of heart(Mean±SD,n=16)

參數V5/%V10/%V15/%V20/%V30/%V40/%Dmean/Gy IMRT 51.7±22.0 32.0±6.4 20.1±11.2 14.1±9.2 6.9±4.1 3.5±2.7 9.9±3.4 VMAT 56.7±10.5 35.2±9.6 25.6±8.9 17.7±7.6 7.2±1.6 2.3±2.2 10.8±2.4 P值0.51 0.65 0.26 0.28 0.74 0.10 0.45

2.4 兩計劃DVH圖比較

從圖2可看出，VMAT（實線）計劃靶區劑量比IMRT計劃（虛線）更優，二者高劑量跌落沒有差異。但心肺的低劑量區（V2、V3）的體積VMAT計劃相對較大。

3 討論

放射治療作為治療乳腺癌最為有效的手段之一，可以明顯降低高危乳腺癌術后患者局部復發率，在乳腺癌治療中起著十分重要的作用［6］。由于乳腺術后的外形不規則、上下部位的寬度不同導致各部位的源皮距不同，往往造成靶區的劑量分布不理想，不均勻差異可高達20%［3］。而且，乳腺癌術后的胸壁往往呈“凹”型，計劃制定過程中，部分肺組織不可避免地被高劑量線覆蓋。很多情況下在照射乳腺、胸壁時，心臟、肺等危及器官很難得到有效的保護。由放射治療帶來的遠期副反應是乳腺癌術后10年、15年生存率降低的重要原因之一［3］，因此大多數研究者認為乳腺癌術后放療成敗的關鍵在于是否對心、肺進行有效保護。故在保證局部控制率的前提下，尋求一種降低心臟、肺臟等正常器官組織受量，增加靶區內劑量的治療技術尤為重要。本文就IMRT 和VMAT兩種治療技術進行劑量學比較發現，VMAT計劃的PTV 受量V95%、V107%、V110%和HI、CI 均優于IMRT技術，這與大多數以往文獻研究報道一致［7-8］，說明VMAT 計劃的適形性和均勻性均較IMRT 技術好。但有研究表明［9-12］，CI 的值較好時，往往使周圍的危及器官受到的低劑量照射明顯增加，這與本研究中肺、心的V5在VMAT技術中明顯高于IMRT技術的結果一致。本研究中的VMAT 計劃MU 數高于IMRT計劃，這與以往的研究報道存在差異，主要原因可能是因為本文的VMAT 計劃設計使用的230°～20°及310°～130°兩個Arc的雙弧照射，每個弧旋轉兩次，所以MU 也相應增加。本還進行了單個Arc 的雙弧計劃，但是靶區劑量始終得不到有效提高，故參照Nicolini 等［13］和王寧等［14］進行兩個Arc 的計劃設計，得到滿意的結果。此外，就靶區覆蓋D100%進行對比發現，VMAT（93.4%±2%）計劃高于IMRT（92.2%±2%）計劃，這與多數研究報道一致。

再之，以往的文獻資料報道肺V20已經被證明是肺癌患者放射性肺炎的獨立預測因子［15］。此外Krueger 等［16］報道肺V5是放射性肺炎的重要影響因素。本研究發現兩類計劃的雙肺V20均≤27%，從肺損傷方面考慮，所接受劑量百分體積均在正常耐受范圍內。但肺的VMAT 計劃中除了V5高于IMRT 計劃0.8%，其余參數V10、V15、V20、V30和Dmean分別低于IMRT 計劃1.1%、0.4 %、0.1%、0.5%、0.2 Gy；說明VMAT 技術在降低正常肺組織的低劑量上要優于IMRT 計劃，與楊振等［17］結論一致。這是因為VMAT通過提高適形性的方法從而使得處方劑量集中于靶區部位，避免大面積的肺受到低劑量的照射。而VMAT 計劃中心臟的V5、V10、V15、V20、V30和Dmean分別高于IMRT計劃5%、3.2%、5.5%、3.6%、0.3%、0.9 Gy，V40低于IMRT 計劃1.2%，二者的差異不具有統計學意義（P＞0.05）。這與蒙渡等［18］報道單側乳腺癌放射治療技術劑量學比較的研究結果相一致。

總體上，靶區劑量分布VMAT優于IMRT，但是在胸骨處高劑量區沒有明顯斷開，這點不如IMRT的切線野技術。但是對于高劑量分布（V107%、V110%），VMAT控制的較好，且靶區的CI和HI優于IMRT技術。本研究中心臟的受照體積除了V40以外，其他參數均高于IMRT技術，但是變化不具有統計學差異，而評價心臟的指標常以V30作為基準，以往研究表明心臟V30的劑量在10%以下，發生放射性心損傷的幾率明顯降低［19］，而本研究的心臟V30均在7.2%以下，低于10%，故可接受。有學者研究Tomo Therapy在雙側乳腺癌放療中的應用的可行性，發現Tomo在肺、心臟等危及器官的受量體積方面控制的較IMRT好［20-21］，平均心臟V5、V10、V20、V30分別為6.8%、5.1%、3.9%、3.08%，明顯優于本文中VMAT的心臟受量，但對于VMAT和Tomo之間的差異還未有相關研究。

4 結論

VMAT 在雙側乳腺癌根治術后放療計劃的均勻性和適形性均優于IMRT，且靶區和肺的受量也優于IMRT，但是對于危及器官心臟的受量差于IMRT 技術，但是仍在可接受范圍內，故相比較之下，對于根治術后的雙側乳腺癌患者可考慮VMAT雙弧計劃設計能達到較好的治療收益。