左乳癌改良根治術后放療中不同照射技術的劑量學研究

倪攀，郭昌，駱益宙

1.中國人民解放軍東部戰區空軍醫院放療科，江蘇南京210002 2.江蘇省腫瘤醫院放療科，江蘇南京210018

引言

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一。乳腺癌術后輔助放射治療顯著降低了患者的局部復發率和死亡率[1-2]，是標準治療的一部分。隨著放射治療設備的不斷發展，多種放射治療技術應用于乳腺癌的放射治療中，提高了乳腺癌的放射治療療效。對于左側乳腺癌的患者，特別是改良根治術后行胸壁、內乳和鎖骨上淋巴結區放射治療的患者，由于心臟內乳淋巴結區和胸壁接近，放射治療期間部分心臟經常接受較大劑量，研究報告表明放射治療在提高乳腺癌局部控制率的同時可能增加心臟放射損傷（尤其是缺血性心臟疾?。┑奈ｋU[3-4]，從而影響患者的長期生存率和生活質量，因此好的放射治療技術應保證靶區劑量足夠的同時進一步降低正常器官的受量[5]。左乳癌改良根治術后胸壁、內乳及鎖骨上淋巴結放射治療實踐中三維適形放射治療（Three-dimensional Conformal Radiation Therapy，3DCRT）+elec、3DCRT、調強放射治療 （Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）和VMAT幾種放療技術都在使用。本研究通過比較這幾種技術在左側乳腺癌改良根治術后胸壁、內乳和鎖骨上淋巴結區放射治療的劑量學特點，為醫學物理師在放射治療計劃設計中采用何種技術提供參考。

1 材料與方法

1.1 病例與設備選擇

選取江蘇省腫瘤醫院2019年2月至5月左側乳腺癌改良根治術及Ⅰ、Ⅱ級腋窩淋巴結清掃術后需要行輔助放療的10例女性患者為研究對象，所有患者未行乳房重建術，且取得患者的知情同意。放療范圍均包括胸壁、鎖骨上淋巴結區和內乳區。設備為科萊瑞迪乳腺托架、德國Siemens Somatom Definition AS CT模擬定位機、瑞典Elekta Monaco5.1治療計劃系統，Elekta全數字化加速器Versa HD。

1.2 方法

1.2.1 定位

所有患者采用科萊瑞迪乳腺托架以及發泡模進行固定，仰臥位，雙手上舉（大于或等于90°），使得胸壁與床平行。在Siemens Somatom Definition AS CT模擬定位機上進行平靜呼吸狀態下的定位CT掃描，掃描范圍為頸1（C1）至腰4（L4），掃描層厚為5 mm。將定位圖像發送至Elekta Monaco 5.1治療計劃系統，由主任醫師參考腫瘤放射治療協作組織（Radiation Therapy Oncology Group，RTOG）勾畫指南進行靶區及正常器官的勾畫。其中靶區包括胸壁（CTV_CW）、鎖骨上淋巴結區（CTV_CNs）和內乳淋巴結區（CTV_IMNs）。胸壁（CTV_CW）內界一般到胸肋關節，鎖骨上淋巴結區（CTV_CNs）包括鎖骨上淋巴引流區和腋窩淋巴引流區，內乳淋巴結區（CTV_IMNs）定義為第1到第3肋間以內乳血管為中心，左右各旁開1 cm的扁平區域，后界至胸膜，前界超過內乳血管。勾畫的正常器官包括左肺、右肺、甲狀腺、心臟、左冠狀動脈前支區域和右側乳腺。

1.2.2 計劃的設計

靶區的處方劑量均為50 Gy（2 Gy×25 f）。物理師在Elekta Monaco5.1計劃系統中進行3DCRT+elec模擬計劃、IMRT和VMAT計劃設計。3DCRT+elec計劃采用26 Gy的X線照射后再采用24 Gy的電子線照射，26 Gy的X線照射為0°的鎖骨上野與胸壁+內乳野的切線對穿野照射，為降低接野處的冷熱點，等中心點設置在胸壁CTV_CW和鎖骨上淋巴結區CTV_CNs的相接部位，使得鎖骨上野與胸壁+內乳野的切線對穿野照射均為半束照射。24 Gy的電子線照射 CTV_CW 拆分為 CTV_CW1和 CTV_CW2，CTV_CW1為垂直于胸壁的電子束，CTV_CW2與CTV_CW1存在20°～40°的夾角，根據深度選取6～10 MeV的射線能量，CTV_CNs和CTV_IMNs均為垂直的電子束，能量根據深度選取8～12 MeV的射線能量。IMRT 的計劃設計采用 300°、310°、330°、0、30°、120°、130°的七野調強計劃設計，其中對 330°、0°和 30°進行鎖野，只照射鎖骨上區域CTV_CNs。VMAT計劃設計分為兩種布野方式：第一種為 VMATpart：300°～350°和 95°～135°的兩個弧段旋轉容積調強計劃，第二種為VMATcont：135°～300°的連續弧段旋轉容積調強計劃。對于調強計劃處方劑量50 Gy分25次，要求95%的PTV(計劃靶區)體積達到100%的處方劑量。危及器官劑量限制包括左側肺V5<65%、V20<35%；右側肺 V5<50%、V20<10%；心臟V30<10%、Dmean<15 Gy；脊髓V40<1%；其他如氣管、食管Dmax<50 Gy、甲狀腺Dmean<30 Gy、右側乳腺Dmean<7 Gy；患側肱骨頭等組織應盡可能避開照射野。計劃設計完成后進行統計分析。

1.3 數據分析

評估的數據包括CTV的適形指數（Conformal Index，CI）[6-7]、均勻性指數 （Heterogeneity Index，HI）、最大劑量（Dmax）、最小劑量（Dmin）、平均劑量（Dmean）；肺的 V5、V10、V20、Dmean；心臟和左冠狀動脈前支區域的 Dmean、V30、V40；右乳和甲狀腺的Dmean。CI的計算公式見式(1)。

其中Vt,ref為參考等劑量線面包繞的靶區體積，Vt為靶區體積，Vref為參考等劑量線面所包繞的所有區域的體積。CI值的范圍是0～1，取值越接近于1，適形度越好。HI的計算公式見式(2)。

D5指在DVH圖上5%的靶體積對應的劑量，D95指在DVH圖上95%的靶體積對應的劑量。

1.4 統計學方法

采用OriginPro 9.1對數據處理進行箱式圖分析，采用取Anova中的Tukey分析方法[8-10]，比較組間的差異性，P<0.05顯示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 腫瘤劑量

CTV_CNs的劑量對比如圖1所示，從a圖中可以看出，針對鎖骨上淋巴結區CTV_CNs的腫瘤劑量，3DCRT+elec的計劃Dmax明顯高于其他技術，b圖中Dmin明顯低于其他技術，c圖中的平均劑量明顯低于其他技術。說明3DCRT技術存在明顯的冷熱點問題，并且欠量。

圖1 CTV_CNs的劑量數據分析

針對各個CTV的劑量數據，采用Anova進行分析評估，評估的 CTV 數據包括 CI、HI、Dmax、Dmin和 Dmean，具體數據如表1所示。

在表1中可以看出，對于CTV_CW、CTV_CNs和CTV_IMNs，3DCRT+elec技術的Dmin和Dmax均與其他三種技術間存在明顯差異。均勻性HI也明顯差于其它幾種技術。VMATcont靶區的均勻性和適形度在幾種技術中表現最好。

2.2 正常組織劑量對比

左側肺不同體積劑量圖如圖2所示，在a圖中可以看出VMATcont的V5較VMATpart低，b圖和c圖中顯示VMATcont的V20和平均劑量均較低。結果表明，VMATcont在左肺的保護中有一定的劑量學優勢，IMRT與VMATpart的劑量學結果相似。

圖2 左肺（患側肺）的劑量數據分析

圖 3a為心臟的平均劑量隨著 3DCRT+elec、IMRT、VMATpart和VMATcont技術，平均劑量逐漸增高；3b為左冠狀動脈前支區域靠近靶區，VMATcont對于左冠狀動脈前支區域有無論是V30、V40還是平均劑量均有劑量學優勢。另外3DCRT+elec的技術在左冠狀動脈前支區域的保護也有一定的優勢；3c右肺的平均劑量平均劑量隨著3DCRT+elec、IMRT、VMATpart和VMATcont技術的改變逐漸增高；3d為右乳的平均劑量隨著 3DCRT+elec、IMRT、VMATpart和 VMATcont技術的改變逐漸增高。

表1 CTV 的 CI、HI、Dmax、Dmin、Dmean劑量數據

綜合來看3DCRT+elec的照射方式，在除了左冠狀動脈前支的平均劑量高于VMATcont外，其余危及器官的平均劑量均低于其他三種照射方式，在保護危及器官上有一定的優勢。相反VMATcont除了左冠狀動脈前支劑量低，其余危及器官的平均劑量均高于其他三種計劃。

圖3 正常組織的平均劑量數據分析

采用Anova分析評估的正常組織數據有肺的V5、V10、V20、Dmean；心臟和左冠狀動脈前支區域的 Dmean、V30、V40；右乳和甲狀腺的Dmean，見表2。

在表2中可以看出，3DCRT+elec和VMATcont在OAR的保護上各有一定的優勢。3DCRT+elec對于心臟、右肺和右乳Dmean低于其他三種方式。而VMATcont在左肺V20、心臟的V40和左冠狀動脈前支區域Dmean、V40等參數上較其他技術有優勢，但是在心臟、右肺和右乳的平均劑量比較高。

3 討論

目前的放射治療技術有二維放射治療、3DCRT、IMRT和旋轉容積IMRT等。乳腺癌的放射治療由于其位置的特殊性，在臨床實踐中多種技術并存。與保乳術后放射治療的靶區相比，改良根治術后的乳腺癌患者放射治療范圍除了包括患側胸壁外，通常還需要照射鎖骨上區和內乳區[11-12]；靶區范圍擴大，照射到的正常組織范圍不可避免的增加，從而增加了物理師設計計劃的難度。3DCRT和IMRT技術已在中國實施；Balaji等[13]早期的研究表明，與3DCRT相比，IMRT可以改善照射乳房內的劑量均勻性，增加心臟和患側肺的保護，但是會增加健側肺及乳腺的受照劑量，本研究中3DCRT+elec混合照射的方式靶區覆蓋率和均勻性較差，但對正常組織的保護是優于調強計劃的，這與Popescu等[14]的研究結果存在差異，分析原因在于本研究采用了X線加電子線混合照射的方式，其對正常器官的保護是好于全程X線3DCRT技術的。隨著技術的發展，VMAT技術在乳腺癌的放射治療中也得到了應用，Popescu等[14]在后期的研究認為VMAT在乳腺癌的放療中實現了類似IMRT的靶區覆蓋，并且危及器官的受量未出現明顯增加，治療時間上更短，有一定的優勢；但是Badakhshi等[15]認為VMAT在風險器官的劑量分布方面不如IMRT和3DCRT，特別是在低劑量水平，因此與IMRT或常規放療相比，VMAT不推薦用于乳腺癌治療。本研究中將VMAT計劃設計了VMATpart和VMATcont兩種方式，發現對于改良根治術后實施放療的患者，VMATpart與IMRT的劑量分布相似，健側肺和健側乳腺的劑量較低；VMATcont的劑量分布與Badakhshi[15]和Xu等[10]的研究結果相似，正常器官的低劑量水平增加，例如通常位于左乳癌射野外的右肺和右乳等器官的平均劑量均高于其他幾種技術，但是左肺的平均劑量、V10、V20和左冠狀動脈前支區域的平均劑量明顯降低，心臟的高劑量區域的體積也較少。

表2 正常組織的劑量數據

Taylor等[3]的研究早期乳腺癌的放射治療可降低乳腺癌死亡率，但會增加其他死亡率，主要來自心臟病和肺癌。照射左側乳腺癌的平均心臟劑量可以是右側乳腺癌的兩倍或三倍。乳腺癌的切線野照射會顯著影響幾十年后右肺或左肺癌、心臟病引發的死亡率。綜合起來看乳腺癌的放射治療應盡量避免心臟、左冠狀動脈前支和肺的照射[16-19]，降低心臟病和肺癌等潛在危害，在這點看來3DCRT+elce和VMATcont的照射方式似乎在左乳癌改良根治術后的放射治療中在保護心臟和左肺上分別有一定的優勢，但是傳統的3DCRT+elec的靶區存在欠量，均勻性和適形度較差，放療實踐中還存在接野的問題，因此采用3DCRT+elec的照射方式時需要慎重考慮。目前先進的VMATcont的治療方式由于能保證靶區劑量足量、患側肺V5在劑量限值要求之內，并降低左冠狀動脈、心臟和患側肺的高劑量體積，可能是一種值得推薦的治療方式，但此技術會增加健側肺、乳腺和心臟的平均劑量，實際使用中應進一步與臨床醫生探討，物理師可設計多種計劃，根據實際臨床需求進行合理的選擇，提高放療效果的同時降低放療毒性。

4 結論

左乳癌改良根治術后胸壁、內乳及鎖骨上淋巴結放療難度大，通過制定 3DCRT+elec、IMRT、VMATpart和 VMATcont四種放射治療計劃的比較分析認為3DCRT+elec技術靶區劑量差但對正常器官保護好，VMATcont在保證靶區劑量的同時可降低左冠狀動脈前支、心臟和左肺的高劑量體積，對降低乳腺癌放療毒性具有潛在優勢。不同放療技術間靶區和危及器官的劑量學差異較大，在臨床實踐中物理師可制定多種放療技術的計劃，根據實際臨床需要進行選擇，實現個性化的精準放療。