最小子野寬度對(duì)乳腺癌保乳術(shù)后容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃劑量分布的影響

楊海燕，高文超

1 山東省菏澤市中醫(yī)醫(yī)院放療科 （山東菏澤 274000）；2 解放軍總醫(yī)院第五醫(yī)學(xué)中心（北京 100071）

近年來，我國(guó)乳腺癌的發(fā)病率與病死率增長(zhǎng)勢(shì)頭均較猛，嚴(yán)重影響女性的生命質(zhì)量。乳腺癌保乳術(shù)是臨床治療早期乳腺癌患者的常用方式，與乳腺癌根治術(shù)的療效相當(dāng)。術(shù)后放射治療是乳腺癌保乳治療的重要組成部分。隨著放射治療技術(shù)的發(fā)展，目前臨床常用的術(shù)后放射治療方式包括固定野調(diào)強(qiáng)放射治療（intensity modulated radiotherapy，IMRT）和容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療（volumetricmodulated arc therapy，VMAT）兩種[1-2]，且VMAT的劑量分布優(yōu)于IMRT。VMAT 計(jì)劃設(shè)計(jì)的可調(diào)因素較多，如優(yōu)化限制條件設(shè)置、優(yōu)化權(quán)重設(shè)置和優(yōu)化過程控制等[3]，計(jì)劃設(shè)計(jì)過程相對(duì)復(fù)雜，其中最小子野寬度（minimum segment width，MSW）的設(shè)置可直接影響子野的形狀、大小和數(shù)量。本研究選取12例乳腺癌保乳術(shù)后患者，采用半弧和剪刀形切線弧設(shè)計(jì)VMAT 計(jì)劃，并設(shè)置不同的MSW，在相同優(yōu)化條件下進(jìn)行計(jì)劃優(yōu)化并計(jì)算，根據(jù)劑量分布結(jié)果分析MSW 對(duì)計(jì)劃質(zhì)量的影響，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2019年10月至2020年12月菏澤市中醫(yī)醫(yī)院收治的12例乳腺癌保乳術(shù)后患者，均為女性；年齡38～65歲，平均（47±3）歲；腫瘤TNM 分期，Ⅰ期5例，Ⅱ期7例；均為左側(cè)乳腺癌。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，患者家屬均簽署知情同意書。

納入標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)病理檢查確診為乳腺癌；行乳腺癌保乳術(shù)治療，未行鎖骨上及內(nèi)乳淋巴結(jié)照射，手術(shù)切緣為陰性，術(shù)后恢復(fù)良好；卡氏功能狀態(tài)評(píng)分（Karnofsky performance statds scale，KPS）評(píng)分≥70分；骨髓造血、心臟、肝和腎等重要器官功能正常。

排除標(biāo)準(zhǔn)：存在放射治療禁忌證的患者。

1.2 方法

1.2.1 CT 定位與靶區(qū)和危機(jī)器官勾畫

CT 定位：囑患者平躺仰臥，雙手外展上舉握桿，采用鉛絲標(biāo)記乳房輪廓，并用熱塑膜固定；于患者自由呼吸狀態(tài)下使用西門子16排診斷CT 掃描，掃描范圍從頦下至膈下，掃描層厚為0.5 cm。

靶區(qū)和危機(jī)器官勾畫：掃描后的CT 圖像傳輸至醫(yī)科達(dá)Monaco5.11.03治療計(jì)劃系統(tǒng)，由放療醫(yī)師勾畫靶區(qū)[參考定位時(shí)放置的鉛絲輪廓，勾畫乳腺和胸大肌筋膜作為臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV）；根據(jù)我科乳腺癌保乳術(shù)后放射治療擺位誤差的實(shí)際情況，在CTV 的基礎(chǔ)上，向上、下方向各外放1.0 cm，前、后、左、右方向各外放0.5 cm，作為計(jì)劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）]和危機(jī)器官（包括左肺、心臟、脊髓、對(duì)側(cè)乳腺）。

1.2.2 計(jì)劃設(shè)計(jì)

本研究使用醫(yī)科達(dá)Synergy醫(yī)用直線加速器（40對(duì)多葉光柵）設(shè)計(jì)治療計(jì)劃，選用6 MV的X線。所選患者均設(shè)計(jì)半弧VMAT計(jì)劃和剪刀形切線弧VMAT計(jì)劃。如圖1所示，半弧VMAT計(jì)劃的射野起始角度為150°，弧長(zhǎng)為 （200°±10°）；剪刀形切線弧 VMAT 計(jì)劃的上端弧起始角為350°，弧長(zhǎng)為（60°±10°），下端弧起始角為150°，弧長(zhǎng)為（60°±10°）。控制點(diǎn)均設(shè)置為300，最大弧數(shù)為2，對(duì)半弧VMAT計(jì)劃和剪刀形切線弧VMAT計(jì)劃分別設(shè)置MSW為0.5、1.0、1.5 cm，處方劑量PTV為50 Gy，治療次數(shù)25次。在相同優(yōu)化條件下做計(jì)劃優(yōu)化（不改變優(yōu)化設(shè)置條件）并做劑量計(jì)算，系統(tǒng)算法為蒙卡算法，將計(jì)算結(jié)果靶區(qū)劑量歸一到95%體積達(dá)到處方劑量要求。

圖1 半弧VMAT 計(jì)劃（上）和剪刀形切線弧VMAT 計(jì)劃（下）

1.3 觀察指標(biāo)

靶區(qū)劑量的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括適形指數(shù)（conformity index，CI）、均勻性指數(shù)（heterogeneity index，HI）、機(jī)器跳數(shù)（減少機(jī)器跳數(shù)可以縮短治療時(shí)間，提高患者治療時(shí)的舒適度）。按照國(guó)際輻射單位和測(cè)量委員會(huì)（International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU）83號(hào)報(bào)告[4]中的公式，CI=（VT,ref/VT）×（VT,ref/Vref），式中VT,ref為處方劑量所覆蓋的靶區(qū)體積，VT為靶區(qū)體積，Vref為處方劑量所覆蓋的總體積，CI 取值為0～1，越接近1表示靶區(qū)劑量的適形度越好；HI=（D2%-D98%）/D50%[11]，式中D2%、D98%、D50%分別為包圍2%、98%、50%靶區(qū)體積的最小劑量，HI 越接近0表明靶區(qū)均勻性越好。

危及器官劑量的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括左肺V5、V10、V20，心臟V10、V20、V30，以及對(duì)側(cè)乳腺最大劑量Dmax。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 不同MSW 半弧VMAT 計(jì)劃的劑量分布比較

不同MSW 半弧VMAT 計(jì)劃的CI 比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；不同MSW 半弧VMAT計(jì)劃的HI、機(jī)器跳數(shù)比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；不同MSW 半弧VMAT 計(jì)劃危機(jī)器官劑量分布比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見表1。

表1 不同MSW 半弧VMAT 計(jì)劃的劑量分布比較（±s，12例）

表1 不同MSW 半弧VMAT 計(jì)劃的劑量分布比較（±s，12例）

注：VMAT 為容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療，CI 為適形指數(shù)，HI為均勻性指數(shù)

指標(biāo)0.5 cm MSW 1.0 cm MSW 1.5 cm MSWFP CI 0.86±0.03 0.84±0.04 0.84±0.04 2.39 0.18 HI 0.09±0.01 0.10±0.02 0.13±0.03 8.41 0.001機(jī)器跳數(shù)897.60±98.16 657.31±70.90 613.11±54.19 10.42 0.001左肺V5（%） 48.14±11.00 47.10±10.3747.39±9.11 0.03 0.97左肺V10（%）27.44±7.3428.15±6.4829.07±6.89 0.17 0.85左肺V20（%）16.29±4.9416.94±4.6317.59±4.84 0.22 0.81心臟V10（%） 24.86±15.84 28.36±16.92 30.83±17.66 0.29 0.75心臟V20（%） 5.60±4.46 7.45±4.51 8.27±4.47 0.41 0.67心臟V30（%） 1.88±0.84 2.22±1.50 2.76±1.32 0.36 0.70對(duì)側(cè)乳腺Dmax（Gy） 512.17±132.92 598.31±180.33 579.15±156.47 0.12 0.89

2.2 不同MSW 剪刀形切線弧VMAT 計(jì)劃的劑量分布比較

不同MSW剪刀形切線弧VMAT計(jì)劃的CI比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；不同MSW 剪刀形切線弧VMAT 計(jì)劃的HI、機(jī)器跳數(shù)比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；不同MSW 剪刀形切線弧VMAT 計(jì)劃危機(jī)器官劑量分布比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見表2。

表2 不同MSW 剪刀形切線弧VMAT 計(jì)劃的劑量分布比較（±s，12例）

表2 不同MSW 剪刀形切線弧VMAT 計(jì)劃的劑量分布比較（±s，12例）

注：VMAT 為容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療，CI 為適形指數(shù)，HI 為均勻性指數(shù)

指標(biāo)0.5 cm MSW 1.0 cm MSW 1.5 cm MSWFP CI 0.85±0.03 0.84±0.03 0.82±0.04 2.00 0.15 HI 0.08±0.01 0.09±0.02 0.12±0.02 9.78 0.001機(jī)器跳數(shù)834.83±74.67 635.41±47.08 606.34±60.47 17.53 0.001左肺V5（%） 51.14±12.12 49.02±11.75 52.21±11.90 0.09 0.92左肺V10（%）28.57±8.14 28.24±8.40 31.13±9.41 0.28 0.77左肺V20（%）16.79±4.47 17.31±5.26 18.79±4.91 0.37 0.69心臟V10（%）10.95±5.36 10.88±6.60 12.31±7.90 0.13 0.88心臟V20（%） 3.20±2.66 3.50±2.84 4.10±3.16 0.16 0.85心臟V30（%） 1.75±1.17 1.98±1.44 2.28±1.95 0.13 0.88對(duì)側(cè)乳腺Dmax（Gy） 727.79±140.41 709.59±160.10 787.80±186.68 0.17 0.85

2.3 HI 和機(jī)器跳數(shù)的組間比較

對(duì)表1、2中方差分析結(jié)果有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的HI和機(jī)器跳數(shù)做兩兩比較（SNK-q檢驗(yàn)），結(jié)果見表3、4。表3結(jié)果顯示，隨著MSW 的改變，半弧VMAT 計(jì)劃和剪刀形切線弧VMAT 計(jì)劃的靶區(qū)均勻性變化一致，0.5、1.0 cm MSW 計(jì)劃的HI 比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；0.5、1.0 cm MSW 計(jì)劃的HI 與1.5 cm MSW 計(jì)劃比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。表4結(jié)果顯示，隨著MSW 的改變，半弧VMAT 計(jì)劃和剪刀形切線弧VMAT 計(jì)劃的機(jī)器跳數(shù)的變化是一致的，0.5 cm MSW 計(jì)劃的機(jī)器跳數(shù)與1.0、1.5 cm MSW 計(jì)劃比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；1.0 、1.5 cm MSW 計(jì)劃的機(jī)器跳數(shù)比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

表3 不同MSW 計(jì)劃HI 的組間比較

表4 不同MSW 計(jì)劃?rùn)C(jī)器跳數(shù)的組間比較

3 討論

近年來，有研究發(fā)現(xiàn)，在左側(cè)乳腺癌患者中，VMAT 可以改善 PTV 覆蓋率，并可以降低心臟的受照劑量，同時(shí)可有效縮短治療時(shí)間，提高治療的有效性[5-6]。對(duì)早期乳腺癌保乳術(shù)后患者采用VMAT治療時(shí)，通常選用半弧或剪刀形切線弧進(jìn)行照射，兩種弧均可以滿足靶區(qū)需要和危及器官的受量限制要求[7]。影響 VMAT 計(jì)劃的因素包括弧數(shù)目、控制點(diǎn)數(shù)、MSW、計(jì)算網(wǎng)格等。本研究選擇半弧和剪刀形切線弧兩種設(shè)計(jì)方案，改變MSW，分析MSW 對(duì)乳腺癌保乳術(shù)后VMAT 計(jì)劃劑量分布的影響。

在分析MSW 對(duì)乳腺癌VMAT 計(jì)劃劑量的影響時(shí)，本研究關(guān)注了靶區(qū)的適形度和均勻性，靶區(qū)適形度采用CI 評(píng)價(jià)，均勻性采用HI 評(píng)價(jià)；同時(shí)，采用機(jī)器跳數(shù)評(píng)價(jià)患者治療的舒適度，減少機(jī)器跳數(shù)可以縮短治療時(shí)間，提高患者的舒適度[8]，且治療時(shí)間的縮短可以降低治療中患者發(fā)生位移的概率及靶區(qū)劑量的不確定性，并可降低加速器輻射頭內(nèi)的散射線數(shù)量，理論上可降低二次致癌的概率[16]。

在危及器官的受量方面，本研究參考了以往的研究結(jié)果。對(duì)于乳腺癌患者，有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)患側(cè)肺的V20＜30%時(shí)，放射性肺炎的發(fā)生率明顯降低[8-11]，且當(dāng)V10＞50%時(shí)，放射相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生率將會(huì)達(dá)到20%[12]。本研究重點(diǎn)關(guān)注左肺V5、V10、V20，并在設(shè)置計(jì)劃優(yōu)化條件中控制V20＜20%。有研究表明，對(duì)于左側(cè)乳腺癌保乳術(shù)后患者，放射治療可以明顯增加心血管疾病的發(fā)生率，當(dāng)心臟V10＞30%時(shí)，會(huì)誘發(fā)暫時(shí)性心肌灌注不足[13]。Wei 等[14]提出，不論采用何種放射治療技術(shù)，當(dāng)心臟V30＜46%時(shí)，心包積液的發(fā)生率僅為13%。Basu 等[15]研究發(fā)現(xiàn)，乳腺癌保乳術(shù)后患者的放射治療與對(duì)側(cè)乳腺惡性腫瘤的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)，因此降低健側(cè)乳腺的受照劑量至關(guān)重要。本研究對(duì)心臟的受量主要關(guān)注V10、V20、V30，在設(shè)置計(jì)劃優(yōu)化條件中控制心臟V10＜30%，V30＜10%，并盡可能降低對(duì)側(cè)乳腺的受量。

本研究結(jié)果顯示，隨著MSW 的增加，HI 也隨之增加，機(jī)器跳數(shù)則隨之減少，MSW 對(duì)半弧VMAT 計(jì)劃和剪刀形切線弧VMAT 計(jì)劃的靶區(qū)和危及器官劑量分布的影響較為一致；不同MSW 計(jì)劃的CI、危及器官劑量分布比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；不同MSW 計(jì)劃的HI、機(jī)器跳數(shù)比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；兩兩比較結(jié)果顯示，0.5、1.0 cm MSW 計(jì)劃的HI 與1.5 cm MSW 計(jì)劃比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；0.5 cm MSW 計(jì)劃的機(jī)器跳數(shù)與1.0、1.5 cm MSW 計(jì)劃比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。這一結(jié)果表明，MSW 的變化對(duì)靶區(qū)適形度和危機(jī)器官劑量分布的影響不大；MSW 由0.5 cm 增加為1.0 cm 時(shí)對(duì)靶區(qū)均勻形的影響不大，但當(dāng)MSW 由1.0 cm 增加為1.5 cm 時(shí)，靶區(qū)的均勻形明顯變差；MSW 由0.5 cm 增加為1.0 cm 時(shí)機(jī)器跳數(shù)變化較大（平均值減少200 MU 以上），而當(dāng)MSW 由1.0 cm 增加為1.5 cm 時(shí)，機(jī)器跳數(shù)的變化不大。

有研究者分析MSW 對(duì)肺部腫瘤VMAT 計(jì)劃的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MSW 的增加可以大大降低機(jī)器跳數(shù)和控制點(diǎn)數(shù)，但當(dāng)MSW＞1.0 cm 時(shí)，機(jī)器跳數(shù)和控制點(diǎn)數(shù)的降低使靶區(qū)范圍內(nèi)的劑量分布變差，因此認(rèn)為采用Monaco 治療計(jì)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)肺癌VMAT 計(jì)劃時(shí)，MSW 設(shè)為1.0 cm 相對(duì)較為合理[16-17]。Wang 等[18]研究發(fā)現(xiàn)，針對(duì)采用VMAT 治療的宮頸癌患者中，在不影響靶區(qū)劑量和計(jì)劃執(zhí)行精準(zhǔn)度的前提下，推薦將MSW 設(shè)為1.0或1.5 cm。

綜上所述，乳腺癌保乳術(shù)后半弧VMAT 計(jì)劃和剪刀形切線弧VMAT 計(jì)劃的MSW 由0.5 cm 增加為1.0 cm 時(shí)，靶區(qū)適形度、均勻性和危及器官劑量分布均無明顯改變，而機(jī)器跳數(shù)明顯降低；MSW 由1.0 cm 增加為1.5 cm 時(shí)，靶區(qū)均勻形變差，機(jī)器跳數(shù)的變化較小；因此，本研究認(rèn)為，對(duì)于乳腺癌保乳術(shù)后VMAT 計(jì)劃，無論采用半弧照射還是剪刀形切線弧照射，MSW 設(shè)為1.0 cm 較為合理，如此既可保證靶區(qū)和危及器官的劑量滿足臨床要求，又能降低機(jī)器跳數(shù)，縮短治療時(shí)間。