不同靶區邊緣參數對乳腺癌根治術后容積弧形調強放射治療計劃質量的影響

劉曉翔，吳慧，王磊

株洲市二醫院 （湖南株洲 412000）

多項研究顯示，乳腺癌根治術后放射治療可有效改善疾病局部控制率和生存率[1-2]，尤其適用于乳房殘余組織和腋窩淋巴結轉移陽性的乳腺癌患者，可顯著降低局部和區域的復發風險[3-4]。但由于乳房解剖結構的復雜性，乳腺癌根治術后放射治療的參數確認和計劃設計具有一定難度[5]。有研究顯示，針對乳腺全切除術后的淋巴結區域，容積弧形調強放射治療（volumetric modulated arc therapy，VMAT）可提高放射治療準確率，并最大限度保護危及器官（organ at risk，OARs）（如肺和心臟）[6-7]。VMAT 的優勢之一是能夠提高靶區適形度，并降低OARs 的受照射劑量[8-9]。通過優化機架旋轉速度和劑量率，VMAT 可在一次治療中實現更高的劑量傳遞效率，縮短治療過程中設備的停頓和調整時間，從而提高治療效率和改善患者的舒適度[10-11]。而合理設置靶區邊緣參數有利于進一步降低OARs 受照射劑量。通過優化靶區邊緣參數可提高放射治療的精準性和治療效果。基于此，本研究旨在探討不同靶區邊緣參數對乳腺癌根治術后VMAT 計劃質量的影響，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2021 年1 月至2022 年12 月于我院行VMAT 的14 例乳腺癌根治術后患者的臨床資料。年齡32～67 歲，中位年齡55 歲。

納入標準：原發腫瘤最大徑≥5 cm 或腫瘤已侵犯乳腺皮膚和胸壁；術后輔助放射治療具有較高的臨床證據（Ⅰ級），即腋窩淋巴結轉移數量≥4 個，或鎖骨上部或內乳淋巴結已出現轉移；T1～T2 期乳腺癌且腋窩淋巴結轉移1～3 個。排除標準：臨床資料及病理（包括免疫組化）資料不完整；不屬于原發性乳腺癌；乳腺癌保乳術后患者及假體或擴張器植入術后患者。

1.2 方法

1.2.1 體位固定與CT 掃描

采用東芝大孔徑CT 進行CT 模擬定位掃描。患者取仰臥位，雙手上舉扶桿，患側手在下，健側手在上，頭下墊B枕，自由平靜呼吸。掃描前，將1 cm組織等效軟墊放置于患者胸壁上。設置掃描層厚5 mm，掃描范圍涵蓋雙側鎖骨上緣至第6 肋間隙。將掃描影像導入Monaco 5.11 治療計劃系統。

1.2.2 靶區與危及器官勾畫

由同一位放射治療醫師參考放射治療協作組織（Radiation Therapy Oncology Group，RTOG）乳腺癌勾畫指南[12]勾畫計劃靶區（planning target volume，PTV）和OARs。臨床靶區（clinical target volume，CTV）包括胸壁和鎖骨上、鎖骨下、腋下淋巴區，CTV 左右外擴0.7 cm、頭腳外擴1 cm、前后外擴0.5 cm 得 到PTV，PTV 平 均 體 積 為722.704 cm3。OARs 包括雙側肺、心臟、脊髓和健側乳腺。

1.2.3 計劃設計

由同一位醫學物理師使用Monaco 5.11 治療計劃系統為每例患者設計VMAT 計劃。計劃采用常規分割，處方劑量50 Gy，共25 次。設置參考點和射野等中心點，規范各臟器所能接受的最大照射劑量。使用2 個220°的6 MV 往返弧線，起始角度290°，終點角度150°。光束幾何結構包括0°治療床角度和0°準直器角度。同時，為防止呼吸運動引起的脫靶，設置Auto Flash 為2 cm。為每例患者設計3 組不同靶區邊緣參數的VMAT 計劃，即Tight 組、Narrow 組和Normal 組。Tight 組的多葉光柵（multi-leaf collimator，MLC）邊緣與PTV 邊緣距離為2 mm，Narrow 組的MLC 邊緣與PTV 邊緣距離為3～4 mm，Normal 組的MLC 邊緣與PTV 邊緣距離為8 mm。3 組計劃均采用相同的劑量約束條件和物理優化參數進行優化和計算，保證3 組計劃設計和優化過程中的一致性，以便于更準確地比較不同組間的劑量學特性。計劃設計的目標為將處方劑量覆蓋PTV 的95%體積進行劑量歸一。

1.3 評價指標

比較3 組靶區劑量學指標，包括PTV 的平均劑量（Dmean）、最大劑量（Dmax），2%PTV 體積受照射劑量（D2%）、98%PTV 體積受照射劑量（D98%）、50%PTV 體積受照射劑量（D50%），適形度指數（conformity index，CI）、均勻性指數（homogeneity index，HI）、劑量梯度指標（dose gradient index，GI）。其 中，CI=（VT，ref）2/（VT×Vref），VT，ref為PTV接受處方劑量的體積，VT為PTV的體積，Vref為全身接受處方劑量的體積，CI 的取值范圍為0～1，越接近1 表示劑量分布越接近PTV 的理想形狀，適形度越好；HI=（D2%-D98%）/D50%，HI 的取值范圍為0～1，越接近0 表示劑量分布越接近PTV的均勻分布，均勻性越好；GI=PVhalf/Vref，PVhalf為50%處方劑量線包括的體積，GI 用于衡量靶區外劑量跌落速度，值越小表示靶區外部劑量分布的陡峭程度越高，可更有效地保護靶區外部的正常器官。

比較3 組OARs 劑量學指標，包括患側肺體積百分比（V5、V20、V30）和平均劑量（Dmean），健側肺體積百分比（V5）和平均劑量（Dmean），心臟體積百分比（V5）和平均劑量（Dmean），脊髓最大劑量（Dmax）及健側乳腺平均劑量（Dmean）。

比較3 組計劃參數，包括計劃控制點數（control point，CP）、機器跳數（monitor unit，MU）和出束時間（time，T）。

1.4 統計學處理

采用SPSS 20.0 統計軟件進行數據分析。對各項參數進行正態性檢驗，以保證后續統計學處理結果的可信度和準確性。符合正態分布的計量資料以±s表示，采用配對樣本t檢驗。P<0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 3 組靶區劑量學指標比較

Tight 組 的Dmean、Dmax、D2%、D50%、HI、GI 均低于Narrow 組和Normal 組，且Narrow 組的Dmean、D2%、D50%、HI、GI 均低于Normal 組，差異有統計學意義（P<0.05）；Narrow 組和Normal 組的Dmax比較，差異無統計學意義（P>0.05）；Tight 組的D98%和CI 均高于Narrow 組 和Normal 組，且Narrow 組的D98%高于Normal 組，差異有統計學意義（P<0.05）；Narrow 組和Normal 組的CI 比較，差異無統計學意義（P>0.05），見表1。

表1 3 組靶區劑量學指標比較（±s，14 例）

表1 3 組靶區劑量學指標比較（±s，14 例）

組別 Dmean（cGy） Dmax（cGy）Tight 組 5 158.31±19.71 5 578.04±55.68 Narrow 組 5 186.62±19.44 5 640.05±60.60 Normal 組 5 224.93±36.00 5 703.06±85.72 P（Tight 組和Narrow 組） 0.001 0.009 P（Tight 組和Normal 組） <0.001 <0.001 P（Narrow 組和Normal 組） 0.002 0.550組別 D50%（cGy） CI Tight 組 5 163.24±21.73 0.67±0.02 Narrow 組 5 193.95±26.32 0.65±0.31 Normal 組 5 236.96±40.20 0.62±0.40 P（Tight 組和Narrow 組） 0.002 0.190 P（Tight 組和Normal 組） <0.001 0.004 P（Narrow 組和Normal 組） 0.002 0.061組別 D2%（cGy） D98%（cGy）Tight 組 5 345.27±35.47 4 934.81±16.59 Narrow 組 5 387.08±29.70 4 918.02±14.25 Normal 組 5 456.39±61.20 4 894.33±26.54 P（Tight 組和Narrow 組） 0.002 0.008 P（Tight 組和Normal 組） <0.001 <0.001 P（Narrow 組和Normal 組） 0.001 0.007組別 HI GI Tight 組 0.07±0.01 3.25±0.17 Narrow 組 0.09±0.01 3.36±0.14 Normal 組 0.11±0.02 3.53±0.21 P（Tight 組和Narrow 組） 0.002 0.037 P（Tight 組和Normal 組） <0.001 0.025 P（Narrow 組和Normal 組） 0.001 0.021

2.2 3 組OARs 劑量學指標比較

Tight 組 的 心 臟V5、Dmean和 脊 髓Dmax均 低 于Narrow 組和Normal 組，且Narrow 組低于Normal 組，差異有統計學意義（P<0.05）；Tight 組和Narrow 組的健側乳腺Dmean均低于Narrow 組，差異有統計學意義（P<0.05）；3 組其他OARs 劑量學指標比較，差異均無統計學意義（P>0.05），見表2。

表2 3 組OARs 劑量學指標比較（±s，14 例）

表2 3 組OARs 劑量學指標比較（±s，14 例）

組別 患側肺V5（%） V20（%） V30（%） Dmean（cGy）Tight 組 63.29±2.72 29.12±0.73 20.28± 0.47 1 516.90±23.20 Narrow 組 63.30±2.91 29.29±1.43 20.39± 1.12 1 523.20±36.00 Normal 組 63.43±3.13 29.41±0.992 20.47± 0.67 1 523.50±36.90 P（Tight 組和Narrow 組） 0.750 0.080 0.385 0.414 P（Tight 組和Normal 組） 0.991 0.544 0.683 0.579 P（Narrow 組和Normal 組） 0.819 0.718 0.795 0.983組別 健側肺 心臟V5（%） Dmean（cGy） V5（%） Dmean（cGy）Tight 組 10.47±2.41 256.66±30.10 45.46±10.90 702.44±14.78 Narrow 組 10.69±2.22 257.07±26.70 48.55±12.20 719.78±14.07 Normal 組 10.81±3.05 257.13±31.20 51.96±13.30 761.80±14.85 P（Tight 組和Narrow 組） 0.748 0.994 0.014 0.021 P（Tight 組和Normal 組） 0.850 0.943 0.003 0.006 P（Narrow 組和Normal 組） 0.777 0.943 0.001 0.008組別 脊髓 健側乳腺Dmax（cGy） Dmean（cGy）Tight 組 2 749.92±58.94 331.31±23.04 Narrow 組 2 881.01±60.32 346.50±28.55 Normal 組 3 035.61±58.53 370.80±28.16 P（Tight 組和Narrow 組） <0.001 0.200 P（Tight 組和Normal 組） <0.001 0.003 P（Narrow 組和Normal 組） 0.007 <0.001

2.3 3 組計劃參數比較

Tight 組 的CP、MU 和T 均 高 于Narrow 組 和Normal 組，且Narrow 組高于Normal 組，差異有統計學意義（P<0.05）；Tight 組的MU 高于Narrow組和Normal 組，差異均有統計學意義（P<0.05）；Narrow 組和Normal 組的MU 比較，差異無統計學意義（P>0.05），見表3。

表3 3 組計劃參數比較（±s，14 例）

表3 3 組計劃參數比較（±s，14 例）

注：CP 為計劃控制點數，MU 為機器跳數，T 為出束時間

組別 CP MU T（s）Tight 組 181.63±9.63 682.96±54.41 196.68±10.56 Narrow 組 172.13±6.21 648.46±75.62 188.40±10.25 Normal 組 164.44±6.27 639.32±54.13 179.56±13.44 P（Tight 組和Narrow 組） <0.001 0.018 0.001 P（Tight 組和Normal 組） <0.001 0.016 <0.001 P（Narrow 組和Normal 組） <0.001 0.583 <0.001

3 討論

直線加速器系統的鉛門或MLC 的射野半影區范圍通常為6～8 mm。因此，PTV 至MLC 邊界間通常預留5～10 mm 的外擴距，使靶區內的劑量分布更均勻[13]。但這種方式會導致靶區外劑量的下降較緩慢。如縮小靶區邊緣參數的范圍至小于射野半影區的范圍，會導致靶區外的劑量下降速度非常快，同時靶區內的劑量分布極度不均勻。這是由于靶區邊緣劑量僅可通過增大靶區內的照射劑量來彌補，從而增加靶區內的熱點。為控制靶區內的熱點，需增加MU，MLC 會輸出更高的調制度，因此需要更多的子野。本研究基于Monaco5.11 治療計劃系統設計了3 組不同靶區邊緣參數，旨在探討不同靶區邊緣參數對乳腺癌根治術后VMAT 計劃質量的影響。

本研究結果顯示，3 組數據均達到了所要求的PTV 覆蓋率，即95%的PTV 接受超過100%的處方劑量。Tight 組的Dmean、Dmax、D2%、D50%、HI、GI 均低于Narrow 組和Normal 組，且Narrow 組的Dmean、D2%、D50%、HI、GI 均低于Normal 組，差異有統計學意義（P<0.05）；Narrow 組和Normal 組的Dmax比較，差異無統計學意義（P>0.05）；Tight 組的D98%和CI 均高于Narrow 組和Normal 組，且Narrow 組的D98%高于Normal 組，差異有統計學意義（P<0.05）；Narrow 組和Normal 組的CI 比較，差異無統計學意義（P>0.05）。上述結果表明Tight 組可更好地匹配靶區輪廓，使劑量更加準確地覆蓋目標區域，而Narrow 組和Normal 組的適形度表現欠佳。靶區均勻性方面，Tight 組能更好地平衡劑量在整個靶區的分布，減少劑量的不均勻性。此外，Tight 組和Narrow 組的GI 均優于Normal 組（分別為1.75%和2.0%），說明Tight 組和Narrow 組對OARs 的保護效果優于Normal 組，且Tight 組和Narrow 組在提高靶區最小劑量（D98%）方面顯示出明顯優勢。由表1 數據可知，Tight 組的計劃質量在各項指標方面均優于Narrow 組和Normal 組，表明Tight 組計劃能夠更有效地提高靶區適形度，并較好地保護危及器官。

乳腺癌根治術后進行放射治療時，無法避免地對肺、心臟、脊髓等OARs 進行照射。OARs 放射治療不良反應的嚴重程度與受照射體積密切相關。本研究結果顯示，Tight 組的心臟V5、Dmean和脊髓Dmax均低于Narrow 組和Normal 組，且Narrow組低于Normal 組，差異有統計學意義（P<0.05）；Tight組和Narrow組的健側乳腺Dmean均低于Narrow組，差異有統計學意義（P<0.05）；3 組其他OARs 劑量學指標比較，差異均無統計學意義（P>0.05），但Tight 組患側肺的V5、V20、V30、Dmean均為最低，表明Tight 組的患側肺受照射劑量相對較低，有助于減輕患者肺組織的輻射受量。因此，合理設置靶區邊緣參數可以減少對OARs 的不必要劑量，降低放射治療并發癥風險。

本研究結果顯示，Tight 組的CP、MU 和T 均高于Narrow 組和Normal 組，且Narrow 組高于Normal 組，差異有統計學意義（P<0.05）；Tight 組的MU 高于Narrow 組和Normal 組，差異均有統計學意義（P<0.05）；Narrow 組 和Normal 組 的MU 比 較，差異無統計學意義（P>0.05）。與Tight 組相比，Narrow 組的CP、MU 和T 分別減少5.23%、5.05%、4.21%，Normal 組分別減少了9.46%、6.39%、8.70%。減小靶區與MLC 間的距離會增加子野數量，從而改善劑量分布，從而導致控制點數增加，子野走位時間延長，進而增加出束時間。因此，在提高放射治療計劃執行效率方面，Narrow 組和Normal 組表現出更大的優勢。

綜上所述，設計乳腺癌根治術后VMAT 計劃時，建議根據臨床要求和患者個體差異，綜合考慮劑量學特性和治療效率，優先選擇靶區邊緣參數為Tight，即MLC 邊緣與PTV 邊緣距離2 mm。