子野數限值對左乳腺癌根治術后調強放療計劃的劑量學影響*

劉 映,張惠玲,陽 萍,饒 嵐

(資陽市第一人民醫院腫瘤中心,四川資陽 641300)

乳腺癌是全球最常見的惡性腫瘤之一,發病率位居女性惡性腫瘤的第一位[1-2]。放射治療(簡稱放療)是乳腺癌綜合治療的重要組成部分[3]。對于乳腺癌根治術后的患者,通過放療可以降低腫瘤的局部復發率,提高患者生存率。目前,乳腺癌治療的常用放療技術有三維適形放療(three-dimensional conformal radiotherapy,3D-CRT)、調強放療(intensity modulated radiation therapy,IMRT)、容積旋轉調強放療(volumetric modulated arc therapy,VMAT)等[4-5]。3D-CRT技術計劃靶體積(planning target volume,PTV) 均勻性和適形度較差;IMRT可以改善靶區的劑量分布,同時正常組織的受量更低,是乳腺癌根治術后放療最常用的技術[6-8]。IMRT利用多葉準直器(multi-leave collimators,MLC)形成若干子野,通過不同子野權重的優化完成治療計劃。在IMRT計劃設計中,優化參數如最大子野個數、子野最小面積、子野最小跳數、優化方式等,都會影響優化結果[9-13],而這些參數大多是放療醫師根據經驗設置。因此,有必要探究這些參數對IMRT計劃設計結果的影響。本研究通過比較不同子野數對左側乳腺癌根治術后IMRT計劃的影響,尋求適宜的子野數限值,為臨床計劃設計提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

通過系統抽樣法隨機選取2022年3月1日至2023年3月31日資陽市第一人民醫院收治的30例左乳腺癌根治術后放療患者的臨床資料進行回顧性研究,30例均為女性,年齡 38～69 歲,中位年齡54歲。所有患者均經醫學影像學和病理學檢查確診為乳腺癌;均已行左乳腺癌改良根治術,術后需對胸壁、腋窩及鎖骨上下等區域進行放療[14];無放療禁忌證,在放療前均簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1體位固定及掃描

所有患者均選用仰臥位,雙手上舉放于頭頂,熱塑體膜固定[15]。在胸壁手術疤痕、引流口及對側乳腺褶皺下2 cm處用鉛絲、鉛點標記,并在胸壁處、皮膚和熱塑膜之間放置0.5 cm厚的補償膜覆蓋胸壁放療區域[16],以改善胸壁處皮膚的劑量覆蓋。采用GE Optima CT660 64排128層螺旋CT進行模擬掃描,掃描范圍由第2頸椎平面到第4腰椎平面,掃描層距2.5 mm,掃描方式為增強掃描。CT圖像重建后傳入Oncentra 4.3計劃系統中進行計劃設計。

1.2.2PTV及危及器官勾畫

放療醫師參考北美腫瘤放射治療協作組織(The Radiation Therapy Oncology Group,RTOG)乳腺癌勾畫指南[17]勾畫臨床靶體積(clinical target volume,CTV)及危及器官(organ at risk,OAR)。CTV包括患側胸壁、腋窩及鎖骨上下淋巴引流區等。考慮到擺位誤差和器官運動,計劃靶體積(PTV)為在CTV基礎上三維方向外擴0.5 cm后,再內收至皮下0.3 cm。OAR包括患側肺、對側乳腺、心臟、脊髓,脊髓外擴0.5 cm得到脊髓計劃危及器官體積(planning risk volume,PRV)等。所有PTV及OAR均由經驗豐富的放療醫師勾畫,并由高年資放療醫師審核確認后執行。

1.2.3放療計劃設計

所有患者處方劑量為總劑量50 Gy/分次劑量2 Gy/處方天數25天,頻率為5次/周,要求至少95%的CTV達到處方劑量。計劃設計均在Oncentra 4.3計劃系統上進行,基于Elekta Precise加速器選用6MV-X射線,劑量率600 MU/min,采用Collapsed cone優化算法,計算網格0.3 cm,最小子野機器面積4 cm2,最小子野跳數5 MU,最大優化迭代次數80次。IMRT計劃均設置6個射野,首先根據胸壁部分PTV沿內外切線方向布2個野以保證切肺最少,再由內外切線野分別間隔10°、20°布2個對照射野。將子野數限值分別設置為15、25、35、45、55,其余優化參數和目標函數相同,每個患者生成5個IMRT計劃。IMRT計劃根據子野數限值命名,如子野數15的IMRT計劃命名為plan15。

1.2.4計劃評估比較

對不同子野數限值的IMRT計劃進行歸一處理,即95% PTV達到處方劑量進行評估。PTV評估參數包括:最大劑量D2%(2%PTV的受照劑量)、最小劑量D98%(98%PTV的受照劑量)、平均劑量Dmean;均勻度(homogeneity index,HI);適形指數(conformal index,CI)。其中HI=(D2%-D98%)/D50%,HI值越小,PTV劑量均勻性越好。CI=(VTref/VT)×(VTref/Vref),VTref表示處方劑量線包括的PTV,VT是PTV,Vref為處方劑量線覆蓋的實際體積,CI取值0～1,越接近1,PTV適形度越好。OAR受量參數:左肺V5、V20、V30(5、20、30 Gy等劑量線所包繞的體積分數),平均劑量Dmean;心臟V10、V20、Dmean;右乳Dmean;左肱骨頭V50;脊髓PRV最大劑量Dmax。

乳腺癌IMRT計劃中子野數根據以往經驗設置為35,因此除了對所有計劃做多組間比較外,其余4種計劃均分別與plan35參考計劃做兩兩組間比較。

1.3 統計學處理

2 結 果

2.1 PTV劑量

5種不同子野數限值的IMRT計劃中PTV的劑量學參數見表1。隨著子野數限值增大,PTV D2%減小,D98%增大,Dmean減小,差異有統計學意義(P<0.05)。HI值隨著子野數增多而減小,CI值隨著子野數增多而增大,差異有統計學意義(P<0.05)。組間分析,與plan35相比,plan15和plan25的PTV D2%、Dmean、HI值較高,D98%、CI值較低,差異均有統計學意義(P<0.05)。與plan35相比,plan45和plan55的PTV D2%、Dmean和HI值較低,plan55的PTV D98%較高,差異有統計學意義(P<0.05)。

表1 不同子野數限值IMRT計劃的PTV劑量學參數比較

2.2 OAR劑量

5種不同子野數限值IMRT計劃中OAR的劑量學參數見表2。隨著子野數限值的增多,左肺V5、V20、V30、Dmean,心臟V10、V20、Dmean,右乳Dmean、脊髓PRV Dmax都呈減小的趨勢,但差異均無統計學意義(P>0.05)。而隨著子野數增多,左肱骨頭V50明顯降低,差異有統計學意義(P<0.05)。組間分析,與plan35相比,plan15、plan25的左肱骨頭V50較高,plan55的左肱骨頭V50較低,差異有統計學意義(P<0.05)。其余OAR受量plan15、plan25、plan45、plan55與plan35相比,差異均無統計學意義(P>0.05)。

表2 不同子野數限值IMRT計劃的OAR劑量學參數比較

2.3 劑量體積直方圖及PTV劑量分布圖

同一患者不同計劃的劑量體積直方圖(DVH)及PTV劑量分布圖比較,見圖1。與plan35相比,plan15和plan25的PTV熱點和冷點明顯增多,PTV劑量下降趨勢更陡峭,劑量分布均勻性更優;PTV外劑量梯度下降更快,正常組織受量更低;在OAR評估上,左肱骨頭V50明顯高于其他3種計劃,左肺、心臟、右乳的劑量體積參數略高于其他3種計劃,但差異較小。而plan35與plan45、plan55在PTV和OAR劑量分布上的差異都相對較小。

A:不同計劃的DVH比較;B～D:plan15、plan25、plan35的劑量分布圖;藍色線條(B～D):50 Gy處方劑量線。

2.4 機器跳數

隨著子野數限值的增大,機器跳數的平均值增大,plan15、plan25、plan35、plan45、plan55對應的機器跳數分別為369±37、431±47、492±57、554±54、573±60,差異有統計學意義(F=73.170,P<0.001);兩兩比較顯示,plan15和plan25的機器跳數小于plan35,plan45和plan55的機器跳數大于plan35,差異有統計學意義(P<0.05)。

3 討 論

IMRT是乳腺癌根治術后放療最常用的技術,在提高PTV劑量均勻性的同時,可降低周圍正常組織尤其是肺和心臟等關鍵OAR的受量[18-20]。在IMRT計劃設計中,射野數目、子野數限值、子野最小面積、子野最小跳數等優化參數,都會影響計劃優化結果,其中子野數限值的選擇會直接影響PTV的劑量分布和OAR的受量[9-13,21]。既往有學者在子野數對腦轉移瘤、食管癌、鼻咽癌、宮頸癌等腫瘤的IMRT計劃的劑量學影響進行了相關研究[22-26]發現,設置的子野數越多,PTV的適形性、均勻性更好,OAR的受量更低,但同時機器跳數增加,治療時間變長。而隨著子野數限值繼續增大,PTV和OAR的劑量學參數并未變得更優。此外,由于不同腫瘤病種PTV的勾畫不同,PTV的復雜程度不同,IMRT適宜的子野數限值選擇也有很大差異。本研究探討子野數限值對左乳腺癌根治術后IMRT計劃的影響,為臨床計劃設計提供參考和借鑒。

本研究中,隨著子野數限值增大,PTV的最大劑量、均勻劑量明顯降低,最小劑量增大,均勻性、適形性越好,差異具有統計學意義。這與張瑞英等[23]和王琳婧等[27]的研究結果相似。隨著子野數增多,PTV的劑量學差異逐漸減小,其中plan45和plan55的CI值與plan35比較差異無統計學意義。分析PTV出現上述劑量學差異的原因,可能是子野數限值過小時,影響了子野分割方式,PTV劑量學參數不能達到處方要求,經歸一化處理后PTV劑量熱點增多,CI和HI也因此變差。而當子野數限值足夠大時,在其他優化參數和目標函數不變的前提下,若已經存在一種趨于最優的子野分割方式滿足劑量學要求,當子野數限值繼續增大,則不會形成更優的子野分割方式來實現劑量學優化。

本研究在OAR的受照劑量和體積方面,隨著子野數限值增大,左肺、心臟、右乳、脊髓的受照劑量和體積略有減小,但差異均無統計學意義;而左肱骨頭V50明顯降低,差異有統計學意義。plan15和plan25的左肱骨頭V50偏高,不能滿足臨床要求。這與陳穎等[11]和林濤等[26]在子野數對宮頸癌調強放療劑量影響的研究結果較為相符,考慮是由于5種計劃雖然子野數限值不同,但射野角度相同、其余優化參數和目標函數設置相同,當子野數限值過小不能滿足劑量分布要求,計劃優化時則會傾向滿足目標函數權重設置更大的限制條件。本研究中左肺、心臟等的相關目標函數權重較大,而肱骨頭的目標函數權重相對較小,所以plan15和plan25的左肱骨頭V50明顯高于plan35,差異有統計學意義。

本研究中機器跳數隨著子野數限值增大明顯增加,差異具有統計學意義。機器跳數的增加會導致患者的治療時間延長,使治療依從性下降,并且影響機器使用效率。所以需要在保證劑量學要求的同時盡可能減少子野數,提高治療效率。

綜上所述,在左乳腺癌根治術后IMRT計劃設計中,子野數限值為35的放療計劃在PTV劑量分布、OAR保護和機器跳數方面達到平衡,可以作為這類計劃設計的參考值。但需要指出的是,在具體應用時還應綜合考慮PTV的體積大小和分布情況,適當減少或增加子野數限值。后續研究將擴大研究樣本量,以針對乳腺癌術后患者個體化差異,選擇最適宜的子野數限值用于IMRT計劃設計。