左側乳腺癌改良根治術后常用調強照射技術劑量學比較

WHO2014年數(shù)據(jù)顯示，我國每年以3%的速度新增女性乳腺癌患者約18萬人。《2015中國腫瘤登記年報》報告顯示乳腺癌均占我國女性惡性腫瘤發(fā)病及死亡的率第一位，且發(fā)病年齡日趨年輕化[1-2]。目前，患者治療仍以傳統(tǒng)根治性乳房切除術手術治療為主，但術后復發(fā)率較高[3-4]。2016年美國《臨床腫瘤學雜志》發(fā)表的最新乳腺癌全乳切除手術指南推薦對乳腺癌中晚期患者手術后的胸壁內乳區(qū)和鎖骨上下淋巴引流區(qū)2個部位進行輔助放療。文獻顯示術后放療可明顯提高腋窩淋巴結陽性患者的局部區(qū)域腫瘤控制率和遠期總生存率[5]。乳腺癌根治術后患者胸壁和鎖骨上下淋巴引流區(qū)常用的調強放療技術主要分為靜態(tài)固定野調強照射及容積旋轉調強技術兩種。固定野調強放療技術在改善靶區(qū)劑量分布及降低周圍正常組織放療劑量方面有明顯優(yōu)勢，但卻增加了正常組織低劑量照射區(qū)域，使得對側肺和對側乳腺的受照劑量略有增加。容積旋轉調強放療是在加速器機架連續(xù)旋轉過程中通過動態(tài)多葉準直器連續(xù)運動形成一系列子野并配合通過改變劑量率形成可變束流來完成的動態(tài)調強方式。國內外多項對頭頸部腫瘤、肺癌、宮頸癌及前列腺癌等研究結果表明VMAT在明顯提高靶區(qū)覆蓋，減少脊髓、肺和心臟等危及器官受量的同時顯著降低機器跳數(shù)和治療時間。我們采用Pinnacle39.6三維治療計劃系統(tǒng)針對患者靶區(qū)分別設計IMRT固定6野計劃、IMRT固定7野計劃和VMAT旋轉雙弧計劃的3種調強照射方式，從靶區(qū)劑量分布、劑量分布適形度和均勻性及心臟、肺及對側乳腺等危及器官受量方面與對三者進行劑量學比較研究，希望為乳腺癌改良根治術后患者臨床最佳治療計劃選擇推廣提供參考依據(jù)?，F(xiàn)報告如下。

1 材料與方法

1.1 病例臨床資料

隨機選取2015年1月至2017年12月我院放射治療科收治的早期左側乳腺癌改良根治術后患者20例作為研究對象。全部患者均采用乳腺癌全乳切除根治術治療，術后需要進行調強放療，且均未進行乳房重建術。年齡30～74歲，中位年齡48歲。放療靶區(qū)范圍包括患側胸壁及鎖骨上淋巴結引流區(qū)。所有患者無既往心臟疾病史以及呼吸系統(tǒng)疾病史，患者心肺功能基本正常，無其他放療禁忌癥。

1.2 體位固定和CT掃描

所有患者均取仰臥位，采用美國Med-Tec 250型乳腺托架進行體位固定。同時患側上臂外展90°，前臂垂直，雙手上舉放于頭后。充分暴露患側乳腺，并在前正中線、腋中線、第一前肋水平以及乳腺皺折下2 cm等處放置參考小鉛點。在西門子SOMATOM Definition AS20排大孔徑螺旋CT模擬機下行自由平靜呼吸CT掃描定位，掃描范圍為鎖骨頭上至乳腺皺折下5 cm，以完整包括全部鄰近正常組織器官如肺、心臟、肝臟、對側乳腺等，掃描層厚取5 mm。獲得CT圖像后將其傳輸至ADAC Pinnacle39.6三維治療計劃系統(tǒng)工作站。

1.3 靶體積與危及器官勾畫

為了保持靶區(qū)勾畫一致性，由同一資深放療醫(yī)師在Philips Pinnacle39.6三維放療計劃系統(tǒng)醫(yī)生工作站根據(jù)ICRU第50、62號報告勾畫胸壁及鎖骨上淋巴結引流區(qū)放射治療靶區(qū)。靶區(qū)包括臨床靶區(qū)(CTV)和計劃靶區(qū)(PTV)。胸壁臨床靶區(qū)(CTV)定義為全乳腺切除術后，前界在皮膚表面下0.2 cm，后界為胸壁與胸膜交界處，但不包括肋骨上界為鎖骨頭下0.5～1.0 cm，下界為健側乳房返折線下1～2 cm，內界為胸骨旁線，外界為腋中線水平并包全胸壁手術疤痕，PTV在CTV基礎上左右外放0.5 cm的邊界，皮膚方向不外放，上下界外放0.5 cm，后界外放0.5 cm，向后方延伸到腋中線至腋后線，但不包括肺組織。鎖骨上淋巴結引流區(qū)上界：甲狀軟骨下緣；下界：鎖骨頭下緣，內界：患側氣管壁后；內界：頸動脈和頸靜脈；后外界：前斜角肌。鎖骨上淋巴結引流區(qū)PTV與胸壁PTV合計為總計劃的腫瘤靶區(qū)PTV。放療照射勾畫的危及器官主要包括右側乳腺、左右肺組織及心臟、脊髓、甲狀腺等。心臟的勾畫需除外心包、主動脈起始部及肺動脈根。肺為除外氣管和主支氣管的全部對應側含氣組織。

1.4 計劃設計和實施

物理師根據(jù)放療醫(yī)師確認患者總靶區(qū)對每位患者分別設計無垂直照射心臟射野的IMRT切線6野計劃、有垂直照射心臟射野的半球均分7野IMRT計劃和VMAT雙弧旋轉照射計劃。采用美國瓦里安TrueBeam直線加速器6MV光子線進行計劃設計。為提高胸壁表面照射劑量，模擬厚度為5 mm的Bolus來制作3種調強計劃，密度為1 g/cm2。處方劑量為50 Gy，2 Gy/次，1次/d，5次/周，共25次。靶區(qū)處方劑量是指95%PTV接受的最低吸收劑量，PTV接受>110%處方劑量體積<5%；危及器官限量：脊髓Dmax<3 000 cGy，左肺V10<45%，V20<25%，Dmean<1 500 cGy；右肺Dmax<800 cGy，V5<15%；全肺V20<20%；心臟V30<10%，V40<5%；對側乳腺Dmax<800 cGy，Dmean<500 cGy。

6F IMRT計劃：以常規(guī)切線野作為起止方向，機架角度分布與肺邊緣大致相切，第1、2、3野錯開約10°～20°分布于PTV上部，第4、5、6野錯開約10°～20°分布于PTV下部。采用子野優(yōu)化設計模式，設定最大子野數(shù)<50、子野面積≥8 cm2及跳數(shù)≥8 Mu物理優(yōu)化參數(shù)條件后，給予靶區(qū)優(yōu)化目標和危及器官限量條件達到理想劑量分布。

7F IMRT計劃：以常規(guī)切線野作為起止方向，使用垂直心臟照射野。共面機架角度分別設為：300°，330°，0°，30°，60°，90°，140°；物理優(yōu)化參數(shù)設置與6F計劃相同。

VMAT旋轉計劃：根據(jù)總靶區(qū)形狀，并以常規(guī)切線野稍微外擴后作為起止方向，設計兩個旋轉弧，其中一個弧旋轉角度為1 500～3 000，另外一個弧旋轉角度為3 000～1 500。設定物理優(yōu)化參數(shù)后反復調整達到理想劑量分布。

1.5 治療計劃的分析評估

根據(jù)DVH體積劑量直方圖比較3種照射方式的靶區(qū)均勻性指數(shù)、適形度指數(shù)及相關正常組織體積劑量的差異。計劃靶區(qū)的評價參數(shù)：①靶區(qū)平均劑量Dmean、最大劑量Dmax、最小劑量Dmin；②均勻性指數(shù)(HI)[6]采用ICRU的定義進行計算，HI反應靶區(qū)內劑量的均勻性。計算公式為：，其中為5%靶區(qū)體積所接受的最低劑量，為95%靶區(qū)體積所接受的最小劑量。其值越大表明PTV靶區(qū)內部劑量分布均勻性越差。③適形度指數(shù)(CI)[7]用來評價靶區(qū)與參考等劑量曲面的適形程度，計算公式為： ，為95%的處方劑量所覆蓋的計劃靶體積，為總的計劃靶體積，為95%的劑量所覆蓋的所有體積，CI值為0～1，CI值越接近1適形度越好。危及器官的評價參數(shù)：患側肺:Dmax、Dmin、 Dmean、V5、V10、V15、V20、V30、V40、V50；健側肺:Dmean、V5、V10；心臟:Dmax、Dmin、 Dmean、V5、V10、V15、V20、V30、V40、V50；健側乳腺:Dmean、V5、V10；脊髓:Dmax、Dmin、Dmean[Vx表示接受XGy照射的體積占整個體積的比例(%)]。

1.6 統(tǒng)計方法

2 結果

2.1 靶區(qū)內劑量分布、HI、CI的比較

在滿足95%等劑量曲線對乳腺靶區(qū)PTV的劑量覆蓋的前提下，VMAT計劃方式的靶區(qū)PTV平均劑量明顯較6F、7F方式小；而靶區(qū)最大劑量則較6F、7F方式略高；VMAT計劃方式的靶區(qū)適形度最高，7F方式次之，6F方式最差。3種計劃方式的靶區(qū)的最小劑量以及靶區(qū)均勻性指數(shù)等方面差異均沒有統(tǒng)計學意義(P>0.05)，見表1。

表1 3組治療計劃靶區(qū)劑量、適形指數(shù)和不均勻指數(shù)比較

注：a為與VMAT比較，P<0.05；b為與7F比較，P<0.05。

2.2 危及器官受照劑量和體積比較

2.2.1 心臟受照劑量體積對比 3組調強治療計劃設計方式心臟組織受到的照射劑量和受照體積參數(shù)見表2。心臟最小受量方面VMAT要稍大于6F、7F；但心臟接受的最大劑量及平均劑量三者間差別無統(tǒng)計學意義。心臟接受的照射劑量在V30，V40等高吸收劑量范圍上可以看出VMAT方式心臟接受的受照體積明顯小于6F、7F方式，差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。而在其他低吸收劑量V5～V20照射體積大小方面，三者間均沒有明顯差異，無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

表2 3組治療計劃心臟受照劑量體積對比

注：a為與VMAT比較，P<0.05。

2.2.2 左肺受照劑量體積對比 3組調強治療方式患側左肺接受的劑量和受照體積參數(shù)見表3。除6F計劃的左肺受照最大劑量明顯高于VMAT計劃外，左肺的最大劑量、最小劑量及平均劑量3組方式之間并沒有明顯差別，差異無統(tǒng)計學意義。6F計劃與VMAT計劃相比，左肺接受的低劑量照射體積V5、V10兩者間無差別，但在中高劑量照射體積V15、V20、V30、V40、V50等處6F計劃均明顯高于VMAT計劃。7F計劃中左肺受照的中高劑量照射體積的V15、V20、V30也顯著高于VMAT計劃，但在其余體積處兩者間差別不明顯。6F計劃與7F計劃相比，2種計劃方式僅僅在左肺的V5及V50處略有不同，其余體積處2種計劃差異不明顯，不具備統(tǒng)計學意義。3組計劃均可以較好的滿足臨床上對患側左肺組織的器官體積劑量限量要求。

2.2.3 健側右肺受照劑量體積對比 3組調強治療計劃健側右肺的劑量和受照體積參數(shù)見表4。6F計劃的右肺接受的照射平均劑量Dmean明顯低于7F計劃和VMAT方式，差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；7F計劃和VMAT方式兩者間差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。在低劑量照射區(qū)域V5、V10等處三者之間差異不具有統(tǒng)計學意義。但由于7F計劃調強設野方式為7野半球均分模式，同時VMAT計劃是半球拉弧，這可能會在一定程度上增加對健康右肺組織的誤照射，因此對健側右肺的保護中6F 的右肺平均劑量要較7F計劃和VMAT方式更低。

表3 3組治療計劃患側左肺受照劑量體積對比

注：a為與VMAT比較，P<0.05；b為與7F比較，P<0.05。

表4 3組治療計劃健側右肺受照劑量體積對比

注：a為與VMAT比較，P<0.05；b為與7F比較，P<0.05。

2.2.4 右側乳腺受照劑量體積對比 3組調強治療計劃健康右側乳腺的劑量和受照體積參數(shù)見表5。3種計劃的Dmean、 V5、V10等處三者間差異不具有統(tǒng)計學意義，均能很好地保護右側乳腺。

表5 3組治療計劃右側健康乳腺受照劑量體積對比

2.2.5 脊髓受照劑量體積對比 3組調強治療計劃脊髓的劑量參數(shù)見表6。脊髓組織接收的最大劑量在3組計劃間基本相當,差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；但其接受的最小劑量及平均劑量上6F計劃要略小于7F計劃和VMAT計劃，差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。

表6 3組治療計劃脊髓受照劑量體積對比

注：a為與VMAT比較，P<0.05；b為與7F比較，P<0.05。

3 討論

乳腺癌患者改良根治術后局部復發(fā)率高達10%～20%，且以胸壁復發(fā)最常見[8]。放射治療是乳腺癌改良根治術后的主要治療方式，可顯著提高其生存率和生活質量[9]。但乳腺癌根治術后患者的同側胸壁和鎖骨上淋巴引流區(qū)的聯(lián)合照射腫瘤靶區(qū)體積大且呈不規(guī)則的弧形分布，乳腺癌改良根治術后放療過程中靶區(qū)劑量覆蓋適形度及均勻性、卷入治療區(qū)患側肺、心等重要危及器官的受照體積是放療計劃優(yōu)劣評估的重要參數(shù)[10]。采用常規(guī)三維適形技術治療時，靶區(qū)劑量不均勻，局部區(qū)域易出現(xiàn)劑量熱點或冷點，且不能很好的保護鄰近心肺等正常危及器官，造成患者不同程度的放射性心肺損傷。近幾年，調強放療中新興的VMAT旋轉放療由于其適形度好，可使靶區(qū)劑量分布的均勻性得到顯著改善，同時降低危及器官受照量而廣泛在乳腺癌根治術中得到應用[11-12]。

本研究對患者靶區(qū)分別設計IMRT固定6野計劃、IMRT固定7野計劃和VMAT旋轉雙弧計劃的三種調強照射方式，通過DVH劑量體積直方圖從靶區(qū)劑量分布、劑量分布適形度和均勻性及心臟、肺及對側乳腺等危及器官受量方面與對三者進行劑量學比較。研究發(fā)現(xiàn)盡管三種治療方式之間的靶區(qū)HI沒有差別，但是VMAT計劃方式的PTV靶區(qū)覆蓋適形度最高，且平均劑量明顯較6F、7F方式小。

乳腺癌改良根治術后患者胸壁放療常見的潛在長期后遺癥主要包括放射性心臟毒性損傷、放射性肺炎、淋巴水腫、肋骨骨折、臂叢損傷和放射誘導的次發(fā)惡性腫瘤等[13]。其中心臟的晚期放射性損傷對患者的晚期生存率影響巨大。放療后發(fā)生缺血性心臟病、心包炎、心瓣膜病的危險性明顯增高，心臟毒性成為乳腺癌根治術后放療的重要并發(fā)癥，心臟放射性損傷已成為乳腺癌非腫瘤性因素死亡的主要原因之一。李夏東等[14]對31例乳腺癌根治術后患者分別設計不同計劃比較研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)IMRT計劃相比，VMAT計劃并沒有增加心臟的照射體積及劑量。陳亞正等[15]對10例乳腺癌根治術后患者進行了VMAT 和 IMRT技術的劑量學比較發(fā)現(xiàn)，VMAT計劃能更有效的降低心臟組織的高劑量照射體積及劑量。本研究中發(fā)現(xiàn)在心臟受量方面，與常規(guī)IMRT計劃相比，VMAT計劃方式心臟接受的最大劑量及平均劑量三者間差別無統(tǒng)計學意義。在低吸收劑量V5～V20照射體積大小方面與6F、7F方式一致，但在心臟接受的照射劑量在V30，V40等高吸收劑量范圍上可以看出VMAT方式心臟接受受照體積明顯小于6F、7F方式。雙弧VMAT計劃的心臟的平均受量、V5、V10分別為811.95±208.07，60.55±20.14，20.95±9.60，這與Tsai等[16]及李丹明等[17]的研究結果相似。

放射性肺損傷主要表現(xiàn)為急性放射性肺炎和放射性肺纖維化。Yorke等[18]研究顯示，當肺的V10大于50%時，放射性肺損傷并發(fā)癥發(fā)生概率可達20%以上。洪衛(wèi)等[19]要降低放療肺損傷的發(fā)生率就必須在控制患側肺V20受照體積的同時盡可能降低V5、V10的受照體積。Petra等[20]運用VMAT、固定野調強放療、三維適形放療三種技術對乳腺癌改良根治術患者做不同計劃進行劑量學研究發(fā)現(xiàn)，VMAT計劃的左肺組織受照體積明顯小于其他兩種計劃。趙永亮等[21]研究證實VMAT對弧形靶區(qū)的旋轉治療可以很好的保護患側肺組織免受高劑量照射，患側肺除 V10較 IMRT組無顯著差異，患側肺 V5、V20、V30均有顯著降低。本研究發(fā)現(xiàn)在患側肺方面，三組計劃方式之間的左肺受照的最大劑量、最小劑量及平均劑量并沒有明顯差別。6F計劃與VMAT計劃相比，左肺接受的低劑量照射體積V5、V10兩者間無差別，但在中高劑量照射體積V15、V20、V30、V40、V50等處6F計劃均明顯高于VMAT計劃。7F計劃中左肺受照的中高劑量照射體積的V15、V20、V30也顯著高于VMAT計劃，但在其余體積處兩者間無差別明顯。兩種固定野調強計劃(6F計劃與7F計劃)僅僅在左肺的V5及V50處略有不同，其余體積差異無統(tǒng)計學意義。這表明在保護左肺上VMAT計劃具有重要意義。

而當健側右乳腺和右肺受到較小低劑量照射時，有可能發(fā)生健側乳腺二重癌，主要是由于在乳腺癌放療中相當部分體積的對側乳腺組織將接受到較高的照射劑量所致。Di Betta等[22]的研究建議采用平均劑量為5 Gy作為對周邊健康組織的優(yōu)化輻射防護劑量。Kaufman等[23]報道乳腺癌術后放療有可能導致肺二重癌。本研究中三組計劃方式的右乳腺Dmean都遠遠小于5 Gy，V5較低分別僅為7.49±7.53、6.50±5.10、6.53±6.17且三者差異不具備統(tǒng)計學意義，因此所有計劃都可以有效的防止右乳腺放射性致癌的風險。而對右側肺組織而言，三種治療計劃的V5和V10并沒有差異均可以滿足臨床實際治療的需求。

綜上所述，從放療物理學角度來講，當處方劑量為50 Gy時，與常規(guī)固定野放療6F與7F計劃相比，VMAT旋轉計劃在滿足乳腺癌改良根治術后靶區(qū)劑量分布適形度和均勻性臨床要求的同時還可以更好的降低肺組織和心臟、脊髓等危及器官的照射劑量和照射體積進而減少其并發(fā)癥的發(fā)生概率，具有實際的臨床意義和應用價值。