兩種不同的射野方式對乳腺癌調強計劃劑量學的影響

鄧 威 徐細明 周 靜

乳腺癌是發(fā)生在乳腺腺上皮組織的惡性腫瘤，嚴重威脅著女性的健康，而放射治療對于乳腺癌患者無論是術后根治還是作保乳放射治療都能起到很好的作用，可抑制腫瘤細胞的生長，提高5年生存率[1]。目前，隨著調強放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)技術的普及，對于腫瘤局部控制率的提高，周圍正常組織的保護相比以往的楔形板三維適形治療更加精準[2]。本研究旨在比較靜態(tài)調強中兩種不同的射野方式對于乳腺癌患者靶區(qū)的控制程度和危及器官(organ at risk，OAR)的損傷程度，從而找到更符合臨床應用的射野方式，提高乳腺癌患者的放射治療效果。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

隨機選取2018年2-6月在黃陂人民醫(yī)院接受放射治療的20例乳腺癌患者，其中10例為左側乳腺癌、10例為右側乳腺癌患者，患者均為女性，年齡25～67歲，平均年齡(48±20)歲。

1.2 儀器設備

采用Lightspeed16排CT(美國GE公司)。

1.3 掃描方法

患者體位為仰臥位，患側的手抱頭，頭向健側偏向，使用頭體碳纖維高分子定位板，頭枕為B，下移并固定，在患者的引流管兩端貼上鉛點，患處貼上組織補償膜，使用熱塑模固定。根據(jù)激光燈在患者體表貼上鉛點，并使用Lightspeed16排CT掃描，層厚均為5 mm，掃描范圍鎖骨上到肝下緣。

1.4 靶區(qū)及危及器官勾畫

同一醫(yī)生在醫(yī)生工作站根據(jù)歐洲放射治療和腫瘤學會(European Society for Radiotherapy and Oncology，ESTRO)發(fā)布的術后靶區(qū)勾畫指南，利用Pinnacle9.8計劃系統(tǒng)(荷蘭Philips公司)在每層CT圖像上勾畫靶區(qū)和OAR，全乳腺定義為臨床靶區(qū)靶體積(clinical target volume，CTV)，OAR主要為肺、脊髓及心臟。

1.5 處方劑量

CTV總劑量為50 Gy/25 f，單次劑量2 Gy，1次/d，5 d/周，所有靜態(tài)調強計劃均要求CTV≤107%處方劑量，最小劑量≥98%處方劑量。OAR脊髓最大劑量(Dsc)＜3300 Gy；接受5 Gy照射的肺體積占肺總體積(V5)＜55%，接受20 Gy照射的肺體積(V20)＜30%，接受30 Gy照射的肺體積(V30)＜20%；接受30 Gy照射的心臟體積(V30)＜25%，接受40 Gy照射的心臟體積(V40)＜15%。

1.6 計劃制定

所有計劃均由同一高資歷物理師設計，同一物理師利用Pinnacle 9.8計劃系統(tǒng)分別為每例患者設計兩種不同的射野方式的靜態(tài)調強計劃，在同一個計劃中制定兩個方案(trails)，選用6 MV的X射線進行照射，采用直接機器參數(shù)優(yōu)化(direct machine parameter optimization，DMPO)算法。

(1)計劃方案。①垂直野計劃：7個大射野，第1個射野和最后1個射野根據(jù)靶區(qū)的方向選擇切線設置，可上下偏移10°，然后2個射野各自往內15°或者20°為間隔分布2個射野，最后1個射野分布于靶區(qū)切線的垂直線上；②均分野計劃：7個大射野，第1個射野和最后1個射野根據(jù)靶區(qū)的方向選擇切線設置，可上下偏移10°，與垂直野保持一致，然后中間5個射野，所有射野角度均分(如圖1所示)。

圖1 兩種射野分布示意圖

(2)劑量計算。放射治療的劑量計算通過Pinnacle計劃系統(tǒng)獲得，使用迭代卷積的方法進行劑量計算，優(yōu)化方式為DMPO，子野數(shù)量上限為29，最小子野跳數(shù)≤5 MU，最小子野面積≥5 cm2。

1.7 計劃評估指標

(1)在同一個計劃中，制定2個不同射野方式的trials，各計劃完成后，分別對靶區(qū)每一層的CTV和OAR的劑量分布和劑量-體積直方圖(dose-volume histogram，DVH)進行對比分析，對左肺右肺比較V5、V20及V30，對心臟比較V30和V40，對脊髓限量＜33 Gy以下并進行比較。

(2)比較靶區(qū)平均劑量(Dmean)，接受處方劑量(50 Gy)照射的靶區(qū)體積占靶區(qū)總體積的百分比值(V50)，計算并比較靶區(qū)覆蓋度(D95：95%的靶體積所受到的劑量)。

(3)比較適形指數(shù)(conformity index，CI)，其計算為公式1：

式中VTR為參考等劑量線面所包含的靶區(qū)體積；VT為靶區(qū)體積；VR為參考等劑量線曲面所包繞的靶區(qū)體積；CI值范圍是0～1，CI值越大，靶區(qū)適形度越好；HI值范圍是0～1，該值越小，均勻性越好[3-6]。

(4)比較均勻性指數(shù)(homogeneity index，HI) 其計算為公式2：

式中D2指在DVH圖上2%的靶區(qū)體積對應的劑量，可被認為是“最大劑量”；D98指在DVH圖上98%的靶區(qū)體積對應的劑量，可被認為是“小劑量”；D50指在DVH圖上50%的靶區(qū)體積對應的劑量；

1.8 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 24.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，對兩種不同劑量算法結果的各項評價參數(shù)進行配對t檢驗，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 垂直野與均分野方式CTV劑量比較

(1)兩種射野方式都能實現(xiàn)＞95%的靶區(qū)的處方劑量覆蓋，二者計劃的CTV劑量分布曲線基本相似，如圖2所示。

圖2 兩種不同射野方式DVH對比圖

(2)左乳腺癌調強計劃中垂直野方式較均分野方式D2減小了約50.41 cGy，平均劑量Dmean減小了約30.26 cGy，D95與D98相對略高，但相差不大，V50相差不大，以上指標均無顯著差異。右乳腺癌調強計劃中，垂直野方式D2較均分野方式降低了約38.42 cGy，平均劑量Dmean降低了約14.91 cGy，D95相對略低且D98相對略高，但相差不大，V50相差不大，以上指標均無顯著差異(見表1)。

(3)在左側和右側乳腺癌中，均分野方式的適形度略優(yōu)于垂直野方式，差異有統(tǒng)計學意義(t=-2.79，P＜0.05)；均勻性同樣略優(yōu)于垂直野方式，差異有統(tǒng)計學意義(t=-5.729，P＜0.05)。此外，所有計劃中，不論是哪種射野方式，右乳腺癌的D2與Dmean均高于左乳腺癌，但相差不大。二者CTV劑量指標對比見表2。

2.2 垂直野與均分野方式OAR劑量比較

(1)右乳腺癌調強計劃中，垂直野方式患側肺平均劑量Dmean低于均分野方式14.7 cGy，患側肺V5高于均分野方式1.4%，V20高于均分野方式0.2%，V30高于均分野方式0.2%，但均無顯著差異(t=-4.72，P＞0.05)；健側肺平均劑量低于均分野方式72.10 cGy，V5低于均分野方式3.4%，二者均有顯著差異(t=1.23，P＜0.05)；心臟平均劑量低于均分野方式126.53 cGy，但無顯著差異(t=-2.53，P＞0.05），V30低于均分野方式3%且有顯著差異(t=0.32，P＜0.05)；脊髓平均劑量低于均分野方式325.94 cGy，且有顯著差異(t=-2.661，P＜0.05)，見表3。

(2)左乳腺癌調強計劃中，垂直野方式患側肺平均劑量Dmean低于均分野方式18.45 cGy，患側肺V5低于均分野方式1.4%，V20低于均分野方式0.4%，V30低于均分野方式0.8%，但均無顯著差異(t=-4.12，P＞0.05)，見表4。

表1 兩種射野方式CTV劑量指標比較

表1 兩種射野方式CTV劑量指標比較

注：表中Dmean為平均劑量；D2為占比2%體積的劑量；D95為占比95%體積的劑量；D98為占比98%體積的劑量。

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表2 兩種射野方式評價參數(shù)比較

表2 兩種射野方式評價參數(shù)比較

注：表中V50為劑量50 Gy以上的體積；CI為適形度；HI為均勻度。

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表3 右乳腺癌兩種射野方式OAR劑量指標對比

表3 右乳腺癌兩種射野方式OAR劑量指標對比

注：表中Dmean為平均劑量；Dmax為最高劑量；V5為5 Gy的劑量體積；V20為20 Gy的劑量體積；V30為30 Gy的劑量體積；V50為50Gy的劑量體積。

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表4 左乳腺癌兩種射野方式OAR劑量指標對比

表4 左乳腺癌兩種射野方式OAR劑量指標對比

注：表中Dmean為平均劑量；Dmax為最高劑量；V5為5 Gy的劑量體積；V20為20 Gy的劑量體積；V30為30 Gy的劑量體積；V50為50Gy的劑量體積。

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(3)健側肺平均劑量低于均分野方式121.03 cGy，V5低于均分野方式5.6%，二者均有顯著差異(t=-2.09，P＜0.05)；心臟平均劑量高于均分野方式29.12 cGy，V30高于均分野方式2.4%，均無顯著差異(t=-4.01，P＞0.05)；脊髓平均劑量低于均分野方式376.71 cGy，且有顯著差異(t=-2.947，P＜0.05)。

2.3 垂直野與均分野方式機器跳數(shù)比較

右乳腺癌調強計劃中垂直野方式機器跳數(shù)平均約高于均分野方式17.89 MU；左乳腺癌調強計劃中垂直野方式機器跳數(shù)平均約低于均分野方式15.67 MU，其差異無統(tǒng)計學意義(t=2.537，t=-0.513；P＞0.05)，見表5。

表5 兩種射野方式機器跳數(shù)指標對比(MU，

表5 兩種射野方式機器跳數(shù)指標對比(MU，

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3 討論

調強放射治療是乳腺癌放射治療的主要治療方式，能有效提高靶區(qū)的劑量，降低OAR的受量[7]。靶區(qū)為5000cGY/95%的體積，主要評價參數(shù)為適形度和均勻度。均分野方式的適形度略優(yōu)于垂直野方式，均勻性同樣略優(yōu)于垂直野方式，均分野方式相較于垂直野的方式在計劃計算優(yōu)化過程中，多葉光柵的子野優(yōu)化更有利于實現(xiàn)降低高劑量區(qū)及熱點，提高低劑量區(qū)及冷點。而垂直野的方式其兩側布野的范圍較均分野方式狹窄，多葉光柵子野優(yōu)化時，可調強的射野角度有一定局限，因此其相同體積劑量也較均分野方式要高。此兩種治療方式，均是在相同治療野數(shù)的條件下比較。魯旭尉等[5]的研究認為，乳腺癌三維適形照射技術優(yōu)于常規(guī)切線照射技術，調強照射技術優(yōu)于三維適形照射技術，不同的照射野的數(shù)目和方式對計劃結果存在不同的影響。因此在應用調強照射技術時，設置相同的照射野和子野數(shù)，可以排除其因素對研究結果帶來的可能影響。

乳腺癌調強放射治療主要的OAR為：左右肺，心臟及脊髓[8]。放射性肺炎是乳腺癌放射治療中最重要的并發(fā)癥，其發(fā)生概率隨著肺受照劑量與受照體積的增大而快速增大。放射性心臟損傷是另外一個重要并發(fā)癥[9-10]。從放射生物效應來看，心臟中冠狀動脈屬于串行器官，心肌屬于并行器官，因此降低平均劑量和最大劑量的照射體積，對降低晚期放射性心臟損傷的發(fā)生率有重要意義；脊髓屬于串行器官，其受量均低于耐受劑量[11-13]。本研究兩種計劃設計方案均以達到5000cGY/95%的體積為前提進行比較，OAR受量評價閾值TD5/5(5年發(fā)生嚴重并發(fā)癥的概率≤5%)與TD50/5(5年發(fā)生嚴重并發(fā)癥的概率≤50%)[14]。在患側的OAR及健側OAR，垂直射野方式較均分野方式所受照射劑量低。垂直射野是基于經典的切線布業(yè)方式加上垂直補量射野改良而來，因為在射野照射區(qū)域內，正常的OAR所照射的體積較均分野方式要小，所以在計劃優(yōu)化設計后，其受量減低[15]。但是兩種布野方式在調強計劃設計時，其垂直射野間的角度差異性不明顯，以及角度分布較密集，以致其對正常組織的保護作用差異性不明顯。

4 結語

本研究通過對乳腺癌均分野和垂直野兩種布野方式的研究表明，均分野的方式在調強計劃優(yōu)化后，其適形度和劑量的均勻性好；垂直布野的方式對正常的OAR保護要好。針對胸壁靶區(qū)較厚的計劃設計，采用均分野的方式調強計劃優(yōu)勢更明顯，垂直布野對體積較小的靶區(qū)計劃設計時，對正常組織的保護有優(yōu)勢。