肺體積分段優(yōu)化技術(shù)對乳腺癌根治術(shù)后VMAT 的劑量學(xué)影響研究

羅 佳，肖 何，劉巖海，耿明英，周 鵬

（陸軍軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院腫瘤科，重慶 400042）

0 引言

乳腺癌是全球新發(fā)病例第一的癌癥[1]，其主要治療方法包括手術(shù)治療、放射治療和化學(xué)藥物治療。其中，放射治療是乳腺癌根治術(shù)后輔助治療的主要手段，乳腺癌根治術(shù)后分期達(dá)T3、N2 和N1 伴高危因素的患者均建議行胸壁和區(qū)域淋巴結(jié)放射治療，可顯著降低腫瘤局部復(fù)發(fā)率，從而提高患者的無疾病生存期和總生存期[2-3]。

乳腺癌根治術(shù)后常用的放射治療方式主要包括三維適形放射治療（3-dimensional conformal radiotherapy，3DCRT）、調(diào)強(qiáng)放射治療（intensity-modulated radiation therapy，IMRT）、容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療（volumetric modulated arc therapy，VMAT）以及3DCRT 和IMRT 的聯(lián)合治療。VMAT 技術(shù)能提供更好的劑量分布、縮短治療時(shí)間，應(yīng)用廣泛[4-6]。乳腺癌根治術(shù)后放射治療照射范圍包括患側(cè)胸壁及鎖骨上淋巴結(jié)區(qū)域，靶區(qū)呈彎曲狀態(tài)，射線穿過靶區(qū)的同時(shí)不可避免地會(huì)穿過肺、心臟等危及器官（organ at risk，OAR）。而肺受照射劑量和體積過高時(shí)，會(huì)增加放射性肺炎發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，心臟受量的大小也與心臟疾病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)呈正相關(guān)。乳腺癌根治術(shù)后放射治療的患者生存期較長，肺和心臟受量過高引發(fā)的放射治療晚期毒性反應(yīng)會(huì)嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量[7-9]。目前的研究中，VMAT 技術(shù)雖然具備劑量分布均勻和治療時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，但對OAR 的保護(hù)能力較差，所以降低OAR受照射體積和劑量是目前乳腺癌根治術(shù)后行VMAT需解決的難題[10-11]。

在臨床工作中，乳腺癌根治術(shù)后行VMAT 無法很好地控制患者肺和心臟的受量。故本研究通過比較在乳腺癌根治術(shù)后VMAT 計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)采用肺體積分段技術(shù)與不采用肺體積分段技術(shù)的劑量學(xué)差異，探索一種適用于VMAT 的肺體積分段優(yōu)化技術(shù)以降低肺的受照射體積和劑量。

1 資料和方法

1.1 一般資料

回顧性選取40 例2020 年1 月至2021 年8 月于陸軍特色醫(yī)學(xué)中心接受VMAT 的乳腺癌根治術(shù)后患者，年齡為29～72 歲，平均年齡（54.2±11.25）歲，其中左側(cè)乳腺癌患者20 例、右側(cè)乳腺癌患者20 例。納入標(biāo)準(zhǔn)：乳腺癌根治術(shù)后，病理分期為Ⅱ、Ⅲ期，放射治療照射范圍均包括患側(cè)胸壁、鎖骨上、鎖骨下、部分高危腋窩淋巴結(jié)和內(nèi)乳淋巴結(jié)的患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）接受保留乳房的乳腺癌切除術(shù)的患者；（2）有遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的患者；（3）未明確組織學(xué)病理的患者；（4）既往接受過乳腺放射治療的患者。采用Monaco 治療計(jì)劃系統(tǒng)（版本號：5.11）為每例入組患者設(shè)計(jì)2 個(gè)VMAT計(jì)劃，使用肺體積分段技術(shù)進(jìn)行限制的記為試驗(yàn)組，未采用肺體積分段技術(shù)的記為對照組。

本研究已通過本院倫理委員會(huì)審批（審批號：醫(yī)研倫審2021 第159 號），由于本研究是基于患者治療結(jié)束后的研究，不影響治療過程，已申請免除患者知情同意。

1.2 CT 模擬定位、靶區(qū)及OAR 勾畫

所有患者均頭朝機(jī)架，仰臥于碳纖維一體板，雙手舉過頭頂并抓住手柄，在手術(shù)區(qū)域胸壁上放置1 cm 厚的硅膠作為組織填充物（以提高皮膚表面劑量），由頸胸一體熱塑膜固定。使用飛利浦公司16 排螺旋大孔徑CT 模擬定位機(jī)進(jìn)行掃描定位，掃描層厚設(shè)定為5 mm，掃描范圍為舌骨至肺底下5 cm，并將獲得的患者模擬定位CT 圖像數(shù)據(jù)傳至醫(yī)科達(dá)公司Monaco TPS 5.11。

腫瘤區(qū)（gross tumor volume，GTV）、臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV）由醫(yī)生根據(jù)歐洲腫瘤內(nèi)科學(xué)會(huì)（European Society for Medical Oncology，ESMO）指南和中國醫(yī)師協(xié)會(huì)乳腺癌放射治療指南勾畫。CTV外擴(kuò)0.5 cm 生成計(jì)劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）。皮膚輪廓和OAR 采用廈門Manteia 公司的Accu-Counter 系統(tǒng)自動(dòng)勾畫。靶區(qū)、OAR 和皮膚勾畫完成后，重建形成三維圖像。

1.3 計(jì)劃設(shè)計(jì)

在Monaco TPS 5.11 上進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，采用8 MV X 射線VMAT，處方劑量為50 Gy/25f，選擇PTV 幾何中心作為計(jì)劃中心點(diǎn)，采用逆時(shí)針共面雙弧設(shè)計(jì)，射野起始角度和弧度根據(jù)靶區(qū)形狀設(shè)置，以達(dá)到切線野效果，試驗(yàn)組與對照組射野設(shè)置保持一致。

試驗(yàn)組計(jì)劃設(shè)計(jì)方法如下：使用margin 添加新結(jié)構(gòu)，將距離PTV 0.3～1.2 cm 的患側(cè)肺命名為新結(jié)構(gòu)L3，距離PTV 1.5～2.7 cm 的患側(cè)肺命名為新結(jié)構(gòu)L2，距離PTV 3 cm 以外的患側(cè)肺命名為新結(jié)構(gòu)L1（左側(cè)乳腺癌以L 命名、右側(cè)乳腺癌以R 命名），L1、L2、L3 之間均間隔0.3 cm 的距離。某例左側(cè)乳腺癌患者患側(cè)肺體積分段示意圖如圖1 所示。L1、L2、L3和健側(cè)肺均使用Serial 函數(shù)進(jìn)行限制。試驗(yàn)組肺部優(yōu)化參數(shù)設(shè)置詳見表1。

表1 試驗(yàn)組左側(cè)乳腺癌VMAT 計(jì)劃肺優(yōu)化參數(shù)設(shè)置

圖1 某例左側(cè)乳腺癌患者患側(cè)肺體積分段示意圖

對照組計(jì)劃設(shè)計(jì)方法如下：利用Monaco TPS 5.11的shrink 功能，患側(cè)肺使用3 個(gè)Serial 函數(shù)。對照組肺部優(yōu)化參數(shù)設(shè)置詳見表2。試驗(yàn)組與對照組其余優(yōu)化函數(shù)配置和參數(shù)設(shè)置保持一致，進(jìn)行逆向優(yōu)化。

表2 對照組左側(cè)乳腺癌VMAT 計(jì)劃肺優(yōu)化參數(shù)設(shè)置

1.4 計(jì)劃評估

比較2 組靶區(qū)覆蓋率、D2、D98、Dmean、適形性指數(shù)（conformity index，CI）和均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI）。CI=V2RX/（VT×VRI），其中，VRX表示95%等劑量線覆蓋的靶區(qū)體積，VT表示靶區(qū)體積，VRI表示95%等劑量線包括的所有區(qū)域體積，CI 越接近于1 表示靶區(qū)適形性越好。HI=D5/D95，HI 越小表示靶區(qū)均勻性越好[12-13]。比較2 組患側(cè)肺、健側(cè)肺、全肺的V20、V5、Dmean，心臟的V20、V30、Dmean、Dmax，脊髓的Dmax和健側(cè)乳腺的Dmean、Dmax[14-15]，并比較2 組機(jī)器跳數(shù)（MU）的差異。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 24.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量數(shù)據(jù)均采用xˉ±s表示，采用配對樣本t 檢驗(yàn)，P＜0.05 表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)劑量比較

2 組劑量-體積直方圖（dose-volume histogram，DVH）比較結(jié)果如圖2 所示。結(jié)果表明，對照組和試驗(yàn)組計(jì)劃均滿足臨床要求。2 組PTV 劑量學(xué)參數(shù)比較結(jié)果詳見表3，結(jié)果表明，試驗(yàn)組PTV 的D98低于對照組（P＜0.05），2 組PTV 的Dmean、D2無明顯差異（P＞0.05）。試驗(yàn)組HI 和CI 均高于對照組（P＜0.05）。

圖2 對照組和試驗(yàn)組的DVH 比較結(jié)果

表3 對照組和試驗(yàn)組PTV 的劑量學(xué)參數(shù)比較結(jié)果（n=20）

2.2 OAR 劑量比較

對照組和試驗(yàn)組的OAR 受照射劑量均滿足臨床要求，2 組間OAR 劑量學(xué)參數(shù)比較結(jié)果詳見表4～5。結(jié)果表明，對于左側(cè)乳腺癌，試驗(yàn)組患側(cè)肺的V20、V5、Dmean和全肺的V20均顯著低于對照組（P 均=0.000），2 組全肺的V5和Dmean、健側(cè)肺的V20、V5、Dmean無顯著差異（P＞0.05）。對于右側(cè)乳腺癌，試驗(yàn)組患側(cè)肺的V20、V5、Dmean和全肺的V20、Dmean均顯著低于對照組（P 均=0.000），2 組全肺的V5和健側(cè)肺的V20、V5、Dmean無顯著差異（P＞0.05）。

表4 左側(cè)乳腺癌患者2 組的OAR 劑量學(xué)參數(shù)比較結(jié)果（n=20）

對于左側(cè)乳腺癌，試驗(yàn)組心臟的V30、V20、Dmean和Dmax均顯著低于對照組（P＜0.05）。對于右側(cè)乳腺癌，2組心臟V30、V20、Dmean和Dmax無明顯差異（P＞0.05）。因左側(cè)乳腺癌靶區(qū)靠近心臟，對患側(cè)肺進(jìn)行限制的同時(shí)對心臟劑量也產(chǎn)生了影響，故對于左側(cè)乳腺癌2組V30、V20、Dmean和Dmax有顯著差異，而在右側(cè)乳腺癌中無此效果。

無論是左側(cè)乳腺癌還是右側(cè)乳腺癌，2 組健側(cè)乳腺的Dmean、Dmax和脊髓的Dmax均無明顯差異（P＞0.05）。

表5 右側(cè)乳腺癌患者2 組的OAR 劑量學(xué)參數(shù)比較結(jié)果（n=20）

2.3 機(jī)器跳數(shù)比較

2 組VMAT 計(jì)劃的機(jī)器跳數(shù)比較結(jié)果詳見表6。結(jié)果表明，無論是左側(cè)乳腺癌還是右側(cè)乳腺癌，試驗(yàn)組的機(jī)器跳數(shù)均高于對照組（P<0.05）。

表6 2 組的機(jī)器跳數(shù)比較結(jié)果（n=20） 單位：MU

3 討論

乳腺癌放射治療患者可能會(huì)在放射治療結(jié)束后出現(xiàn)嚴(yán)重且不可逆的晚期毒性反應(yīng)，這直接影響患者的生活質(zhì)量和生存時(shí)間，例如放射性肺炎和心臟損傷[16-18]。放射性肺炎在乳腺癌放射治療中較常見且危害較大，輕者無明顯癥狀，重者肺部發(fā)生廣泛性纖維化，甚至引起死亡。而放射性肺炎的發(fā)生率和嚴(yán)重程度與肺部受照射劑量和體積相關(guān)[19-20]。因此，在乳腺癌放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在滿足靶區(qū)劑量要求的同時(shí)，盡量減少肺部的受照射劑量和體積。近年來，控制乳腺癌放射治療肺受量的手段主要有主動(dòng)呼吸控制（active breathing coordinator，ABC）技術(shù)和深吸氣屏氣（deep inspiration breath-hold，DIBH）技術(shù)[21-22]，但是ABC 和DIBH 技術(shù)治療時(shí)間長，且國內(nèi)大部分醫(yī)療機(jī)構(gòu)都不具備這2 種技術(shù)。目前只有關(guān)于不同放射治療技術(shù)之間肺部受量的相關(guān)研究[23]，未見有通過函數(shù)優(yōu)化或其他手段來有效控制肺部受量的相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，故本研究提出了一種新的肺體積分段優(yōu)化技術(shù)，在不用控制呼吸的情況下，盡可能減少肺部受量。

肺體積分段技術(shù)是基于Monaco TPS 5.11 中的Serial 約束函數(shù)而進(jìn)行設(shè)計(jì)的。Monaco TPS 5.11 操作手冊中提出，Serial 函數(shù)推薦用于串聯(lián)器官，其可以作用于整條DVH 曲線，對高量部分作用最強(qiáng)，當(dāng)并聯(lián)器官劑量無法控制時(shí)，也可使用。Serial 函數(shù)可配合shrink 功能使用（shrink 主要用于靶區(qū)和OAR 距離較近時(shí)，shrink 設(shè)置為1，表示OAR 遠(yuǎn)離靶區(qū)1 cm），但Serial 函數(shù)結(jié)合shrink 在保證靶區(qū)劑量的同時(shí)無法較好地控制肺部的劑量。本研究提出的肺體積分段技術(shù)是根據(jù)距離靶區(qū)的距離，將患側(cè)肺分為3 個(gè)獨(dú)立的肺體積段，分別使用3 個(gè)Serial 函數(shù)強(qiáng)制限制不同肺體積段的高劑量，使每個(gè)體積肺段的高量分別跌落到設(shè)定值以下。因不同肺體積段的劑量限制不同，故每個(gè)肺體積段之間間隔0.3 cm，以更好地實(shí)現(xiàn)劑量跌落。本研究結(jié)果表明，在靶區(qū)方面，肺體積分段和未分段的2 種VMAT 計(jì)劃設(shè)計(jì)方法的靶區(qū)覆蓋均符合要求，且2 種計(jì)劃均能滿足臨床治療要求，而肺體積分段優(yōu)化技術(shù)對靶區(qū)劑量影響較小。在OAR方面，無論是左側(cè)還是右側(cè)乳腺癌，肺體積分段優(yōu)化技術(shù)均表現(xiàn)出更優(yōu)的肺保護(hù)作用，可以顯著降低患側(cè)肺受照射體積和劑量。由于左側(cè)乳腺癌的靶區(qū)靠近心臟，故心臟的受量同樣值得關(guān)注，肺體積分段優(yōu)化技術(shù)也能有效降低心臟受照射體積和劑量，同時(shí)對心臟起到一定程度的保護(hù)，但是在右側(cè)乳腺癌中，2 組技術(shù)對心臟的保護(hù)無明顯差異。此外，是否使用肺體積分段技術(shù)對脊髓和健側(cè)乳腺的劑量無顯著影響。

綜合比較2 組劑量學(xué)參數(shù)和機(jī)器跳數(shù)差異，本研究認(rèn)為肺體積分段優(yōu)化技術(shù)能有效控制乳腺癌根治術(shù)后VMAT 的肺部和心臟受量。該技術(shù)適用于所有應(yīng)用Monaco 治療計(jì)劃系統(tǒng)的直線加速器，應(yīng)用前景較廣。但本研究病例數(shù)目較少且僅在本院中使用，下一步擬納入更多病例進(jìn)行研究，并在其他單位推廣使用。