左側乳腺癌保乳術后VMAT 與dMLC-IMRT 的劑量學差異研究

毛宗普，吳齊兵，黃 誠，汪 志

（1.安徽醫(yī)科大學生物醫(yī)學工程學院，合肥 230032；2.皖西衛(wèi)生職業(yè)學院附屬醫(yī)院醫(yī)學裝備部，安徽六安 237008；3.安徽醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院腫瘤放療科，合肥 230032；4.皖西衛(wèi)生職業(yè)學院附屬醫(yī)院普外一科，安徽六安 237008）

0 引言

乳腺癌是女性中最常見的惡性腫瘤，死亡率非常高。據(jù)統(tǒng)計，2020 年全球乳腺癌新增患者數(shù)量已超過肺癌，居全球首位[1]。目前的乳腺癌相關研究表明，乳腺癌的死亡率逐漸下降，尤其是早期乳腺癌5年生存率極高[2]。乳腺癌發(fā)病因素眾多，雌激素水平、家族史、基因突變、年齡、體質量指數(shù)和生活方式都屬于高風險因素[3-4]。乳腺癌常見的治療手段包括手術治療、化療、放療、內分泌治療（激素受體陽性癌癥）和曲妥珠單抗治療等多種方式[5]。研究發(fā)現(xiàn)術后若未行輔助治療，則局部復發(fā)率和轉移率都很高[6]。為降低乳腺癌復發(fā)率、轉移率，提高患者生存率，目前術后都行輔助治療，常用的輔助治療方式有化療和放療[7-8]。乳腺癌放療過程中腫瘤靶區(qū)劑量均勻覆蓋的同時，還應最大限度減少危及器官（心臟、肺等）受照體積和照射劑量，減少放療并發(fā)癥的發(fā)生，避免放射性心臟疾病和放射性肺炎的發(fā)生[9-10]。乳腺癌術后常規(guī)的放療技術主要有三維適形放療（3D-conformal radiation therapy，3D-CRT）、調強放療（intensity modulated radiation therapy，IMRT）。相對于3D-CRT，IMRT優(yōu)化了靶區(qū)劑量分布，對危及器官有著更好的保護，因此成為當前乳腺癌放療的主流方式[11-12]。隨著IMRT 技術不斷發(fā)展，動態(tài)多葉光柵調強放療（dynamic multileaf collimator-IMRT，dMLC-IMRT）和容積旋轉調強放療（volume modulated arc therapy，VMAT）在乳腺癌放療中得到運用。相對于dMLC-IMRT，VMAT 提高了放療計劃執(zhí)行效率，但2 種技術在腫瘤靶區(qū)、危及器官劑量學方面的優(yōu)劣勢還沒有一致的結論[13-14]。本文對左側乳腺癌保乳術后的15 例患者制訂dMLCIMRT、連續(xù)弧容積旋轉調強放療（continue volume modulated arc therapy，cVMAT）和分段切線弧容積旋轉調強放療（tangent volume modulated arc therapy，tVMAT）3 組計劃，對3 組計劃的劑量學參數(shù)進行比較分析，以為臨床治療提供更優(yōu)的方案。

1 資料與方法

1.1 一般資料

通過查閱電子病歷和治療數(shù)據(jù)，回顧性收集我院放療科2019 年10 月至2022 年5 月收治的左側乳腺癌保乳術后15 例患者的臨床資料，患者年齡為40～57 歲，中位年齡為51.5 歲。納入標準：腫瘤原發(fā)灶位于左側且手術方式為保乳術；病理組織學確診乳腺浸潤癌。排除標準：腫瘤有多個原發(fā)灶；腫瘤轉移患者。本研究經醫(yī)院倫理委員會批準同意。

1.2 模擬定位

患者仰臥于放療一體板上，胸部處于水平位置，上肢舉起至頭頂與臀同寬并使胸部輪廓充分暴露便于體表標記。用鉛絲線在患者體表上標記出體表中線、手術痕、患側乳腺輪廓及腋中線，以方便計劃設計時照射野和弧度的設計。通過對患者進行呼吸鍛煉調整呼吸模式，讓患者處于靜息狀態(tài)。使用CT 進行定位掃描，掃描層厚5 mm，掃描范圍為下頜部至上腹部，包含雙側乳腺、雙肺和其他器官[15]。通過CT掃描獲得圖像后經網絡傳輸至Monaco 計劃系統(tǒng)中。

1.3 靶區(qū)勾畫

醫(yī)師在Monaco 計劃系統(tǒng)中對經CT 定位掃描后的患者圖像按照ICRU 83 號報告、美國腫瘤放射治療協(xié)作組（Radiation Therapy Oncology Group，RTOG）和歐洲放射腫瘤學會（European Society Therapeutic Radiation Oncology，ESTRO）發(fā)布的乳腺癌靶區(qū)勾畫指南進行靶區(qū)勾畫。靶區(qū)分為臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV）和計劃靶區(qū)（planning target volume，PTV），CTV 是患側乳腺組織胸肌淋巴結和乳房底部的胸壁淋巴引流區(qū)，PTV 由CTV 外放得到，頭腳方向、左右（胸骨、腋窩）方向各外放7～10 mm，胸壁內側向肺方向外放5 mm，前界要保持在皮膚下5 mm[16-18]。危及器官主要包含心臟、雙肺、脊髓。

1.4 治療計劃的設計

為每位患者設計3 組計劃，分別命名為dMLC-IMRT 組、cVMAT 組和tVMAT組。dMLC-IMRT 組靶區(qū)射野入射方向設置為切線調強野，使患側肺、心臟被射線照射體積最小[19-20]；cVMAT 組為連續(xù)雙弧，角度大小為（240±10）°；tVMAT 組為分段弧，兩弧之間的角度為50°～60°，以靶區(qū)切線方向設置合適的弧度。所有計劃均使用Monaco 計劃系統(tǒng)設計，射線能量為6 MV X 射線，多葉光柵（multi-leaf collimator，MLC）模型為Agility160，優(yōu)化算法為蒙特卡羅算法，處方劑量為50 Gy/25 次。

1.5 計劃評估指標

通過劑量體積直方圖（dose-volume histogram，DVH）對腫瘤靶區(qū)、危及器官進行評估。腫瘤靶區(qū)評估最大劑量（D2）、最小劑量（D98）、平均劑量（Dmean）、適形性指數(shù)（conformity index，CI）、均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI）、機器跳數(shù)。HI=D5/D95，其中Dx表示x%的靶區(qū)體積受到的劑量，HI 越接近0 表示靶區(qū)劑量均勻性越好；CI=（VTref/VT）×（VTref/Vref），其中VTref為等劑量線所包繞區(qū)域體積，VT為總的靶區(qū)體積，Vref為參考等劑量曲線包繞的PTV 體積，CI 越接近1表示適形性越好。危及器官主要評估患側肺V5、V10、V20、V30、Dmean，健側肺V5、Dmean，心臟V5、V30，脊髓Dmean、Dmax，其中Vx表示xGy 劑量時受照體積百分比。

1.6 統(tǒng)計學分析

對3 組計劃中腫瘤靶區(qū)和危及器官相關劑量學數(shù)據(jù)運用SPSS 25.0 軟件進行處理和分析，采用Origin 軟件進行圖像繪制。當符合正態(tài)分布時采用單因素方差分析，若不符合則選擇秩和檢驗，P＜0.05表示差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 腫瘤靶區(qū)劑量學指標

tVMAT、cVMAT 與dMLC-IMRT 3 組計劃腫瘤靶區(qū)劑量學參數(shù)之間的比較見表1，可以看出3 組計劃靶區(qū)劑量分布均滿足臨床需求。腫瘤靶區(qū)D2差異具有明顯的統(tǒng)計學意義（P＜0.01），dMLC-IMRT 組高于cVMAT 組和tVMAT 組；腫瘤靶區(qū)Dmean、CI 和HI差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），其中Dmean3 組計劃相比dMLC-IMRT 組低于tVMAT 組和cVMAT 組，CI 3 組計劃相比cVMAT 組最優(yōu)，tVMAT 組次之。而3 組機器跳數(shù)差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

表1 3 組計劃腫瘤靶區(qū)劑量學指標對比（n=15，±s）

表1 3 組計劃腫瘤靶區(qū)劑量學指標對比（n=15，±s）

注：a、b、c 分別表示通過單因素方差分析具有顯著差異后再次進行多重比較產生的齊性子集。

組別D98/GyD2/GyDmean/GyCIHI機器跳數(shù)/MU tVMAT 組48.53±0.63 54.25±0.53a 52.24±0.43a 0.83±0.04ab 1.08±0.01a 810.19±99.99 cVMAT 組48.52±0.62 53.86±0.39b 52.04±0.30ab 0.84±0.04a 1.07±0.01ab 850.24±121.63 dMLC-IMRT 組 48.60±0.81 54.51±0.46c 51.86±0.30b 0.80±0.41b 1.07±0.01b 758.35±151.43 F 0.049.4354.4683.2934.5342.174 P 0.96＜0.010.0170.0470.0160.126

2.2 危及器官劑量學指標

3 組計劃危及器官劑量學參數(shù)之間的比較如圖1、2 所示，可知對于患側肺V5、V10，dMLC-IMRT 組最低，tVMAT 組最高；對于患側肺V20、V30，cVMAT 組最低，dMLC-IMRT 組最高。對于心臟V5，tVMAT 組最低，cVMAT 組最高；對于心臟V30，cVMAT 組最低，dMLC-IMRT 組最高。對于脊髓Dmean、Dmax，tVMAT 組均低于cVMAT 組和dMLC-IMRT 組，dMLC-IMRT組低于cVMAT 組。對于健側肺V5、Dmean，tVMAT 組均低于cVMAT 組和dMLC-IMRT 組，dMLC-IMRT組低于cVMAT 組。

圖1 3 組計劃危及器官照射體積間的比較

圖2 3 組計劃危及器官劑量間的比較

3 組計劃患側肺、心臟的DVH 如圖3 所示?；紓确蜠VH 顯示：低劑量區(qū)域中cVMAT 組和tVMAT 組受照體積高于dMLC-IMRT 組，cVMAT 組與tVMAT組之間差異無統(tǒng)計學意義；高劑量區(qū)域中cVMAT組與tVMAT 組受照體積均低于dMLC-IMRT 組，tVMAT 組受照體積高于cVMAT 組。心臟DVH 顯示：低劑量區(qū)域中tVMAT 組受照體積明顯低于cVMAT組和dMLC-IMRT 組，cVMAT 組受照體積略高于dMLC-IMRT 組；高劑量區(qū)域中tVMAT 組和cVMAT組受照體積均低于dMLC-IMRT 組，tVMAT 組和cVMAT 組之間差異無統(tǒng)計學意義。

圖3 3 組計劃患側肺、心臟的DVH

3 討論

目前調強技術已成為乳腺癌術后輔助治療的常用手段[14]，該技術可以提高腫瘤的局部控制率、降低復發(fā)率、減少放射性損傷，為乳腺癌患者提供更好的治療效果。dMLC-IMRT 和VMAT 是乳腺癌放療中常用的技術。本研究比較了dMLC-IMRT、cVMAT、tVMAT 3 組計劃腫瘤靶區(qū)的劑量學差異，結果表明3組計劃均可滿足臨床治療要求，但2 組VMAT 計劃對腫瘤靶區(qū)適形性更好，該結果與Zedef 等[21]的研究一致。

乳腺癌放療中最常見的放射性損傷有胸壁疼痛、皮膚潰瘍、心肌梗死和肺部損傷，而放射性肺損傷主要為放射性肺炎和機化性肺炎[10]。Wen 等[22]和Karlsen等[23]都對放射性肺炎發(fā)生率與肺部劑量學參數(shù)之間的關系進行了研究，發(fā)現(xiàn)肺體放射性肺炎發(fā)生率高于肺頂，在劑量學參數(shù)中V20和V30是引起放射性肺炎的獨立因素，是評估乳腺癌同側發(fā)生放射性肺炎風險的影響因子，其中V20是受照體積最優(yōu)閾值；Lee等[24]對乳腺癌放射性肺炎發(fā)生率進行了研究，研究結果表明患側肺V30是乳腺癌發(fā)生放射性肺炎相關性非常大的劑量學預測因子，放射性肺炎發(fā)生的概率隨著V30的降低而迅速降低，當V30大于10%時，放射性肺炎發(fā)生率為4.6%，而V30小于10%時放射性肺炎發(fā)生率僅為1.4%。本研究肺部劑量學參數(shù)與Xie等[25]的研究結果相同，對于患側肺V5，VMAT 組均高于dMLC-IMRT 組；但對于V20和V30，2 組VMAT 計劃均低于dMLC-IMRT 組，cVMAT 組最小，dMLC-IMRT組最大。因此，相對于dMLC-IMRT 組，2 組VMAT 計劃可有效控制高劑量區(qū)域受照體積，降低放射性肺損傷發(fā)生的概率。

放療會引起缺血性心臟病、心包炎等心臟相關疾病的發(fā)生，特別對于女性左側乳腺癌患者，靶區(qū)與心臟位于同側，引發(fā)疾病發(fā)生風險更大。Pattanayak等[26]對心臟劑量學參數(shù)與放射性心臟損害相關性進行分析和研究，結果顯示對于放射性心臟毒性并未有明確的閾值，但受照體積越小心臟毒性發(fā)生的概率越低。李云芬等[27]對放療心臟相關毒性風險因素進行研究，結果顯示VMAT 計劃相對于多野IMRT 計劃具有一定的優(yōu)勢，降低了心臟照射平均劑量，也減小了照射體積。本研究中在低劑量區(qū)域中tVMAT 組心臟受照體積明顯低于cVMAT 組，降低了低劑量區(qū)域中心臟受照體積；高劑量區(qū)域中2 組VMAT 計劃心臟受照體積均低于dMLC-IMRT 組?？煽闯? 組VMAT 計劃相對于dMLC-IMRT 組可降低因放療而引起心臟毒性發(fā)生的概率。

本研究仍存在以下不足之處：（1）本研究選擇的病例數(shù)不足，后續(xù)將通過增加病例數(shù)，得到更精準的數(shù)據(jù)。（2）精準靶區(qū)是乳腺癌放療中的關鍵環(huán)節(jié)，因呼吸運動而引起靶區(qū)位置的改變是影響靶區(qū)劑量分布的一大因素，但本文中未考慮呼吸運動對乳腺癌治療造成的誤差，后續(xù)須對此進行進一步研究。

綜上所述，本研究中3 組計劃均可滿足臨床治療需求。在左側乳腺癌保乳術后IMRT 計劃設計中，VMAT 相對于dMLC-IMRT 腫瘤靶區(qū)的適形性較好，對危及器官心臟、肺有著更優(yōu)的保護，對于患側肺cVMAT 優(yōu)于tVMAT，對于心臟tVMAT 優(yōu)于cVMAT。