robust優(yōu)化在乳腺癌調(diào)強(qiáng)放療中的應(yīng)用

楊一威 翁鄧胡 邵凱南

乳腺癌是女性常見的惡性腫瘤之一，放療是主要治療手段。特別是改良根治術(shù)后的輔助放療，能降低高危乳腺癌患者的局部復(fù)發(fā)率，提高總生存率[1]。本研究選取了10例左側(cè)乳腺癌根治術(shù)后患者，分別采用傳統(tǒng)的調(diào)強(qiáng)適形放射治療（IMRT）計(jì)劃及容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療（VMAT）計(jì)劃、加入robust優(yōu)化的IMRT及VMAT計(jì)劃，比較加入與不加入robust優(yōu)化的放療計(jì)劃靶區(qū)和危及器官劑量，現(xiàn)將結(jié)果報(bào)道如下。

1 對象和方法

1.1 對象 選擇2016年1至12月在本院接受放射治療的左側(cè)乳腺癌改良根治術(shù)后患者10例為研究對象。年齡 31~55[43（37.75，49.00）]歲；臨床分期為Ⅲ期；放射治療靶區(qū)包括胸壁和鎖骨上淋巴區(qū)。

1.2 CT模擬定位 患者仰臥于乳腺托架上，雙側(cè)手臂上舉并握住托架上的桿，體中線以皮膚墨水和鉛絲標(biāo)注，以確保體位的重復(fù)性。乳腺靶區(qū)和頸部暴露，使胸壁呈水平狀態(tài)。體表定位點(diǎn)用鉛絲標(biāo)記。采用Phlips 16排大孔徑CT機(jī)對治療部位進(jìn)行掃描。掃描層厚5mm，掃描范圍上界至C1，下界至肝臟下緣，包括雙側(cè)肺、乳腺和頸部。圖像由網(wǎng)絡(luò)傳輸至Raystation計(jì)劃系統(tǒng)。

1.3 計(jì)劃設(shè)計(jì) 由經(jīng)驗(yàn)豐富的臨床醫(yī)生在Raystation計(jì)劃系統(tǒng)根據(jù)美國放射治療協(xié)作組（RTOG）標(biāo)準(zhǔn)勾畫臨床靶區(qū)（CTV），包括胸壁區(qū)（標(biāo)記為CTV1）和鎖骨上淋巴結(jié)區(qū)（標(biāo)記為CTV2）；再分別外擴(kuò)5mm，生成計(jì)劃靶區(qū)（PTV），包括胸壁區(qū)（標(biāo)記為PTV1）和鎖骨上淋巴結(jié)區(qū)（標(biāo)記為PTV2），PTV1不超體表。在Raystation治療計(jì)劃系統(tǒng)中進(jìn)行兩組計(jì)劃的設(shè)計(jì)，一組加入robust優(yōu)化，為A組；一組不加入，為B組。A組包含IMRT計(jì)劃為A-I計(jì)劃，包含VMAT計(jì)劃稱為A-V計(jì)劃；B組包含IMRT計(jì)劃稱為B-I計(jì)劃，包含VMAT計(jì)劃稱為B-V計(jì)劃。其他條件相同，兩組都加上0.5cm的虛擬填充物。IMRT計(jì)劃對 PTV1、PTV2分別設(shè)野，PTV1設(shè)四野（300°、330°、95°、125°），為避免機(jī)頭碰到患者手臂，切線野角度≥300°；PTV2根據(jù)靶區(qū)形狀設(shè)置前三后一野（300°、330°、30°和 165°），兩前野同切線野，射野方向根據(jù)靶區(qū)差別進(jìn)行微調(diào)，通過設(shè)置鉛門大小來限制照射區(qū)域。VMAT計(jì)劃采用雙弧，角度300°~165°。射野中心點(diǎn)往Posterior、Right方向分別發(fā)生位移0.5cm的計(jì)劃定義為A-I-S計(jì)劃、B-I-S計(jì)劃、A-V-S計(jì)劃和B-V-S計(jì)劃，這些計(jì)劃只需移動射野中心點(diǎn)計(jì)算最終劑量即可，無需再次優(yōu)化。按照射要求，PTV給予50Gy/25F的處方劑量，靶區(qū)與危及器官的計(jì)劃劑量作如下約束：PTV的V95%（受到95%處方劑量照射的體積百分比）≥100%；患側(cè)肺V5＜60%，V20＜30%，V30＜20%；心臟平均劑量（MHD）＜7Gy，脊髓最大劑量（Dmax）＜45Gy。

1.4 劑量學(xué)評估 對A-I計(jì)劃與B-I計(jì)劃、A-V計(jì)劃與B-V計(jì)劃、A-I-S計(jì)劃與B-I-S計(jì)劃、A-V-S計(jì)劃與B-V-S計(jì)劃進(jìn)行比較，評估基于劑量-體積直方圖（DVH）曲線和劑量學(xué)參數(shù)。未發(fā)生位移的計(jì)劃都以95%PTV體積獲得50Gy處方劑量進(jìn)行歸一，發(fā)生位移的計(jì)劃不作處理。計(jì)劃的比較指標(biāo)：采用適形指數(shù)（CI）和均勻指數(shù)（HI）評估 PTV 劑量分布，V100%、V95%評估CTV 劑量，V5、V20、V30及 MLD 評估患側(cè)肺的受量，MHD評估心臟的受量，Dmax評估脊髓最大劑量。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 應(yīng)用SPSS 19.0軟件統(tǒng)計(jì)，計(jì)量資料用表示，組間比較采用配對樣本t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 A-I計(jì)劃與B-I計(jì)劃的劑量學(xué)參數(shù)比較 B-I計(jì)劃的PTV CI、脊髓Dmax均明顯高于A-I計(jì)劃，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）；其余9個(gè)參數(shù)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均 P＞0.05），見表 1。

表1 A-I計(jì)劃與B-I計(jì)劃的劑量學(xué)參數(shù)比較

2.2 A-V計(jì)劃與B-V計(jì)劃的劑量學(xué)參數(shù)比較 與AV計(jì)劃比較，B-V計(jì)劃的CTV V100%較低，PTV CI較高，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）；其余9個(gè)參數(shù)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），見表2。

2.3 A-I-S計(jì)劃與B-I-S計(jì)劃的劑量學(xué)參數(shù)比較 與A-I-S 計(jì)劃比較，B-I-S 計(jì)劃的 PTV CI、CTV V100%、CTV V95%、脊髓Dmax均較低，PTV HI較高，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）；其余6個(gè)參數(shù)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P ＞0.05），見表 3。

2.4 A-V-S計(jì)劃與B-V-S計(jì)劃的劑量學(xué)參數(shù)比較與A-V-S計(jì)劃比較，B-V-S計(jì)劃的PTV CI、CTV V100%、CTV V95%均較低，PTV HI較高，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）；其余7個(gè)參數(shù)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P ＞0.05），見表 4。

表2 A-V計(jì)劃與B-V計(jì)劃的劑量學(xué)參數(shù)比較

表3 A-I-S計(jì)劃與B-I-S計(jì)劃的劑量學(xué)參數(shù)比較

表4 A-V-S計(jì)劃與B-V-S計(jì)劃的劑量學(xué)參數(shù)比較

3 討論

本研究主要對robust優(yōu)化在乳腺癌調(diào)強(qiáng)放射治療中的應(yīng)用進(jìn)行研究。目前已有研究表明robust優(yōu)化不僅可以提高靶區(qū)的劑量，還可以降低危及器官的劑量。Bissonnette等[2]、Mccann等[3]在肺癌調(diào)強(qiáng)放射治療中運(yùn)用robust優(yōu)化，不僅降低了同側(cè)肺的劑量，而且提高了CTV的累計(jì)劑量。Li等[4]、Voort等[5]分別在肺癌、咽癌的質(zhì)子放射治療中發(fā)現(xiàn)robust優(yōu)化可減少由于擺位和器官運(yùn)動引起的誤差，提高靶區(qū)的劑量覆蓋率。Mahmoudzadeh等[6]研究發(fā)現(xiàn)robust優(yōu)化在自由呼吸的情況下，可以減少乳腺癌放射治療時(shí)心臟的劑量，降低對屏息技術(shù)的需求。以上研究主要運(yùn)用robust優(yōu)化來進(jìn)行CTV各個(gè)方向的外擴(kuò)，不需要生成PTV，直接對CTV作放療計(jì)劃。本研究把robust優(yōu)化運(yùn)用到乳腺癌改良根治術(shù)后放療計(jì)劃的設(shè)計(jì)上，只對PTV靶區(qū)外側(cè)界進(jìn)行外放，提高了放療計(jì)劃的魯棒性。

由于呼吸運(yùn)動引起的擺位誤差以及治療體位偏移會造成CTV位移[7-8]，臨床醫(yī)生往往要對CTV進(jìn)行外擴(kuò)。但是乳腺癌改良根治術(shù)后患者的腫瘤大部分離皮膚很近，CTV往往要畫到皮膚，而外擴(kuò)生成PTV又不能超出體表，因此當(dāng)射野中心向內(nèi)側(cè)發(fā)生偏移的時(shí)候，CTV的劑量覆蓋率會出現(xiàn)大幅下降。而robust優(yōu)化恰恰考慮到這一點(diǎn)，在計(jì)劃優(yōu)化過程中加入了這一方向偏移對計(jì)劃影響的考量，改善位移對靶區(qū)劑量的影響。若是CTV外放生成PTV時(shí)，外放到虛擬填充物上的話，往往造成計(jì)劃設(shè)計(jì)的不便，使PTV的處方劑量很難達(dá)到臨床要求。從結(jié)果來看，加入robust優(yōu)化后，靶區(qū)適形性變差，這是由于照射范圍變大，引起體表面的散射線變多，處方劑量包含的體積變大。靶區(qū)的HI稍微有點(diǎn)降低，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。加入robust優(yōu)化的IMRT計(jì)劃及其移位計(jì)劃，脊髓Dmax稍高，可能是由于脊髓離靶區(qū)較遠(yuǎn)、受量較低、樣本量少等造成的偶然現(xiàn)象。當(dāng)中心點(diǎn)發(fā)生位移時(shí)，加入robust優(yōu)化的移位計(jì)劃，其靶區(qū)適形性和均勻性相對更好，因?yàn)槲灰频陌l(fā)生會造成一部分體表的PTV發(fā)生脫靶；其對應(yīng)的計(jì)劃同側(cè)肺的劑量差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這是因?yàn)楸狙芯恐粦?yīng)用robust優(yōu)化對靶區(qū)外側(cè)界進(jìn)行外放，對內(nèi)側(cè)界關(guān)系密切的同側(cè)肺的劑量沒有影響。

robust優(yōu)化基于Minimax優(yōu)化，是最小化在最壞情況下的一組預(yù)定義場景的目標(biāo)函數(shù)值[9]。本研究中2個(gè)情境被使用，一個(gè)是標(biāo)稱的情境，一個(gè)是射野中心向內(nèi)側(cè)發(fā)生偏移時(shí)的情境，在優(yōu)化過程中分別計(jì)算這2種情境的劑量分布。Raystation系統(tǒng)在作劑量參數(shù)優(yōu)化時(shí)，可以選擇讓靶區(qū)劑量優(yōu)化增加一個(gè)robust優(yōu)化。就是說，在設(shè)定PTV靶區(qū)參數(shù)Min Dose和Min DVH的時(shí)候勾上robust選項(xiàng)，再在robust選項(xiàng)中選擇Anterior和Left外放0.5cm。與普通IMRT、VMAT計(jì)劃相比，加入robust優(yōu)化的計(jì)劃在危及器官劑量方面基本沒有差別；在射野中心往內(nèi)側(cè)界方向發(fā)生移位時(shí)，加入robust優(yōu)化的計(jì)劃在靶區(qū)適形性、均勻性及CTV覆蓋率上均可獲得更好的劑量分布。不管是IMRT還是VMAT，它們的robust計(jì)劃雖然在不發(fā)生位移的時(shí)候靶區(qū)適形性較差，但是相對發(fā)生移位時(shí)靶區(qū)劑量分布的改善來說，就顯得沒那么重要了。如果臨床醫(yī)生對靶區(qū)的均勻性和適形性有更高的要求，也可以加入條件作進(jìn)一步優(yōu)化。

乳腺癌胸壁照射時(shí)，呼吸運(yùn)動造成的靶區(qū)擴(kuò)大不容忽視。雖然臨床醫(yī)生在勾畫PTV時(shí)，在一定程度上考慮了這個(gè)因素；但由于乳腺癌改良根治術(shù)后患者的腫瘤特征，往往會因外側(cè)界外放程度不夠，可能造成冷區(qū)和脫靶；而加入robust優(yōu)化具有可行性。roubust優(yōu)化的應(yīng)用在保證胸壁靶區(qū)照射精度的同時(shí)，基本不增加正常組織受照劑量，用于乳腺癌放射治療是安全可行的。

4 參考文獻(xiàn)

[1]余子豪.乳腺癌放射治療進(jìn)展[J].中國實(shí)用外科雜志,2015,20(7)：53-56.

[2]Bissonnette J,Hope AJ,Lundin A,et al.A Simple,Robust IMRT optimization method for lung cancer,Accounting for tissue heterogenity and intra-fraction lung tumor motion[J].Int J Radiat OncolBiolPhys,2008,72(1)：86-87.

[3]Mccann C,Purdie T,Hope A,et al.Lung sparing and dose escalation in a robust-inspired IMRT planning method for lung radiotherapy that accounts for intrafraction motion[J].Med Phys,2013,40(6)：61705.

[4]Li H,Zhang X,Park P,et al.Robust optimization in intensity-modulated proton therapy to account for anatomy changes in lung cancer patients[J].Radiother Oncol,2015,114(3)：367-372.

[5]Voort SVD,Water SVD,Perkó Z,et al.Robustness Recipes for Minimax Robust Optimization in Intensity Modulated Proton Therapy for Oropharyngeal Cancer Patients[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2016,95(1)：163-170.

[6]Mahmoudzadeh H,Lee J,Chan TC,et al.Robust optimization methods for cardiac sparing in tangential breast IMRT[J].Med Phys,2015,42(5)：2212-2222.

[7]Conroy L,Quirk S,Smith WL,et al.Realistic respiratory motion margins for external beam partial breast irradiation[J].Med Phys,2015,42(9)：5404.

[8]Guo B,Li J,Wang W,et al.Correlation Between Target Motion and the Dosimetric Variance of Target and Organ at Risk during External Beam Partial Breast Irradiation Using 4-Dimensional Computed Tomography[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2016,96(2)：E5.

[9]Chan T,Bortfeld T,Tsitsiklis J.A robust approach to IMRT optimization[J].Phys Med Biol,2006,51(10)：2567-2583.