最小子野寬度對乳腺癌保乳術后容積旋轉調強放射治療計劃劑量分布的影響

楊海燕，高文超

1 山東省菏澤市中醫醫院放療科 （山東菏澤 274000）；2 解放軍總醫院第五醫學中心（北京 100071）

近年來，我國乳腺癌的發病率與病死率增長勢頭均較猛，嚴重影響女性的生命質量。乳腺癌保乳術是臨床治療早期乳腺癌患者的常用方式，與乳腺癌根治術的療效相當。術后放射治療是乳腺癌保乳治療的重要組成部分。隨著放射治療技術的發展，目前臨床常用的術后放射治療方式包括固定野調強放射治療（intensity modulated radiotherapy，IMRT）和容積旋轉調強放射治療（volumetricmodulated arc therapy，VMAT）兩種[1-2]，且VMAT的劑量分布優于IMRT。VMAT 計劃設計的可調因素較多，如優化限制條件設置、優化權重設置和優化過程控制等[3]，計劃設計過程相對復雜，其中最小子野寬度（minimum segment width，MSW）的設置可直接影響子野的形狀、大小和數量。本研究選取12例乳腺癌保乳術后患者，采用半弧和剪刀形切線弧設計VMAT 計劃，并設置不同的MSW，在相同優化條件下進行計劃優化并計算，根據劑量分布結果分析MSW 對計劃質量的影響，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2019年10月至2020年12月菏澤市中醫醫院收治的12例乳腺癌保乳術后患者，均為女性；年齡38～65歲，平均（47±3）歲；腫瘤TNM 分期，Ⅰ期5例，Ⅱ期7例；均為左側乳腺癌。本研究經醫院醫學倫理委員會批準，患者家屬均簽署知情同意書。

納入標準：經病理檢查確診為乳腺癌；行乳腺癌保乳術治療，未行鎖骨上及內乳淋巴結照射，手術切緣為陰性，術后恢復良好；卡氏功能狀態評分（Karnofsky performance statds scale，KPS）評分≥70分；骨髓造血、心臟、肝和腎等重要器官功能正常。

排除標準：存在放射治療禁忌證的患者。

1.2 方法

1.2.1 CT 定位與靶區和危機器官勾畫

CT 定位：囑患者平躺仰臥，雙手外展上舉握桿，采用鉛絲標記乳房輪廓，并用熱塑膜固定；于患者自由呼吸狀態下使用西門子16排診斷CT 掃描，掃描范圍從頦下至膈下，掃描層厚為0.5 cm。

靶區和危機器官勾畫：掃描后的CT 圖像傳輸至醫科達Monaco5.11.03治療計劃系統，由放療醫師勾畫靶區[參考定位時放置的鉛絲輪廓，勾畫乳腺和胸大肌筋膜作為臨床靶區（clinical target volume，CTV）；根據我科乳腺癌保乳術后放射治療擺位誤差的實際情況，在CTV 的基礎上，向上、下方向各外放1.0 cm，前、后、左、右方向各外放0.5 cm，作為計劃靶區（planning target volume，PTV）]和危機器官（包括左肺、心臟、脊髓、對側乳腺）。

1.2.2 計劃設計

本研究使用醫科達Synergy醫用直線加速器（40對多葉光柵）設計治療計劃，選用6 MV的X線。所選患者均設計半弧VMAT計劃和剪刀形切線弧VMAT計劃。如圖1所示，半弧VMAT計劃的射野起始角度為150°，弧長為 （200°±10°）；剪刀形切線弧 VMAT 計劃的上端弧起始角為350°，弧長為（60°±10°），下端弧起始角為150°，弧長為（60°±10°）。控制點均設置為300，最大弧數為2，對半弧VMAT計劃和剪刀形切線弧VMAT計劃分別設置MSW為0.5、1.0、1.5 cm，處方劑量PTV為50 Gy，治療次數25次。在相同優化條件下做計劃優化（不改變優化設置條件）并做劑量計算，系統算法為蒙卡算法，將計算結果靶區劑量歸一到95%體積達到處方劑量要求。

圖1 半弧VMAT 計劃（上）和剪刀形切線弧VMAT 計劃（下）

1.3 觀察指標

靶區劑量的評價指標包括適形指數（conformity index，CI）、均勻性指數（heterogeneity index，HI）、機器跳數（減少機器跳數可以縮短治療時間，提高患者治療時的舒適度）。按照國際輻射單位和測量委員會（International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU）83號報告[4]中的公式，CI=（VT,ref/VT）×（VT,ref/Vref），式中VT,ref為處方劑量所覆蓋的靶區體積，VT為靶區體積，Vref為處方劑量所覆蓋的總體積，CI 取值為0～1，越接近1表示靶區劑量的適形度越好；HI=（D2%-D98%）/D50%[11]，式中D2%、D98%、D50%分別為包圍2%、98%、50%靶區體積的最小劑量，HI 越接近0表明靶區均勻性越好。

危及器官劑量的評價指標包括左肺V5、V10、V20，心臟V10、V20、V30，以及對側乳腺最大劑量Dmax。

1.4 統計學處理

2 結果

2.1 不同MSW 半弧VMAT 計劃的劑量分布比較

不同MSW 半弧VMAT 計劃的CI 比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；不同MSW 半弧VMAT計劃的HI、機器跳數比較，差異有統計學意義（P＜0.05）；不同MSW 半弧VMAT 計劃危機器官劑量分布比較，差異均無統計學意義（P＞0.05），見表1。

表1 不同MSW 半弧VMAT 計劃的劑量分布比較（±s，12例）

表1 不同MSW 半弧VMAT 計劃的劑量分布比較（±s，12例）

注：VMAT 為容積旋轉調強放射治療，CI 為適形指數，HI為均勻性指數

指標0.5 cm MSW 1.0 cm MSW 1.5 cm MSWFP CI 0.86±0.03 0.84±0.04 0.84±0.04 2.39 0.18 HI 0.09±0.01 0.10±0.02 0.13±0.03 8.41 0.001機器跳數897.60±98.16 657.31±70.90 613.11±54.19 10.42 0.001左肺V5（%） 48.14±11.00 47.10±10.3747.39±9.11 0.03 0.97左肺V10（%）27.44±7.3428.15±6.4829.07±6.89 0.17 0.85左肺V20（%）16.29±4.9416.94±4.6317.59±4.84 0.22 0.81心臟V10（%） 24.86±15.84 28.36±16.92 30.83±17.66 0.29 0.75心臟V20（%） 5.60±4.46 7.45±4.51 8.27±4.47 0.41 0.67心臟V30（%） 1.88±0.84 2.22±1.50 2.76±1.32 0.36 0.70對側乳腺Dmax（Gy） 512.17±132.92 598.31±180.33 579.15±156.47 0.12 0.89

2.2 不同MSW 剪刀形切線弧VMAT 計劃的劑量分布比較

不同MSW剪刀形切線弧VMAT計劃的CI比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；不同MSW 剪刀形切線弧VMAT 計劃的HI、機器跳數比較，差異有統計學意義（P＜0.05）；不同MSW 剪刀形切線弧VMAT 計劃危機器官劑量分布比較，差異均無統計學意義（P＞0.05），見表2。

表2 不同MSW 剪刀形切線弧VMAT 計劃的劑量分布比較（±s，12例）

表2 不同MSW 剪刀形切線弧VMAT 計劃的劑量分布比較（±s，12例）

注：VMAT 為容積旋轉調強放射治療，CI 為適形指數，HI 為均勻性指數

指標0.5 cm MSW 1.0 cm MSW 1.5 cm MSWFP CI 0.85±0.03 0.84±0.03 0.82±0.04 2.00 0.15 HI 0.08±0.01 0.09±0.02 0.12±0.02 9.78 0.001機器跳數834.83±74.67 635.41±47.08 606.34±60.47 17.53 0.001左肺V5（%） 51.14±12.12 49.02±11.75 52.21±11.90 0.09 0.92左肺V10（%）28.57±8.14 28.24±8.40 31.13±9.41 0.28 0.77左肺V20（%）16.79±4.47 17.31±5.26 18.79±4.91 0.37 0.69心臟V10（%）10.95±5.36 10.88±6.60 12.31±7.90 0.13 0.88心臟V20（%） 3.20±2.66 3.50±2.84 4.10±3.16 0.16 0.85心臟V30（%） 1.75±1.17 1.98±1.44 2.28±1.95 0.13 0.88對側乳腺Dmax（Gy） 727.79±140.41 709.59±160.10 787.80±186.68 0.17 0.85

2.3 HI 和機器跳數的組間比較

對表1、2中方差分析結果有統計學意義的HI和機器跳數做兩兩比較（SNK-q檢驗），結果見表3、4。表3結果顯示，隨著MSW 的改變，半弧VMAT 計劃和剪刀形切線弧VMAT 計劃的靶區均勻性變化一致，0.5、1.0 cm MSW 計劃的HI 比較，差異均無統計學意義（P＞0.05）；0.5、1.0 cm MSW 計劃的HI 與1.5 cm MSW 計劃比較，差異均有統計學意義（P＜0.05）。表4結果顯示，隨著MSW 的改變，半弧VMAT 計劃和剪刀形切線弧VMAT 計劃的機器跳數的變化是一致的，0.5 cm MSW 計劃的機器跳數與1.0、1.5 cm MSW 計劃比較，差異均有統計學意義（P＜0.05）；1.0 、1.5 cm MSW 計劃的機器跳數比較，差異均無統計學意義（P＞0.05）。

表3 不同MSW 計劃HI 的組間比較

表4 不同MSW 計劃機器跳數的組間比較

3 討論

近年來，有研究發現，在左側乳腺癌患者中，VMAT 可以改善 PTV 覆蓋率，并可以降低心臟的受照劑量，同時可有效縮短治療時間，提高治療的有效性[5-6]。對早期乳腺癌保乳術后患者采用VMAT治療時，通常選用半弧或剪刀形切線弧進行照射，兩種弧均可以滿足靶區需要和危及器官的受量限制要求[7]。影響 VMAT 計劃的因素包括弧數目、控制點數、MSW、計算網格等。本研究選擇半弧和剪刀形切線弧兩種設計方案，改變MSW，分析MSW 對乳腺癌保乳術后VMAT 計劃劑量分布的影響。

在分析MSW 對乳腺癌VMAT 計劃劑量的影響時，本研究關注了靶區的適形度和均勻性，靶區適形度采用CI 評價，均勻性采用HI 評價；同時，采用機器跳數評價患者治療的舒適度，減少機器跳數可以縮短治療時間，提高患者的舒適度[8]，且治療時間的縮短可以降低治療中患者發生位移的概率及靶區劑量的不確定性，并可降低加速器輻射頭內的散射線數量，理論上可降低二次致癌的概率[16]。

在危及器官的受量方面，本研究參考了以往的研究結果。對于乳腺癌患者，有研究發現，當患側肺的V20＜30%時，放射性肺炎的發生率明顯降低[8-11]，且當V10＞50%時，放射相關并發癥的發生率將會達到20%[12]。本研究重點關注左肺V5、V10、V20，并在設置計劃優化條件中控制V20＜20%。有研究表明，對于左側乳腺癌保乳術后患者，放射治療可以明顯增加心血管疾病的發生率，當心臟V10＞30%時，會誘發暫時性心肌灌注不足[13]。Wei 等[14]提出，不論采用何種放射治療技術，當心臟V30＜46%時，心包積液的發生率僅為13%。Basu 等[15]研究發現，乳腺癌保乳術后患者的放射治療與對側乳腺惡性腫瘤的發生風險有關，因此降低健側乳腺的受照劑量至關重要。本研究對心臟的受量主要關注V10、V20、V30，在設置計劃優化條件中控制心臟V10＜30%，V30＜10%，并盡可能降低對側乳腺的受量。

本研究結果顯示，隨著MSW 的增加，HI 也隨之增加，機器跳數則隨之減少，MSW 對半弧VMAT 計劃和剪刀形切線弧VMAT 計劃的靶區和危及器官劑量分布的影響較為一致；不同MSW 計劃的CI、危及器官劑量分布比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；不同MSW 計劃的HI、機器跳數比較，差異有統計學意義（P＜0.05）；兩兩比較結果顯示，0.5、1.0 cm MSW 計劃的HI 與1.5 cm MSW 計劃比較，差異均有統計學意義（P＜0.05）；0.5 cm MSW 計劃的機器跳數與1.0、1.5 cm MSW 計劃比較，差異均有統計學意義（P＜0.05）。這一結果表明，MSW 的變化對靶區適形度和危機器官劑量分布的影響不大；MSW 由0.5 cm 增加為1.0 cm 時對靶區均勻形的影響不大，但當MSW 由1.0 cm 增加為1.5 cm 時，靶區的均勻形明顯變差；MSW 由0.5 cm 增加為1.0 cm 時機器跳數變化較大（平均值減少200 MU 以上），而當MSW 由1.0 cm 增加為1.5 cm 時，機器跳數的變化不大。

有研究者分析MSW 對肺部腫瘤VMAT 計劃的影響，結果發現，MSW 的增加可以大大降低機器跳數和控制點數，但當MSW＞1.0 cm 時，機器跳數和控制點數的降低使靶區范圍內的劑量分布變差，因此認為采用Monaco 治療計劃系統設計肺癌VMAT 計劃時，MSW 設為1.0 cm 相對較為合理[16-17]。Wang 等[18]研究發現，針對采用VMAT 治療的宮頸癌患者中，在不影響靶區劑量和計劃執行精準度的前提下，推薦將MSW 設為1.0或1.5 cm。

綜上所述，乳腺癌保乳術后半弧VMAT 計劃和剪刀形切線弧VMAT 計劃的MSW 由0.5 cm 增加為1.0 cm 時，靶區適形度、均勻性和危及器官劑量分布均無明顯改變，而機器跳數明顯降低；MSW 由1.0 cm 增加為1.5 cm 時，靶區均勻形變差，機器跳數的變化較??；因此，本研究認為，對于乳腺癌保乳術后VMAT 計劃，無論采用半弧照射還是剪刀形切線弧照射，MSW 設為1.0 cm 較為合理，如此既可保證靶區和危及器官的劑量滿足臨床要求，又能降低機器跳數，縮短治療時間。