次級準直器對左乳腺癌放射治療劑量的影響

徐云，李自康

四川大學華西醫院雅安醫院·雅安市人民醫院 （四川雅安 625000）

目前，乳腺癌已成為全球發病率第一的癌癥，而我國女性乳腺癌患病及病死人數已居世界首位[1-2]。放射治療是臨床治療乳腺癌的主要手段之一[3]。在乳腺癌放射治療中，降低患者肺及心臟等重要器官的受照劑量，減少放射性肺炎及放射性心肌損傷等并發癥的發生是必要的。因此，臨床對乳腺癌患者的放射治療劑量和正常組織受照劑量進行了大量研究[4-8]。醫用直線加速器治療頭組件包括出束窗、初級準直器、靶、均整器、監控電離室、反射鏡和次級準直器。光子線在醫用直線加速器治療機頭輸運過程中，初級準直器、均整器和次級準直器是主要影響器件。初級準直器作為限束裝置，對光子線有散射作用，均整器對光子線能譜影響較大[9]。為進一步降低左乳腺癌放射治療患者左肺及心臟等器官受照劑量，本研究通過蒙特卡羅程序（BEAMnrc）中的粒子歷史記錄標志（LATCH）[10]方法，分析醫用直線加速器治療頭的次級準直器中單一X、Y 方向和整體次級準直器對光子能譜及劑量的影響，進而分析在放射治療過程中次級準直器自身、散射及轉動等對患者受照劑量的影響，并在左乳腺癌調強放射治療計劃中，通過改變次級準直器的角度，分析計劃靶區及正常組織的受照劑量。

1 資料及方法

1.1 一般資料

選取2020 年1 月至2023 年6 月于我院接受調強放射治療（intensity modulat-ed radiotherapy，IMRT）的100 例左乳腺癌術后患者。患者均為女性，年齡30～65 歲，中位年齡40 歲；體質量平均45.6 kg。TNM 分期：Ⅱ期43 例，Ⅲ期38 例，Ⅳ期19 例。

納入標準：符合乳腺癌診療標準；均能滿足治療體位；所有患者均被告知研究目的并簽署知情同意書。排除標準：存在嚴重的臟器功能障礙，不配合研究。

1.2 BEAMnrc 模擬參數

使用BEAMnrc 模擬標稱能量為6 MV 的醫用直線加速器（美國瓦里安公司，型號：TrueBeam）治療頭，材料來源于機頭結構數據庫。相空間平面的位置在源皮距（source skin distance，SSD）為100 cm 處，即加速器的等中心平面，記錄參數包括經過該平面粒子的種類、能量、運動方向及粒子到達該平面時經過的加速器組件等。所記錄的相空間數據采用BEAMdp 軟件處理，獲得相應的能譜信息。

1.3 次級準直器對光子能譜的影響

本研究中初級準直器和均整器均固定不動。在不去除次級準直器模塊的情況下，使用BEAMnrc 中的LATCH 方法，模擬將X、Y 方向的次級準直器分別對應LATCH 方法中的位9 和位10，并將其屬性設置為當粒子經過該器件時，該位被設置為1，可以被繼承。在使用BEAMdp 程序分析相空間文件的能譜時，可通過控制LATCH 中相應位的邏輯關系，判斷相空間中的粒子是否經過X或Y方向準直器[11]。只選擇X 方向準直器對應LATCH 中的位9，統計經過X 方向準直器的光子，其能譜記為ΦX（E）。相應地，只選擇Y 方向準直器對應LATCH 中的位10，統計經過Y 方向準直器的光子，其能譜記為ΦY（E）。如果同時選擇X 和Y 方向準直器對應LATCH 中的位9 和位10，則統計經過X 和Y 方向準直器的光子，其能譜記為ΦX+Y（E）。同時，經過X 和Y 準直器的光子，其能譜記為ΦXY（E），計算公式如下：

式中，Φ（E）為光子的微分能譜分布，Emax為能譜中光子的最大能量（6 MV 醫用直線加速器Emax為6 MeV）。

1.4 計劃的設計與評估

患者均采用仰臥位，雙手抱肘上舉，平靜自由呼吸，掃描層厚5 mm，掃描范圍為頸部、胸部和上腹部，并將掃描CT 圖像傳入放射治療計劃系統。所有靶區由同1 位副主任醫師勾畫臨床靶區（clinical target volume，CTV），包括淋巴結引流區和胸壁區。CTV 外放5 mm 作為計劃靶區（planning target volume，PTV），胸壁加5 mm 補償膜，隨后逐層勾畫重要器官及組織。所有患者處方劑量均為50 Gy/25 f，計劃要求95%的靶區體積接受100%的處方劑量。對每例左乳腺癌患者分別設計次級準直器為0°方向（IMRT）和次級準直器順應靶區方向（IMRT-JAW）兩組調強計劃。兩組計劃均采用Oncentra 4.3 計劃系統制作，射線能量為6 MV，床板0°。劑量網格為（3×3×3）mm3，最小子野跳數為5 MU，最小子野面積為5 cm2、采用直接子野優化方式DMPO。

1.5 評估指標

比較兩組計劃靶區的適形度指數（conformity index，CI）和均勻性指數（homogeneity index，HI）[12]。CI值在0～1 之間，其值越大適形度越好；HI值越接近0 均勻性越好。此外，比較左肺的V5、V20和平均劑量Dmean，心臟的V10、V30和平均劑量Dmean，右肺、食管、氣管的平均劑量Dmean，脊髓、對側乳腺最大劑量Dmax等。

1.6 統計學處理

應用SPSS 23.0 統計軟件分析數據。對配對差值符合正態分布等劑量學計量數據用±s表示，采用t檢驗。P<0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 X、Y 方向的次級準直器對能譜影響

由圖1 可知，經過X 方向準直器光子的能譜和經過Y 方向準直器光子的能譜具有大致相同的分布。表1 列出了在3 種情況下能譜的峰位置、能譜峰值和平均能量。在相空間的光子中，同時經過X和Y 方向準直器光子形成的能譜的峰位置、能譜峰值和平均能量均較低，一部分原因是由于試驗中統計漲落造成的。經過單一X、Y 方向次級準直器和整體次級準直器的光子數在總光子數中的占比均不到0.2%，表明在考慮光子的能譜及劑量時，可以忽略次級準直器自身、散射及轉動等的影響。

表1 經過次級準直器光子的能譜參數

表2 兩組PTV 劑量參數比較（±s）

表2 兩組PTV 劑量參數比較（±s）

注：CI 為適形度指數，HI 為均勻性指數，PTV 計劃靶區，IMRT 為調強放射治療，IMRT-JAW 為次級準直器順應靶區方向

組別 HI CI IMRT 0.180±0.206 0.609±0.057 IMRT-JAW 0.189±0.181 0.601±0.493 t-1.457 1.070 P 0.173 0.308

圖1 經過次級準直器光子的能譜分布

2.2 靶區劑量及參數比較

分別對次級準直器為0°方向（IMRT）和次級準直器順應靶區方向（IMRT-JAW）兩組調強計劃PTV 的HI、CI比較，差異無統計學意義（P>0.05）。

2.3 危及器官劑量及參數比較

對于IMRT-JAW 計劃左肺V20、V30及Dmean分別降低了1.49%、1.48%和6.35%，差異有統計學意 義（P<0.05）；心 臟V10、V30及Dmean分 別 降低了2.11%、1.59%和7.95%，差異有統計學意義（P<0.05）。其他危及器官健側右肺、對側乳腺、脊髓、食管等劑量比較，差異無統計學意義（P>0.05），見表3。

表3 兩組計劃危機器官劑量參數比較（±s）

表3 兩組計劃危機器官劑量參數比較（±s）

注：IMRT 為調強放射治療，IMRT-JAW 為次級準直器順應靶區方向

危及器官 IMRT IMRT-JAW t P左肺V5（%） 48.90±4.63 47.60±4.49 2.099 0.060 V20（%） 34.05±10.22 32.56±11.07 4.664 0.001 V30（%） 19.93±2.00 18.45±2.14 6.368 0.000 Dmean（Gy） 14.02±0.64 13.13±0.62 9.041 0.000右肺Dmean（Gy） 2.55±0.41 2.49±0.37 1.203 0.268心臟V10（%） 22.05±4.72 19.94±4.27 5.153 0.000 V30（%） 11.06±2.21 9.47±1.40 4.195 0.003 Dmean（Gy） 9.68±2.69 8.91±2.42 4.901 0.001對側乳腺Dmax（Gy） 24.12±15.52 25.01±15.80 -1.185 0.266脊髓Dmax（Gy） 29.26±4.75 29.55±3.81 -0.637 0.537食管Dmean（Gy） 9.98±1.46 9.89±1.37 1.056 0.322氣管Dmean（Gy） 24.52±4.49 24.38±4.38 1.144 0.286

3 討論

韓俊杰等[9]在通過BEAMnrc 去除次級準直器模塊的情況下，發現來自整體次級準直器光子數在總光子數中占比很小。在不去除模塊的情況下，進一步驗證次級準直器對光子能譜及劑量的影響尚無報道。卜路懿等[13]研究發現，固定次級準直器技術能明顯提高左乳腺癌放射治療計劃靶區適形度并減少心肺受照劑量。張桂芳等[14]研究表明，固定次級準直器能夠降低心肺受照劑量。對于很多放療計劃系統，在無法固定次級準直器的情況下，通過合理改變次級準直器角度降低左乳腺癌患者左肺及心臟等重要器官的受照劑量尚未見詳細報道。本研究在不去除次級準直器模塊的情況下，采用BEAMnrc 中LATCH 方法，進一步證明了通過單一X、Y 方向次級準直器和整體次級準直器光子數在總光子數中占比例均不到0.2%，表明在設計左乳腺癌放射治療計劃時，可以忽略次級準直器自身、散射和轉動等對劑量的影響。設計左乳腺癌IMRT 計劃時，由于Oncentra 4.3 計劃系統不能固定次級準直器，通過合理調整次級準直器角度順應靶區，可以降低患者左肺及心臟的受照劑量，從而減少患者左肺及心臟的并發癥。由于本研究放療計劃系統只有1 套，還需增加放療計劃系統數量進一步驗證本研究的結果。

綜上所述，在設計左乳腺癌放射治療計劃時，可通過改變次級準直器的角度降低患者左肺及心臟受照劑量。