Auto Flash Margin功能在左乳腺癌術(shù)后放療中的應(yīng)用研究

華小龍，徐文靜，張倜然，葛迅，鄒輝，朱磊，包凱，劉慶文

興化市人民醫(yī)院 a. 腫瘤科；b. 甲乳外科，江蘇 泰州 225700

引言

乳腺癌已成為我國最常見的女性惡性腫瘤之一，發(fā)病率不斷上升且呈年輕化趨勢，是近年來增長幅度最大的惡性腫瘤之一。放射治療是乳腺癌治療的重要組成部分，目前已被廣泛應(yīng)用于臨床，保乳術(shù)后患者和部分根治術(shù)后患者均需進(jìn)行放療[1-3]。容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）是一種先進(jìn)的放療技術(shù)，特點(diǎn)是快速高效，可改善相對(duì)生物效應(yīng)，被廣泛應(yīng)用于各類腫瘤治療。VMAT 通過逆向優(yōu)化算法可有效提高腫瘤控制率，最大限度地減少周圍正常組織的損傷[4-7]。根治術(shù)后患者胸壁厚度薄，靶區(qū)呈弧形靠近皮膚表面。由于X射線的建成效應(yīng)，因此臨床治療中大多選擇在皮膚表面敷貼硅膠組織補(bǔ)償物（Bolus）以提高皮膚表面的靶區(qū)劑量，降低腫瘤局部復(fù)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)[8-9]。然而，近年來多有研究發(fā)現(xiàn)，Bolus 提高了放射性皮炎毒副反應(yīng)的發(fā)生率，且由于胸廓不平整，與皮膚之間不可避免地形成了空腔，從而造成了劑量的不確定性[10-12]，因此有必要探討其他提高皮膚劑量的技術(shù)方法。本研究通過Monaco 放射治療計(jì)劃系統(tǒng)（Treatment Planning System，TPS）的Auto Flash Margin（AFM）功能在乳腺癌根治術(shù)后容積調(diào)強(qiáng)計(jì)劃中的應(yīng)用，分析使用AFM 后對(duì)乳腺癌放射治療計(jì)劃淺表組織的劑量影響，并以皮膚和靶區(qū)劑量學(xué)參數(shù)為依據(jù)，探討最優(yōu)的AFM 數(shù)值，為臨床治療提供決策參考。

1 資料和方法

1.1 臨床資料

選取我院腫瘤科2021 年5 月至2022 年5 月確診為乳腺癌，且行根治術(shù)及Ⅰ、Ⅱ級(jí)腋窩淋巴結(jié)清掃術(shù)后需行輔助放療的女性患者16 例為研究對(duì)象，年齡27～69 歲，中位年齡53 歲。

患者采取仰臥位，用熱塑模和仰臥位碳纖維板固定，選取合適頭枕，雙手上舉交叉握住手柄，在CT 模擬定位機(jī)下掃描。CT 掃描參數(shù)為層厚5 mm，電壓120 kV，電流350 mAs。掃描范圍為頸部至第2 腰椎。獲得CT 影像后通過專用網(wǎng)絡(luò)上傳至Elekta Monaco 5.11 計(jì)劃系統(tǒng)。

1.2 靶區(qū)和危及器官的勾畫

放療科醫(yī)師依據(jù)美國國立綜合癌癥網(wǎng)絡(luò)（National Comprehensive Cancer Network，NCCN）（2021 中國版）乳腺癌指南進(jìn)行靶區(qū)勾畫，并由工作經(jīng)驗(yàn)為10 年以上的放療科主任醫(yī)師進(jìn)行勾畫復(fù)核，包括臨床靶區(qū)和計(jì)劃靶區(qū)（Planning Target Volume，PTV）以及心臟、雙側(cè)肺、脊髓等，選取靶區(qū)附近體表輪廓下2 mm 作為皮膚結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。

1.3 計(jì)劃設(shè)計(jì)與優(yōu)化

計(jì)劃采用瑞典醫(yī)科達(dá)公司Monaco5.11 臨床計(jì)劃設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)施治療加速器采用瑞典醫(yī)科達(dá)公司Infinity 臨床直線加速器，光柵采用瑞典醫(yī)科達(dá)Agility?（80 對(duì)葉片）。病例使用容積調(diào)強(qiáng)6 MV 光子能量，單次劑量為2 Gy，分25 次治療，總劑量為50 Gy。危及器官及靶區(qū)參考國際放療腫瘤學(xué)協(xié)作組（RTOG）1304 號(hào)報(bào)告進(jìn)行劑量約束。應(yīng)用2 個(gè)弧的射野設(shè)計(jì)，網(wǎng)格間距為3 mm，光柵鎢門位置控制為5 mm，最大控制點(diǎn)數(shù)量為145，最小子野面積為5 mm，劑量沉積計(jì)算采用基于介質(zhì)方式進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，對(duì)每例患者分別制作3 組VMAT 計(jì)劃。由于常見Bolus 的厚度為0.5 cm 和1 cm，且通過觀測取樣，患者最大動(dòng)度不超過2 cm，因此本文選取的AFM 數(shù)值分別為0.5、1、2 cm，以下記作AFM0.5、AFM1.0、AFM2.0，其余參數(shù)均相同。由于VMAT 計(jì)劃的逆向求解并不唯一，為了盡量減少這種隨機(jī)性帶來的影響，本文在同一患者的3 套計(jì)劃優(yōu)化過程中選擇了相同的優(yōu)化方式，且為了參考比對(duì)分析，3 套計(jì)劃均使用V95%（95%處方劑量等劑量曲線所覆蓋PTV 的百分體積）的處方劑量。計(jì)劃示意圖如圖1 所示。

圖1 計(jì)劃示意圖

1.4 計(jì)劃評(píng)估分析方法

比較5 種計(jì)劃方案靶區(qū)PTV 的D95和D5、V95%、V107%、V110%、劑量均勻性指數(shù)（Heterogeneity Index，HI）和適形指數(shù)（Conformity Index，CI）[13]。3 種計(jì)劃方案中分別比較肺組織的V5、V20、V30、平均劑量Dmean以及心臟Dmean、V20、V30。此外，評(píng)價(jià)皮膚結(jié)構(gòu)Dmean。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 22.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，劑量資料以±s表示，采用Friedman 檢驗(yàn)方法進(jìn)行非參數(shù)方差統(tǒng)計(jì)分析，以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 劑量體積直方圖結(jié)果

圖2 為PTV 的劑量體積直方圖，3 種計(jì)劃（V95%=99.64%±0.13%）均有較好的PTV 劑量覆蓋。由圖可知，PTV 熱點(diǎn)區(qū)域（拖尾長短）AFM2.0 計(jì)劃最少，AFM1.0 和AFM0.5 組計(jì)劃熱點(diǎn)較多。

圖2 PTV的劑量體積直方圖

2.2 劑量學(xué)參數(shù)比較

3 種計(jì)劃方案PTV 的D5、D95和HI 等分析結(jié)果如表1 所示。臨床要求D95達(dá)到50 Gy，五者劑量均能滿足95%的處方劑量要求。三者中，AFM0.5 和AFM1.0 計(jì)劃的PTV Dmean較大，數(shù)值接近，分別為（5210.400±5.400）cGy 和（5219.600±4.200）cGy；A F M 2 . 0 計(jì)劃的P T V 靶區(qū)Dmean最小， 為（5175.650±4.200）cGy，且與另2組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。如圖3所示，在滿足D95到50 Gy的情況下，AFM0.5和AFM1.0計(jì)劃的靶區(qū)中，紅色高量區(qū)域明顯多于AFM2.0計(jì)劃的高量部分，即所受照射劑量大。

表1 3種計(jì)劃的靶區(qū)劑量覆蓋比較

圖3 AFM0.5、AFM1.0和AFM2.0計(jì)劃劑量對(duì)比圖

劑量熱點(diǎn)區(qū)域V110%的表現(xiàn)中，AFM0.5 計(jì)劃最大，為0.420%±0.020%，AFM1.0 計(jì)劃為0.310%±0.040%，數(shù)值接近，而AFM2.0 計(jì)劃最小，為0.050%±0.050%，與前兩者差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。HI 的表現(xiàn)中，AFM0.5組和AFM1.0組計(jì)劃的HI值分別為1.070±0.012和1.081±0.009，AFM2.0 組計(jì)劃的HI 值為1.065±0.006，無明顯差異。

2.3 其他危及器官組織受量對(duì)比

對(duì)肺組織V5、V10、V20、Dmean及心臟Dmean等進(jìn)行分析對(duì)比，評(píng)估結(jié)果如表2 所示。危及器官中的心臟、健側(cè)肺和脊髓方面，3 組計(jì)劃均無明顯差異；患側(cè)肺的V20、Dmean差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），而V5無明顯差異；淺表皮膚結(jié)構(gòu)方面也存在明顯差異，AFM0.5 組的劑量最高，為（5245.9±36.1）cGy，其次是AFM1.0組，為（5225.1±40.5）cGy，AFM2.0 組劑量最低，為（5186.1±37.9）cGy。

表2 危及器官組織受量對(duì)比

2.4 AFM0.5、AFM1.0和AFM2.0組相同角度下的光柵構(gòu)型差異

在同組AFM0.5、AFM1.0 和AFM2.0 計(jì)劃中選取130°、150°及355°為觀察角度，在射束方向觀界面截取子野構(gòu)成，見圖4。在所取的3 個(gè)觀察角度上，3 組計(jì)劃光柵構(gòu)型均在皮膚外形成了明顯的空腔體積，且其隨著AFM 數(shù)值的提高而變大。

圖4 AFM0.5、AFM1.0和AFM2.0組光柵構(gòu)型差異

2.5 AFM0.5、AFM1.0和AFM2.0組X線蒙特卡羅特征參數(shù)對(duì)比

通過Monaco TPS Optimization Console 控制臺(tái)窗口讀取X 線蒙特卡羅（X-ray Voxel Monte Carlo，XVMC）子野數(shù)量、劑量計(jì)算時(shí)間、機(jī)器跳數(shù)、光子利用率進(jìn)行對(duì)比，見圖5。其中在機(jī)器跳數(shù)和劑量計(jì)算時(shí)間的對(duì)比中，AFM0.5 組和AFM1.0 組表現(xiàn)接近，但均明顯高于AFM2.0組；在光子利用率的對(duì)比中，AFM2.0 組明顯優(yōu)于AFM0.5組和AFM1.0 組；在子野數(shù)量的對(duì)比中，AFM0.5 組和AFM1.0 組略高于AFM2.0 組，但都趨近于290 個(gè)。

圖5 AFM0.5、AFM1.0和AFM2.0組XVMC特征參數(shù)對(duì)比

3 討論

乳腺癌根治術(shù)后輔助放療采用VMAT 已經(jīng)較為普遍，相較于傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放療和三維適形放療，VMAT 可以明顯減少高劑量照射，且靶區(qū)劑量分布更均勻[14-15]。對(duì)于乳腺癌根治術(shù)后放射治療患者來說，胸壁區(qū)域是復(fù)發(fā)最常見的部位，局部復(fù)發(fā)也表示乳腺癌放療失敗。淺表區(qū)域足量照射可有效降低腫瘤原位復(fù)發(fā)概率。ICRU 62 報(bào)告建議將目標(biāo)體積納入接受放射治療時(shí)至少接受95%處方劑量的區(qū)域[16]，然而由于MV 級(jí)X 射線的皮膚建成效應(yīng)，不能將足夠劑量遞送到表面，皮膚劑量只有最大劑量的25%左右[11]。對(duì)于皮膚淺表區(qū)域組織，需要克服X 射線劑量建成效應(yīng)，盡管放射治療設(shè)備的不斷現(xiàn)代化和Bolus 的應(yīng)用改善了這一問題，但卻引入了新的問題和使用上的不確定性，如皮膚受高量照射導(dǎo)致的副反應(yīng)以及Bolus 與皮膚之間不能完全貼合而形成的空腔影響皮膚次級(jí)建成效應(yīng)且減少了最大表面劑量，從而造成劑量分布的不確定性。因此，有必要探究其他提高淺表靶區(qū)劑量的技術(shù)方式。近年來，關(guān)于該方面的探索研究不多，Wang 等[17]研究使用膠片分析結(jié)果證實(shí)應(yīng)用AFM 功能的計(jì)劃在皮膚外空氣空腔中存在大量游離電子，盡管空氣空腔的游離電子不能達(dá)到劑量沉積的目的，但大量的游離電子有助于提高皮膚表面電子的二次散射劑量，因此AFM 功能的應(yīng)用可以改善淺表組織劑量。本研究以劑量學(xué)結(jié)果為依據(jù)，分析探討較優(yōu)的AFM 數(shù)值，為臨床提供參考。

本文采用VMAT 放療技術(shù)設(shè)計(jì)了3 種方案。3 組計(jì)劃PTV 的D95接近， 且3 組計(jì)劃PTV劑量均能達(dá)到95% 的處方劑量，可滿足臨床要求。AFM0.5 組Dmean為（5210.400±5.400）cGy，AFM1.0 組Dmean為（5219.600±4.200）cGy，AFM2.0組Dmean為（5175.600±4.200）cGy ；AFM0.5 組的V107%為10.090%±1.720%，AFM1.0 組 的V107%為11.020%±0.150%，AFM2.0 組的V107%為2.570%±1.520%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；AFM0.5 組HI 為1.070±0.012，AFM1.0 組HI 為1.081±0.009，AFM2.0組HI 為1.065±0.006，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。在靶區(qū)各項(xiàng)指標(biāo)的比較中，AFM2.0 組對(duì)比AFM0.5 和AFM1.0 組有明顯優(yōu)勢。由于乳腺癌淺表區(qū)域位于空氣和皮膚組織的交界面，劑量沉積的主要方式是電子污染和電子的散射累積。盡管劑量沉積差異同射野大小、源皮距（Source Skin Distance，SSD）、源瘤距（Source Tumor Distance，STD）及組織密度密切相關(guān)[18-22]，但本研究已排除SSD、STD 及組織密度的影響，通過對(duì)多個(gè)相同角度下3 組計(jì)劃射野構(gòu)型的觀察，得出射野大小差異很小，可忽略不計(jì)。

同樣，對(duì)比3 組計(jì)劃的患側(cè)肺組織V20、Dmean和淺表皮膚組織Dmean以及心臟Dmean，患側(cè)肺V20依次為（16.3±1.8）、（16.0±1.7）、（15.2±1.9）cGy；患側(cè)肺Dmean依次為（1125.6±55.4）、（1115.3±47.9）、（1106.4±51.4）cGy；淺表皮膚組織Dmean依次為（5245.9±36.1）、（5225.1±40.5）、（5186.1±37.9）cGy，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），體表皮膚的受量降低也減少了皮膚潰爛等副損傷程度，特別是心臟受量對(duì)乳腺癌放療后缺血性心臟風(fēng)險(xiǎn)控制有重要意義[23]；心臟Dmean依次為（748.1±118.6）、（787.8±104.2）、（753.5±114.8）cGy。研究分析發(fā)現(xiàn)，AFM2.0 組計(jì)劃的各項(xiàng)危及器官指標(biāo)數(shù)值均小幅優(yōu)于AFM0.5 組和AFM1.0組，且淺表皮膚組織的高量較少，3 組計(jì)劃均在皮膚與鉛門之間建立了0.5～2 cm 的空氣空腔區(qū)；而在常規(guī)的VMAT 計(jì)劃中，由于受調(diào)強(qiáng)計(jì)劃的電動(dòng)多葉光柵靜態(tài)編碼器主導(dǎo)，以靶區(qū)為目標(biāo)進(jìn)行構(gòu)型，從而使皮膚與鉛門間只有很小的空氣空腔區(qū)；盡管空氣中的電子并不會(huì)產(chǎn)生劑量沉積，但因?yàn)樘幱陂_野照射中，空氣空腔仍會(huì)充滿電子；當(dāng)電子從低密度空氣到達(dá)相對(duì)高密度的人體組織表面并發(fā)生碰撞，從而進(jìn)行散射時(shí)，3 組計(jì)劃電子會(huì)和空腔內(nèi)電子再次發(fā)生康普頓效應(yīng)和電子對(duì)等效應(yīng)，有部分電子能量會(huì)再次在乳腺淺表區(qū)域沉積，因此使用AFM功能計(jì)劃組的乳腺淺表區(qū)域比常規(guī)VMAT 計(jì)劃組會(huì)獲得更高的劑量沉積。在相同的XVMC 優(yōu)化函數(shù)及參數(shù)的計(jì)算條件下，由于AFM2.0 組比另外2 組乳腺淺表區(qū)域獲得了更高的劑量沉積，因此淺表區(qū)域的劑量優(yōu)化壓力更小，需要更少的靶內(nèi)劑量散射補(bǔ)償；而AFM0.5 組和AFM1.0 組由于乳腺淺表區(qū)域的劑量沉積相對(duì)低，因此為滿足靶區(qū)處方劑量覆蓋體積目標(biāo)，需要靶區(qū)內(nèi)部形成相對(duì)更高的劑量，從而對(duì)乳腺淺表區(qū)域進(jìn)行劑量散射補(bǔ)償。

本研究也存在一定的局限性，如沒有考慮其他更細(xì)的AFM 數(shù)值檔位，不排除有其他更適合的AFM 數(shù)值；其次，Monaco 計(jì)劃系統(tǒng)的AFM 函數(shù)功能較新、面世較晚，相關(guān)研究較少，更多使用細(xì)節(jié)還須進(jìn)一步探索。文中研究的角度也只是純粹從放療計(jì)劃本身而言，但在實(shí)際臨床治療中會(huì)受呼吸胸廓運(yùn)動(dòng)的影響。由于實(shí)際治療中體表劑量尚未可知，因此后續(xù)研究可加入體表膠片劑量進(jìn)行測量驗(yàn)證。

4 結(jié)論

綜上所述，醫(yī)科達(dá)Monaco TPS 的AFM 功能在乳腺癌根治術(shù)后容積調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃中具有實(shí)際的臨床應(yīng)用意義。考慮靶區(qū)和皮膚劑量學(xué)因素，AFM 數(shù)值為2 cm 是一個(gè)較優(yōu)的推薦值，可有效提高淺表靶區(qū)劑量，無大量熱點(diǎn)，從而提高療效，減少危及器官和皮膚損傷，降低乳腺癌原位復(fù)發(fā)的可能。