早期左侧乳腺癌保乳术后IMRT与VMAT两种放射治疗技术的剂量学研究*蒙渡1

刘锐 王书文 唐丰文 杨蕴一 韩苏夏 赵新汉

(西安交通大学第一附属医院 1.肿瘤放疗科;2.肿瘤内科，陕西 西安 710061)



·论著·

早期左侧乳腺癌保乳术后IMRT与VMAT两种放射治疗技术的剂量学研究*蒙渡1

刘锐1王书文1唐丰文1杨蕴一1韩苏夏1赵新汉2

(西安交通大学第一附属医院 1.肿瘤放疗科;2.肿瘤内科，陕西 西安 710061)

目的 分析逆向调强放射治疗计划(IMRT)及容积旋转调强放射治疗计划(VMAT)在早期乳腺癌患者保乳术后辅助放射治疗中剂量学方面的优劣。方法 选择无放疗禁忌症的30例行保乳手术的早期左侧乳腺癌患者，分别制定IMRT计划及VMAT计划。通过分别比较两种计划的CI值、HI值、IHI值，以及评价两种计划危险器官受量，来分析两种治疗技术在剂量学方面的优劣。结果 两种计划的CI值差异无统计学(P>0.05)，但在靶区体积较小(<485.6 cm3)的患者中，IMRT的CI值高于VMAT计划(P<0.05)；两种计划的HI值、IHI差异无统计学意义，并与靶区体积无关(P>0.05)；另外，危险器官的低剂量区(V5、V10)在VMAT计划中显著增高(P<0.01)。结论 VMAT计划相较于IMRT计划并没有显示出适形度及不均匀度方面的优势，相反在乳腺体积较小的患者中IMRT的优势更大。另外，VMAT计划相较于IMRT计划导致了正常组织低剂量区的增加。

乳腺癌； IMRT； VMAT； 放射治疗

20世纪70年代以来，为了保障乳腺癌患者心理、生理的健全以及提高生活质量，乳腺癌手术治疗的范围趋向于逐渐变小。目前，保乳手术加前哨淋巴结活检术已逐渐取代根治性手术成为早期乳腺癌患者的标准术式[1]。保乳术后的早期乳腺癌患者需接受术后辅助放射治疗[2]。近年来，适形调强放射治疗逐渐取代切线野照射成为保乳术后的主要辅助放射治疗模式[3]。适形调强放射治疗较普通的切线野放射治疗具有更好的靶区适形度及靶区内剂量均匀度，同时可以更好的保护重要的危险器官(organs at risk，OAR)。本研究分析比较了两种调强放射治疗计划，普通的逆向调强放射治疗计划(IMRT)及容积旋转调强放射治疗计划(VMAT)，在靶区适形度、剂量分布以及危险器官的保护方面的差异。以进一步分析这两种调强放疗计划在临床应用中孰优孰劣。

1 资料与方法

1.1 病历资料 随机选取我院2013～2016年30例行保乳手术的左侧乳腺癌患者符合以下条件者：AGCC分期T1～2N0～1M0(Ⅰ～Ⅱa期及部分Ⅱb期)，KPS评分≥80分，无严重心肺功能障碍，血细胞计数、肝肾功血清学检查正常，无胸部放疗史及放疗禁忌症。30例患者中位年龄42岁，病理类型均为浸润性导管癌。

1.2 体位固定及CT影像采集 采用乳腺托架固定体位，患者取仰卧位，调节托架使患侧手臂充分上举外展，并记录托架参数。使用铅丝或铅点标定患侧乳腺范围。采用螺旋CT采集图像，扫描范围包括胸廓入口上5 cm至肋膈角下5 cm，扫描层间距为5 mm。将所采的CT图像经网络传至治疗计划系统，以备勾画靶区及制定计划所用。

1.3 靶区及危险器官的定义 靶区的定义参照ESTRO标准[4]。CTV：包括整个患侧乳腺。前界：皮肤下0.5 cm；后界：胸大肌、胸骨、肋间肌，不超过胸壁组织；头侧界：可见或可触及的乳腺组织上缘；脚侧界：可见或可触及的乳腺组织下缘；内侧界：体正中线；外侧界：乳腺反折外侧。PTV：CTV内外后界各外放0.5 cm，头侧界及脚侧界外放0.7～1.0 cm，前界不超过皮下0.5 cm。危险器官包括：心脏、患侧肺、健侧肺、脊髓及健侧乳腺。

1.4 放射治疗计划设计 治疗所用设备包括直线加速器(ELEKTA Precise)、治疗计划系统(CMS Xio)系统和CT模拟定位机(Philips brilliance CT Big Bore)。PTV处方剂量50Gy/25f。要求处方剂量至少包绕90%的PTV。高剂量区限制：V110%<10%。在进行制定计划前于模拟定位机下确定切肺体积最小的主野方向。IMRT计划设计：采用模拟定位机下确定的最小穿肺体积的两切线野方向为主野，再增加两个不同方向的辅助野(图1A)。VMAT计划设计：以模拟定位及所确定的切线野方向为起止角度，采用双弧计划(图1B)。危险器官剂量限制要求：心脏V30<20%，患侧肺、健侧肺V20<20%，健侧乳腺平均剂量(Dmean)<5 Gy，脊髓PRV Dmax<45 Gy。

图1 两种放疗计划设计图

Figure1 Radiation fields setting of IMRT and VMAT plan

注：A.IMRT计划；B.VMAT计划

1.5 两种计划的评价

1.5.1 靶区剂量评价 计划完成后，在系统生成的剂量体积直方图(Dose volume histogram，DVH)及所采集的相关数据对计划进行评价，包括以下指标：PTV 和 PGTV 的最大剂量 Dmax及最小剂量 Dmin；PTV内至少接受相应处方剂量照射体积百分比 V95%、V103%、V105%、V110%。不均匀指数(Inhomogeneity index，IHI)，以 PTV 接受<95%处方剂量与>103%处方剂量体积百分比之和来表示。适形度指数(CI)=(Vt,ref/Vt)×(Vt,ref/Vref)。其中，Vt为靶区体积，Vt,ref为参考登记量线包绕的靶区体积，Vref为参考等剂量线所包括的所有区域。均匀度指数(HI)=(D2-D98)/Dp。其中D2是指在DVH图上，2%的靶区体积所对应的剂量，这可被认为是“最大剂量”；D98是指在DVH图上，98%的靶区体积所对应的剂量，这可被认为是“最小剂量”；Dp即计划所给予的处方剂量。

1.5.2 危险器官受量评价 比较心脏、患侧肺及健侧肺所接受5、10、20、30 Gy及40 Gy剂量照射的百分体积(即V5、V10、V20、V30、V40)。比较对侧乳腺接受5 Gy剂量照射的体积(V5)及平均剂量(Dmean)。

1.6 统计学方法 采用SPSS 19.0进行统计学处理。所有数据结果采用配对t检验，检验水准为P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 等剂量曲线图和剂量分布图结果 两种计划中处方剂量曲线对靶区的包绕良好，但IMRT计划低剂量区范围显著小于VMAT计划(图2)。两种计划DVH图的PTV曲线基本重合，说明两种计划中靶区的剂量均匀度良好。但IMRT计划中OAR的曲线处于低剂量区的体积显著低于VMAT计划，说明IMRT计划对DAR有更好保护作用(图3)。

图2 IMRT与VMAT计划等剂量曲线的对比

Figure2 Isodose curve of IMRT and VMRT plan

注：A.IMRT计划；B.VMAT计划

图3 IMRT计划与VMAT计划DVH曲线

Figure3 Dose volume histogram of IMRT and VMRT plan

注：虚线为IMRT计划，实线为VMAT计划

2.2 靶区剂量、适形度和均匀度的比较 VMAT计划Dmax显著低于IMRT计划，而Dmin差异无统计学意义。两种计划的CI值差异无统计学意义，但在靶区体积较小(<485.6 cm3)的患者中，IMRT的CI值显著高于VMAT计划，且更接近于1。两种计划的HI值差异无统计学意义，并与靶区体积无关。同时，VMAT计划的V95%及V103%显著低于IMRT计划，而V105%、V110%差异无均统计学意义。两种计划的IHI值差异无统计学意义，并与靶区体积无关，见表1、2。

Table1 Dmin,Dmax,percent dose volume, CI and HI value of PTV in IMRT plan and VMAT plan

IMRTVMATPDmin(Gy)48.67±1.2748.24±2.12>0.05Dmax(Gy)56.87±2.0955.10±1.86<0.01V95%97.49±1.3694.90±1.45<0.05V103%90.14±3.2886.87±2.93<0.05V105%50.98±2.3352.15±1.07>0.05V110%12.91±0.9413.06±2.19>0.05CI0.88±0.110.86±0.22>0.05HI0.27±0.090.25±0.04>0.05IHI2.96±1.043.12±0.95>0.05

Table 2 CI，HI and IHI values in targets of different volumes

2.3 两种计划OARs剂量学比较 VMAT计划与IMRT计划相比较，心脏、患侧肺的V20、V30、V40及Dmean差异无统计学意义(P>0.05)，但OARs的低剂量区(V5、V10)在VMAT计划中增高(P<0.05)，见表3和表4。另外，VMAT计划中健侧肺及乳腺的V5、V10、Dmean高于IMRT计划(P<0.01)，见表5。

表3 IMRT与VMAT计划中心脏的受量比较

Table 4 Dose distribution of ipsilateral lung in IMRT plan and VMAT plan

IMRTVMATPV545.17±3.2655.69±3.79<0.01V1035.19±4.1541.81±3.82<0.01V2027.59±3.0530.06±1.32>0.05V3023.44±1.7023.64±3.01>0.05V4018.75±1.0219.04±1.11>0.05Dmean(Gy)19.73±7.9120.27±4.88>0.05

3 讨论

由于社会的发展，人们对生活质量要求的提高，保乳术后的放射治疗，应在保证局部控制率的同时减少治疗并发症。如何改善靶区内剂量分布的均匀性及降低心脏、肺及对侧乳腺等重要器官的受照剂量已成为讨论的重点[5]。IMRT及VMAT技术是实现更好剂量分布及更有效的保护正常器官的有效工具。但保乳术后的辅助放射治疗技术究竟应选择VMAT还是IMRT目前还有很大的争议[6-8]。本研究对这两种照射技术进行了剂量学方面的对比分析。

CI、HI及IHI是评价放射治疗技术非常重要的指标。Jin等[9]的研究结果显示：VMAT计划的CI值显著低于切线野为主的IMRT技术，并且HI值也差于IMRT技术，尤其对于左侧乳腺癌、乳房较小的患者趋势更加明显，因此此类患者不推荐使用VMAT照射技术。在另一些研究中，VMAT技术较IMRT技术表现出较好的CI值，但心脏、同侧肺及健侧乳腺受到了更高剂量的照射[10-12]。另Park等[13]研究表明，VMAT技术相较于IMRT技术具有更优的CI值，但HI值无显著差异，但同侧肺及心脏的低剂量区范围显著增高。我们的研究结果与以上结果得出了类似的结论：VMAT与IMRT相比，CI值、HI值及IHI值差异均无统计学意义。但在乳腺体积较小分组的患者中，IMRT相较于VMAT显示出在CI值方面的优势。

Table 5 Dose distribuation of contralateral lung and breast in IMRT plan and VMAT plan

IMRTVMATP健侧肺 V50.39±0.039.23±5.2<0.01 V100.05±0.052.27±1.96<0.01 Dmean(cGy)10.27305.19<0.01健侧乳腺 V53.37±2.9340.91±20.73<0.01 V100.92±1.0117.17±10.63<0.01 Dmean(cGy)47.88±23.12681.87±301.12<0.01

放射线诱发的放射性肺炎及放射性心脏病是乳腺癌放射治疗的主要的并发症，尤其在左乳癌患者，心脏接受了更多剂量的照射。Darby等[14]的研究结果显示乳腺癌对心脏的额外照射增加了患者罹患心脏病的风险。Jin等[9]指出心脏与冠脉的受照剂量体积有着密切的关系，心脏的DVH可以预测冠脉的受量[9]。而冠脉受照剂量则直接与心脏并发症相关[15-16]。而亦有研究表明肺的低剂量受照区的体积与放射性肺炎的发生密切相关。当肺的V10大于50%时，肺的并发症率可达20%[17-18]。另外，有研究指出正常组织低剂量的照射可增加继发肿瘤的患病风险[19]。乳腺的低剂量区受照剂量将会使第二原发乳腺癌的患病风险增加[20-21]。我们的研究结果显示VMAT计划中患侧及健侧肺、心脏及健侧乳腺及健侧肺的V5及V10均高于IMRT计划。但这种低剂量区受照体积的差异是否会导致放射性的心肺损伤、继发肿瘤的发生率及严重程度差异，还需要进一步的基于大样本的随机临床研究数据的讨论。

4 结论

相较于VMAT计划，IMRT计划并没有在适形度及剂量均匀度方面显示出更高的优势。在乳腺体积较小的患者中，IMRT计划适形度及剂量均匀度均优于VMAT。因此，IMRT技术可能是保乳术后辅助放射治疗的更好的选择。但剂量学数据的差异是否导致了临床疗效、并发症发生率的差异，以及VMAT计划在临床应用中的有效性及安全性尚需进一步大样本研究数据的验证。

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Comparing the radiological dose distribution between VMAT and IMRT applied in radiotherapy of early left breast cancer patients after breast-conserving surgery

MENG Du1, LIU Rui1, WANG Shuwen1,et al

(1.DepartmentofRadioOncology,TheFirstAffiliatedHospitalofXi’anJiaotongUniversity,Xi’an710061,Shanxi,China;2.DepartmentofMedicalOncology,TheFirstAffiliatedHospitalofXi’anJiaotongUniversity,Xi’an710061,Shanxi,China)

Objective To compare the radiotherapy dosimetry of IMRT and VMAT in radiotherapy for patients with left early breast cancer after breast-conserving surgery. Methods 30 left breast cancer patients after breast-conserving surgery and without radiotherapy contraindications were selected. IMRT plan and VMAT plan were formulated respectively. By comparing the CI, HI, IHI, and the dose delivered to the organ at risk between the two kinds of plan, we analyzed the pros and cons of two kinds of treatment technology. Results There was no statistically significant difference between the two plans in CI (P>0.05). However, when the volume in the target area was small (less than 485.6 cm3), the CI of IMRT plan was significantly higher and closer to 1 than that of VMAT plan (P<0.05). There was no significant differences in HI and IHI values whether the target volume was big or small (P>0.05). In addition, the low dose areas of organs at risk (V5, V10) was significantly increased in the VMAT plan (P<0.01). The Mu of VMAT was significantly higher than IMRT, with an average increase of 1.94±0.14 times. Conclusion Compared to IMRT plans, VMAT plans do not show a satisfactory advantage in conformal and dose-homogeneous degree. In patients with smaller breast, IMRT showed greater advantage. More over, compared to IMRT plans, VMAT plans resulted significant increase of low dose region in organs at risk.

Breast cancer； IMRT； VMAT； Radiotherapy

国家自然科学基金(81201680)

王书文，E-mail：wenshuwang2012@163.com

R 737.9

A

10.3969/j.issn.1672-3511.2016.11.014

2016-05-19；

2016-09-28; 编辑： 张文秀)