不同胸壁补偿膜在乳腺癌放疗中的应用

盛成阳，梁恒波，程鹏，张赛，韩倩

(河南大学河南省人民医院 放疗科，河南 郑州 450003)

随着放射治疗技术的快速发展，调强放射治疗(intensity modulated radiotherapy，IMRT)已被广泛应用于临床[1]。但不同能量射线具有以下分布特性，随着射线能量的增加，深度剂量增加而表面剂量下降，高能射线进入人体组织后，其最大剂量值不在人体组织表面，而是在距体表一定距离的组织内，剂量建成区为从皮肤表面到最大剂量点的深度[2]，正由于这个特性导致乳腺癌调强放射治疗时浅表靶区剂量不足且很不确定。组织等效补偿膜的广泛应用解决了临床放疗中这一问题[3]。一般计划系统里默认的虚拟胸壁等效补偿膜都是紧贴着皮肤，而市售胸壁补偿膜尺寸大小固定，有一定硬度，不能很好地贴合于胸壁，实际应用中和皮肤存在一定间隙，容易造成胸壁浅表靶区剂量不足，从而减弱疗效，肿瘤复发可能性增加。本文通过对比市售胸壁补偿膜和根据患者自身设计的个体化3D打印补偿膜[4]对IMRT计划中肿瘤靶区剂量、重要器官剂量的影响，为乳腺癌根治术后患者行调强放疗时使用个体化3D组织打印膜提供可靠的物理数据，以便更好指导及完善临床放疗实践工作。

1 资料与方法

1.1 临床资料与设备

1.1.1临床资料 选取河南大学河南省人民医院2018年5月至2019年5月收治的14例女性乳腺癌根治术后患者，年龄为26～66岁，中位年龄为46岁。14例患者均已行乳腺癌改良根治术，有明确病理证实，分期为ⅡB～ⅢC期，均已行8个周期全身化疗。根据2019年乳腺癌NCCN指南给予术后放疗，患者均签署了知情同意书。

1.1.2设备 3D体膜打印机，飞利浦Pinnacle 9.2放射治疗计划系统，GE16排大孔径CT膜拟定位机Discovery CT 590 RT，LAP激光灯系统，CIVCO定位坐标板。

1.2 方法

1.2.1模拟定位 患者取仰卧位平躺于碳纤维体部固定板上(患者体中线与碳纤维体部固定板中线基本重合，肩部与固定板上界基本平齐)，双手抱住肘关节放置于额头，在体表确定激光定位点，应用GE16排螺旋CT行自由呼吸CT扫描，扫描层厚5 mm。对14例患者分别行CT定位，首先为覆盖胸壁市售胸壁补偿膜后的定位，其次先行不加补偿膜的定位扫描，确定好皮肤轮廓后，制作出个体化3D打印补偿膜，最后覆盖在胸壁上再进行定位扫描，图像经放疗局域网传输至Pinnacle 9.2治疗计划系统。

1.2.2个体化3D补偿膜的制作 分别对14例患者进行CT图像扫描，把扫描图像传输到放射治疗计划系统TPS中。在TPS中根据扫描图像确定肿瘤靶区范围，进行皮肤轮廓勾画，确定定制补偿膜的大小。从TPS中导出补偿膜三维轮廓到三维数据软件3D Slicer中，对补偿膜三维模型进行平滑处理。从3D Slicer中导出3D打印文件，在打印之前对模型进行切片处理。运用3D打印机A3S打印个体化补偿膜。

1.2.3计划靶区(PTV)和危及器官(OAR)勾画 定位后的14例患者胸壁靶区勾画参考RTOG乳腺癌根治术后靶区勾画标准，由同一高年资医生进行勾画。CTV范围：上界为锁骨头的下缘(第一肋骨下沿处)，下界为CT上对侧乳腺消失的平面，内界为胸骨旁线(包括手术瘢痕，不应超过体中线)，外界为腋中线(背阔肌前缘不包括背阔肌)，前界为皮肤，后界为肋骨胸膜交界处(胸大肌筋膜、胸肌间淋巴结和乳房下的胸壁淋巴引流区)。计划靶区(plan tumor volume，PTV)是在CTV基础上内界、外界和后界各外扩0.5 cm(除外肺组织)，前界仍在皮肤上，上界及下界各外扩1 cm。临床医生在靶区勾画基础上，于飞利浦Pinnacle 9.2放射治疗计划系统中，勾画危及器官(organ at risk，OAR)：患侧肺、健侧肺、心脏、肝脏及骨髓。

1.2.4计划设计 于飞利浦Pinnacle 9.2放射治疗计划系统中进行IMRT计划设计，采用6 MV-X线以等中心(SAD)方式照射，每日1次，每次2 Gy，每周5次，总量为50 Gy(5周)，分4个主野调强，分别为两切线野和两斜角野，最小跳数为5 MU，最小子野面积为4 cm2。PTV靶区体积95%PTV剂量与处方剂量50 Gy相等。PTV接受55 Gy处方剂量的体积应低于5%，PTV接受53.5 Gy处方剂量的体积应低于10%。PTV区域之外，其剂量应比处方剂量的110%要低。

1.2.5靶区剂量学分布及均匀性评估 统计出PTV的D50%、D98%、D2%、VPTV、VPres、VPres-PTV。靶区均匀性指数(homogeneity index，HI)=(D2%-D98%)/D50%×100%。HI值越小表示靶区剂量的均匀性越好。适形度指数(conformity index，CI)=(VPres-PTV×VPres-PTV)/ (VPTV×VPres)。CI值取0～1，越接近于1适形程度越高[5]。

1.2.6OAR放射剂量及体积评估 患侧肺V5、V10、V20、V30分别表示患侧肺受照剂量5、10、20、30 Gy以上的体积，Dmean表示患侧肺的平均剂量，心脏V30表示心脏受照剂量30 Gy以上的体积。OAR需对放射剂量加以限制，患侧肺V5<50%、V10<40%、V20<25%、V30<20%分别表示患侧肺受照剂量5 Gy以上的体积不超过50%，10 Gy以上的体积不超过40%，20 Gy以上的体积不超过25%，30 Gy以上的体积不超过20%，Dmean<15 Gy表示患侧肺的平均剂量不超过15 Gy，心脏V30<40%表示心脏受照剂量30 Gy以上的体积不超过40%。

2 结果

2.1 OAR剂量及体积参数个体化3D打印膜计划中患侧肺的V20、V30、Dmean及心脏的V30均低于市售组织补偿膜(均P<0.05)。见表1。

表1 个体化3D打印补偿膜与市售胸壁补偿膜的OAR剂量学比较

注：OAR—危及器官。

2.2 靶区剂量及体积参数(1)个体化3D打印补偿膜PTV中的D98%、D95%、D5%、D2%低于市售胸壁补偿膜(均P<0.05)，HI相对于市售胸壁补偿膜更具有优势(P<0.05)。(2)个体化3D打印补偿膜与市售胸壁补偿膜的PTV在VPTV、VPres-PTV、CI间的差异有统计学意义(均P<0.05)。见表2。

表2 个体化3D打印补偿膜与市售胸壁补偿膜的PTV剂量学比较

注：PTV—计划靶区；HI—靶区均匀性指数；CI—适形度指数。

3 讨论

放射治疗已成为乳腺癌综合治疗中的重要组成部分，乳腺癌根治术后的患者接受辅助放疗可提高局控率及总生存率[6]。虽然目前的放疗技术在逐渐发展，但由于高能放射线具有剂量建成区的客观特性[7]，临床上对乳腺癌根治术后的放射治疗需要精准定位靶区，提高靶区剂量分布的均匀性，减少肺组织及心脏的照射容积和照射剂量，所以在制定乳腺癌根治术后放疗计划时往往都采取添加组织等效补偿膜，以建成剂量效应补偿，从而保证浅表肿瘤获得足够的治疗剂量[8]。本文主要研究了胸壁市售补偿膜和个体化3D打印膜在靶区剂量与OAR剂量上的优劣势，为今后临床实践选择合适的放射治疗技术提供参考。

乳腺癌根治术的放射治疗中，等效组织补偿膜的临床应用对皮肤表面剂量有较大影响，它能增加皮肤剂量，如添加有效的等效组织补偿膜，可以将6 MV-X射线皮肤剂量由10%～40%提高到接近100%[9]。临床上最常应用的组织补偿膜为市售的20 cm×20 cm大小，具有一定厚度和软硬度的方形等效组织补偿膜，但人体体表往往是不平坦的甚至不规则的曲面，因此两者之间必然存在空气间隙，空气间隙的存在可降低表面剂量[10-11]。5 mm空气间隙时表面剂量就下降10%，空气间隙为5～30 mm时表面剂量变化较小，之后随空气间隙进一步增大，表面剂量又有较明显下降。为了尽可能减小不同空气间隙对测量和计算剂量的影响，保持测量和计算条件的一致，需尽可能将等效组织补偿膜贴合于皮肤表面[12-13]。本研究所使用的个体化3D打印膜新技术和市售胸壁补偿膜相比，具有保证乳腺癌根治术放疗剂量的准确性及稳定性的优点[14-15]，主要表现在以下3个方面。(1)组织均匀性好。采用聚乳酸(polylactic acid，PLA)打印出个体化模型，PLA是一种新型的生物基及可再生生物降解材料，由可再生的植物资源(如谷类秕壳、稻草、麦秆)所提出的淀粉原料制成，具有环保性、打印流动性好、无毒、不易翘边、打印的体膜收缩率低等优点。(2)个体化程度高。根据患者自身设计出来的，可以紧密贴合在乳腺癌患者的胸壁上，二者之间存在的空气间隙较小，剂量分布及计划系统剂量计算准确性高。(3)重复性好。根据个体自身设计的3D打印膜使临床治疗时靶区实际所受剂量与计划系统中的受量更为接近，更为精确[16]，可以保证分次治疗间的精确度，确保放疗剂量，从而提高乳腺癌的治疗效果。

3D打印技术因其特有的优势已经被越来越多地应用于医疗领域中，在临床的一些科室，如口腔科、骨科、眼科已被广泛使用，肿瘤放疗中的3D打印技术可以在CT扫描后根据肿瘤位置形态制作出更适合的补偿物，剂量分布会更理想，有待于进一步开展[17-18]。本研究结果显示，在靶区的剂量均匀性和适形度上，3D打印膜优于市售组织补偿膜，这与3D打印膜是根据个体设计而成，皮肤包裹效果较好，减少了与胸壁之间的空气间隙有关[19-21]。3D打印膜的重复性好，保证分次治疗的剂量，从而保证乳腺癌根治术后放射治疗的总剂量及疗效。在OAR上，相比于市售组织补偿膜，3D打印补偿膜使肺的受照体积及平均剂量减少，且心脏的受照射体积也减少，使OAR肺和心脏得到保护，减少了放疗后的不良反应。乳腺癌根治术后放射治疗中应用个性化、材质舒适、摆位重复性和贴合性好的3D打印补偿膜，可有望解决补偿膜与胸壁之间的空气间隙问题，使胸壁放疗时剂量更加精确。

综上，从精确放射治疗上来讲，等效组织膜是乳腺癌患者所需要的，因个体不同而设计的3D打印补偿膜在靶区照射剂量及重要OAR剂量的效果优于市售胸壁补偿膜，建议有条件的医疗机构可利用3D打印技术开展乳腺癌的放射治疗。