三种全乳同步瘤床加量调强放疗计划的比较

上海交通大学医学院附属第九人民医院黄浦分院放疗科，上海 200011

目前保乳手术+术后放疗已成为早期乳腺癌的标准治疗模式［1-3］。保乳术后放疗靶区包括患侧全乳及术后瘤床。全乳放疗同步瘤床推量对比续贯瘤床推量，可缩短总的放疗疗程时间，降低正常组织（尤其是皮肤）的受照射剂量［4-5］，降低治疗总费用［6］，提高患者治疗的依从性［7］。此外，各种调强放疗技术也越来越多地应用于保乳术后的放疗中，其优势包括更加均匀的靶区剂量分布与更低的正常组织受照射剂量［8］，可能有利于提高早期保乳术后患者远期的生活质量。本研究旨在通过对采用3种不同的适形调强放疗（intensity-modulated radiation therapy，IMRT）技术设计的早期乳腺癌保乳术后放疗计划相关参数进行比较，分析3种IMRT技术适合应用的患者人群。

1 资料和方法

1.1 病例选取

随机选取上海交通大学医学院附属第九人民医院黄浦分院放疗科2018年度收治的女性早期乳腺癌保乳术后患者50例，左、右侧乳腺癌各25例。年龄30～79岁，采用美国东部肿瘤协作组（Eastern Cooperative Oncology Group，ECOG）PS评分为0～1分，术后分期按美国癌症联合会（American Joint Committee on Cancer，AJCC）第8版分期标准分为T1-2N0M0期，其中腋窝淋巴结的手术方式包括前哨淋巴结活检22例，腋窝淋巴结清扫28例。

1.2 CT模拟定位

所有患者均借助体位固定装置Civco P109444-PSR-2C-30臂托（arm support）按治疗体位固定，并采用荷兰飞利浦公司Brilliance 16排大孔径CT模拟定位机扫描定位。扫描范围头端至舌骨体平面，尾端至上腹部，层厚5 mm连续扫描，将图像传输到Eclipse 11治疗计划系统。

1.3 靶区与正常器官勾画

放疗靶区依据国际辐射学单位委员会（International Commission Radiological Units，ICRU）第83号报告的定义，包括临床靶区（clinical target volume，CTV)及计划靶区（planning target volume，PTV）。

全乳CTV按照美国肿瘤放疗组（Radiation Therapy Oncology Group，RTOG）乳腺癌放疗靶区勾画图谱介绍的范围进行勾画［9］，瘤床CTV按照术中留置的钛夹范围外扩1～2 cm进行勾画，前后界同全乳CTV。PTV是在CTV基础上向前、后、内、外界各外扩7 mm，上、下界各外扩1 cm，其中前界皮肤内收5 mm，后界避开患侧肺。正常器官包括双侧全肺和心脏，双侧肺分别勾画。

1.4 处方剂量、危及器官限量与治疗计划的设计

全乳靶区处方剂量50 Gy/25次/5周，瘤床靶区同步推量至60 Gy/25次/5周，要求95%的处方剂量覆盖100%的PTV。正常器官限量：同侧肺V5＜75%，V20＜30%，V30＜20%；全肺V5＜45%，V15＜30%；心脏：左乳癌V25＜10%，右乳癌V15＜5%；对侧乳房：D2＜10 Gy，Dmean＜5 Gy［10-11］。所有计划均采用6 MV X射线，均需满足以上剂量要求。

1.4.1 正向IMRT

全乳靶区采用常规切线野入射角度为主照射野角度，并在内外切线方向设置2～3个子野，人工调整主野及子野的剂量权重与跳数（minute，MU）以实现与靶区适形的高剂量区。如靶区局部剂量不足，考虑再予1～2个子野进行剂量补充。针对瘤床靶区增设2～3个射野，实现同步推量。

1.4.2 逆向IMRT

采用常规切线入射角度设置7～8个照射野，剂量率为400 MU/min。根据靶区形状体积选取适当的计划中心，以右侧乳腺癌为例：靶区长度的中点，腋中线附近，胸骨靠患侧6～8 cm，分别确定X、Y、Z坐标，给予40°至60°的射野角度，对侧射野角度为240°至220°。同时在射束方向视图（beam eye view，BEV）下调整小机头角度，使射野的长轴与肺部轮廓成切线状态，增加调制能力。逆向调强的计算过程是给予靶区要求达到的处方剂量，过程由计算机自动计算，在目标函数中输入最大照射剂量与最小照射剂量进行逆向优化。根据优化的计算结果换算每个射野的剂量权重和MU。

1.4.3 容积-旋转调强计划（volumetric modulated arc therapy，VMAT）

采用双弧照射技术，在常规切野角度的±30°范围内顺时针/逆时针旋转照射。最大剂量率600 MU/min。剂量的计算采用各项异性解析（anisotropic analytical algorithm，AAA）算法，并通过剂量成形结构（dose shaping structure，DSS）技术对剂量的冷热点进行优化。

1.5 计划比较

1.5.1 靶区剂量统计

包括全乳与瘤床PTV的剂量适形度（conformity index，CI）与均匀度（homogeneity index，HI）。

其中Vt表示靶区体积，Vt,ref表示靶区内处方剂量等剂量曲线所包绕的靶区体积，Vref表示处方剂量等剂量曲线所包绕的全部体积。CI的范围为0～1，越接近1，表明靶区剂量CI越好。

其中D2与D98分别表示2%与98%的PTV体积所对应的的照射剂量，即分别代表了靶区最大与最小剂量。Dp表示处方剂量。HI的范围为0～1，越接近于0，表明靶区剂量分布越均匀。

1.5.2 正常器官剂量统计

同侧肺V5、V20、V30，即受到5、20和30 Gy剂量照射的同侧肺百分体积；心脏的平均剂量（Dmean）与V25（左乳癌）/V15（右乳癌）；对侧乳腺的D2与Dmean。

1.5.3 单次MU与出束时间

计算3种计划的单次放疗各照射野的MU总和，并记录每位入组患者3种不同放疗计划的实际出束时间（beam-out time），精确到秒。

1.6 统计学处理

不同计划中每项参数的比较采用t检验，列表记录采用的形式。采用SPSS 19.0统计软件对数据进行分析，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 靶区的剂量参数

全乳靶区CI方面，逆向IMRT计划最优，VMAT计划次之，正向IMRT最低，两两比较结果差异均有统计学意义；瘤床靶区CI方面，逆向IMRT与VMAT计划相比无显著差异，但均优于正向IMRT计划（表1）。

全乳靶区剂量HI方面，总体比较与两两比较结果差异均有统计学意义，以逆向IMRT计划为最优，正向IMRT计划次之，VMAT计划则最差；瘤床靶区剂量HI方面，以逆向IMRT计划为最优，VMAT次之，正向IMRT计划最差。

图1所示为1例典型病例的3种调强计划的靶区剂量-体积直方图。全乳与瘤床靶区的95%处方剂量云图见图2～4。

表1 全乳靶区与瘤床靶区的CI与HI比较Tab.1 Comparison of CI and HI for whole breast and tumor bed target volumes

图1 3种计划全乳与瘤床PTV的剂量-容积直方图Fig.1 Comparison of whole breast and tumor bed PTV dose-volume histograms for 3 types of plan

图2 正向调强计划的全乳（A）与瘤床（B）靶区剂量云图Fig.2 Dose colour washout pictures of whole breast (A) and tumor bed (B) PTV for forward-planned IMRT

图3 逆向调强计划的全乳（A）与瘤床（B）靶区剂量云图Fig.3 Dose colour washout pictures of whole breast (A) and tumor bed (B) PTV for reverse-planned IMRT

图4 VMAT计划的全乳（A）与瘤床（B）靶区剂量云图Fig.4 Dose color washout pictures of whole breast (A) and tumor bed (B) PTV for VMAT

2.2 正常组织的剂量参数

2.2.1 同侧肺

低剂量照射体积V5，以逆向IMRT计划较低，VMAT计划与正向IMRT之间的差异无统计学意义；V20与V30的结果相似，均以逆向IRMT计划最低，VMAT次之，正向IMRT最高（表2）。

2.2.2 心脏

表3比较了心脏剂量参数，左/右乳癌心脏平均剂量（Dmean）与左乳癌的心脏V25的比较结果一致，均以逆向IMRT和VMAT计划的较低，正向IMRT计划较高。

2.2.3 对侧乳腺

对侧乳腺平均剂量（Dmean）以逆向IMRT计划为最低，VMAT计划次之，正向IMRT计划最高；对侧乳腺最大剂量（D2）以VMAT计划为最低，逆向IMRT计划次之，正向IMRT计划最高（表4）。

2.3 单次MU与出束时间比较

表5比较了单次治疗的MU和出束时间。单次治疗的MU以正向IMRT为最低，VMAT计划次之，逆向IMRT计划最高；单次出束时间的比较结果：VMAT计划最短，正向IMRT计划次之，逆向IMRT计划最长。

表2 同侧肺的剂量学参数比较Tab.2 Dosimetric comparison for ipsilateral lung

表3 心脏的剂量学参数比较Tab.3 Dosimetric comparison for heart

表4 对侧乳房的剂量学参数比较Tab.4 Dosimetric comparison for contralateral breast

表5 单次MU与出束时间的比较Tab.5 Comparison of single fraction MU and beam-out time

2.4 乳房体积对靶区及正常组织剂量的影响

50例患者以全乳PTV平均值（764.89 mL）为界限分为乳房小体积组与乳房大体积组，每组各25例。

不同乳房体积的正向IMRT/VMAT计划全乳与瘤床靶区的剂量HI、逆向IMRT全乳靶区的剂量HI差异均有统计学意义；正/逆向IMRT的单次MU、逆向IMRT单次出束时间均因乳房体积增大而增加（表6）。

表6 大/小全乳容积的靶区与危及器官的剂量学参数比较Tab.6 Dosimetric comparison of target volume and organs at risk between large/small breast volume

3 讨 论

2000年Evans等［12］报道了静态多野IMRT在乳腺切线照射治疗中的应用。该研究发现IMRT能够提高肿瘤靶区剂量CI与HI、降低正常组织的受照射剂量，这些剂量学方面的改变与临床上实现提高肿瘤局控率、改善患者生存以及生活质量的目标密切相关。随着放疗精确化技术诸如野中野正向调强、逆向调强、容积调强等逐步应用于乳腺癌的治疗，相关治疗计划的剂量学特点与疗效的研究也在国内外广泛开展［13-15］。VMAT近两年也被用于多个部位肿瘤的研究［16-17］，但在乳腺癌临床治疗中并未得到广泛运用。

保乳术后辅助放疗中，瘤床区的加量问题一直是研究的热点。如研究瘤床加量的射线性质，用X线加量还是电子线加量；研究瘤床加量的时间，是全乳放疗时同期加量还是序贯加量。全乳放疗瘤床同期加量时，瘤床分割剂量为2.4 Gy，高于常规分割剂量2.0 Gy，属于大分割。细胞动力学研究显示，乳腺癌具有高于平均值的潜在倍增时间，适于大分割照射［18］，且采用大分割照射可获得较高的放射治疗比［19］。欧洲癌症研究治疗中心（European Organzation for Research and Treatment of Cancer，EORTC）对瘤床同期加量及非同期加量照射进行了临床对照研究，结果显示，瘤床区同期加量组相较于非同期加量组20年乳腺内复发率显著减低（9%vs13%）［20］。瘤床区同期加量放疗相较于常规的序贯瘤床加量放疗而言，可显著缩短治疗的周期［21］。在剂量分布方面，可以通过治疗计划系统的优化改善瘤床区剂量分布的均匀性。在放射生物学方面，该技术提高了亚临床病灶区的单次剂量，具有更高的生物学效应［22］。因此，瘤床区同期加量放疗技术已逐渐成为保乳术后放射治疗的主流模式。

尽管2018年美国放射肿瘤学会（American Society for Radiation Oncology，ASTRO）更新了全乳大分割治疗的共识，消除了年龄、分期以及是否化疗等因素对大分割放疗应用的的影响［23］，然而，收费和患者的认知等因素限制着大分割放疗在国内的推广。

本研究采用全乳常规分割放疗与瘤床同步推量的方案，并用3种调强放疗技术设计放疗计划。研究结果显示，在全乳/瘤床靶区的CI与HI以及危及器官的剂量-体积参数方面，逆向IMRT、VMAT明显优于正向IMRT，其中逆向IMRT在大部分参数比较中的表现均体现出明显的优势，该结果与其他研究结果相符［24-25］。究其原因，逆向调强治疗计划系统中的逆向剂量参数优化功能可谓功不可没，而正向IMRT计划表现相对较差。本研究结果显示，VMAT及正向IMRT计划的单次MU与出束时间方面有优势，而逆向IMRT则劣势较明显，究其原因，可能与治疗过程中加速器持续出束被多叶光栅（multi-leaf collimator，MLC）动态滑窗屏蔽而造成了较多的无效MU有关。而VMAT尽管也有部分无效MU，但由于较高的剂量率以及连续的机架转动与MLC运动，缩短了单次治疗时间，提高了治疗效率。然而，由于照射角度的连续性，不可避免地增加了正常器官（尤其是心脏及双肺）低剂量照射容积。

本研究还显示，全乳靶区体积较大时靶区的HI较差，无论正向/逆向计划均无法克服靶区容积带来的影响。此外，较大的靶区体积增加了单次计划的总MU及出束时间，这在3种治疗计划中均有所体现。因此对于较大靶区体积的老年患者，建议采用VMAT治疗计划以缩短治疗时间并提高患者的治疗依从性，而对于靶区体积较小且需要更加强调正常器官剂量限制的年轻患者，可用逆向IMRT来实现更加符合治疗要求的剂量雕刻。

逆向计划（包括逆向IMRT与VMAT）无论在靶区的剂量学参数还是在正常组织的限量方面均优于正向IMRT。在两种逆向计划的比较方面，除了对侧乳腺最大照射剂量（D2）以外，逆向IMRT的计划参数均略优于VMAT。因此，对于那些耐受较好、有长期生存预期的中、青年放疗患者推荐使用逆向IMRT治疗，而VMAT因单次MU更少，出束时间更短，建议老年、乳房体积较大的患者采用。