3FFF线束与常规2FF线束设计左侧乳腺癌保乳术后正向调强计划的比较研究

沈文同 张毅斌 贾亚军 贺晓东 蒋徐铭

上海交通大学医学院附属瑞金医院放疗科，上海市 200025

乳腺癌保乳手术加根治性放疗是治疗乳腺癌的常规途径，临床上已充分证明保乳术后加放疗的疗效等同于乳腺癌根治术[1]，并且随着放疗技术的发展，调强技术用于乳腺癌的治疗越来越普遍，研究也证明了调强技术在乳腺癌保乳术后放疗中的优势[2-3]。而近年来在调强技术的选择上，相对于逆向调强(Intensity modulated radiation therapy,IMRT)，正向调强(forward intensity modulated radiation therapy,forward-IMRT)技术也可以称为野中野调强(Field-in-field intensity modulated radiation therapy,FIF-IMRT)，在乳腺癌的保乳治疗中被更多的广泛应用。其计划设计与逆向调强计划不同，一般采用X线6MV设计正向调强计划，但是采用的线束都是使用常规的有均整滤过器线束(Flattening Filter，2FF)。本研究准备采用无均整滤过器的线束(Flattening Filter Free，3FFF)设计乳腺癌的正向调强计划，利用3FFF线束的尖脉冲形的profile分布来抵消乳腺组织自然弓起来的外形，与用2FF线束设计的计划进行比较，研究3FFF是否达到更好的剂量学效果，为临床正向调强计划选择线束提供依据。

1 对象与方法

1.1 对象 随机选取2019年7—12月6例在我院收治的左侧乳腺癌保乳术后放疗的患者，年龄43～51岁，平均年龄46.5岁；心肺功能正常，全部为浸润性导管癌，无腋下淋巴结转移及镜下切缘阴性，预备进行全乳照射。

1.2 设备 Philips Brillance大孔径16排CT模拟定位机，CIVCO公司乳腺体位固定装置(红色臂托)，美国瓦里安公司Eclipse13.6版本计划系统，治疗加速器为瓦里安公司edge。

1.3 CT模拟定位 用Philips大孔径16排CT模拟机行螺旋CT扫描，病人使用CIVCO公司红色臂托固定板定位，上肢上举，平躺仰卧位，头偏向健侧乳腺，体表标记激光定位线。平静状态下CT扫描范围为胸廓入口上5cm到肺底下5cm，扫描层厚3mm，扫描后图像用DICOM传输至瓦里安Eclipse13.6计划系统。

1.4 靶区与关键器官勾画 由放疗医师根据靶区勾画标准勾画临床靶区(CTV)、计划靶区(PTV)，双侧肺、心脏、脊髓等关键器官(OAR)。

1.5 处方剂量与常规2FF线束计划设计 处方剂量为大分割267cGy/次，15次，设计正向调强计划，采用常规2FF线束X线6MV设计。依据PTV头脚方向外放0.5cm，胸壁往外往前外放1.5cm，内侧和后界不放，生成P-PTV，再对P-PTV设计切线方向的1对外放margin 0.5cm的适形对穿野，给予处方剂量为大分割267cGy/次，15次，90%PTV的体积达到267cGy。计算剂量后调节权重，使得处方剂量线基本包绕靶区PTV，最大剂量Max不超过处方剂量的125%，然后开始加子野，按照分级调整的方式逐级降低剂量最高点。从高到低进行调整，最后通过几节的调制使得最高剂量<108%。

一般分级调整时按照外切、内切射野方向轮换调制，根据需要也会在某个方向多加几个射野进行调制；另外再对剂量冷点进行调整，通过补加小射野的方式使得PTV最小剂量Min不小于处方剂量的80%。

1.6 3FFF线束计划设计 处方剂量同常规线束，正向调强计划设计时采用3FFF线束6MV设计，靶区仍然同上生成P-PTV，外放margin 0.5cm，设计过程与常规线束类似。但是调制时是从靶区中间层面的中央开始生成各级子野降低Max剂量，从中间到头脚的方向进行逐级调制，这点与常规线束不同，这是因为采用了3FFF线束，其射野中心的剂量最高，并向射野边上递减，造成Max点先出现在乳腺靶区中间层面；而常规线束调制时Max点先出现在乳腺靶区外侧即乳头所在的区域，调制时是从外向里生成子野进行Max剂量调制。在计划设计过程中发现用3FFF线束设计计划时，过程很顺畅，一般不需要用小野补量，就可以达到处方剂量要求，这点相对于常规线束来说是明显的优点；常规线束设计过程中往往不顺畅，会出现Max剂量调不下来，或者调下来却出现PTV处方剂量不足的情况，或者Min剂量需要多次小野补量才能提上来，导致有的正向计划难以使靶区高量、低量都达到处方剂量的要求。

1.7 计划评估与比较 将常规2FF线束与3FFF线束设计的计划相互比较，比较的指标有PTV的D2、D98、Dmean、适形度指数(Conformity index，CI)、均匀性指数(Homogeneity index，HI)。CI=(Vt，ref/Vt)×(Vt，ref/Vref),HI=(D2-D98)/D处方，其中Vt为靶区的体积，Vt,ref为参考等剂量线面所包绕的靶区体积，Vref为参考等剂量面所包绕的所有区域的体积，D2为2%的靶区体积所得到的剂量，D98为98%的靶区体积所得到的剂量，D处方指计划给予的处方剂量，Dmean为器官的平均剂量，CI值在0～1之间，CI越接近于1，适形度越高；HI值越小，表明靶区剂量均匀性越好。关键器官比较患侧肺的V30、V20、V10、V5、Dmean，健侧肺的Dmean和心脏的Dmean、V30，另外再比较靶区和关键器官的等剂量线分布和剂量体积直方图(Dose volume histogram,DVH)，还比较每例计划所花费的总机器跳数(Monitor unit，MU)。

2 结果

2.1 靶区的剂量指标及MU 6例患者使用两种线束设计计划的靶区剂量学及MU比较，3FFF线束的HI优于2FF，差异有统计学意义(P<0.01)；3FFF线束的Dmean小于2FF，更接近于处方剂量4 005cGy，差异有统计学意义(P<0.05)；两种线束的CI差异无统计学意义(P>0.05)。2FF线束的MU小于3FFF线束，差异有统计学意义(P<0.01)。见表1。

表1 6例患者2FF线束与3FFF线束计划靶区剂量学及MU比较

2.2 关键器官的受量 6例患者2FF线束与3FFF线束关键器官的剂量学比较，患侧肺的V5指标3FFF小于2FF，差异有统计学意义(P<0.01)，其他指标V30、V20、V10、Dmean，以及心脏的V30、Dmean，健侧肺的Dmean两种线束的计划都能满足临床关键器官的剂量限制要求，差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。

表2 6例患者2FF线束与3FFF线束关键器官的剂量学比较

2.3 剂量分布图和DVH图 1例典型病例的两种线束的正向调强计划剂量分布图和DVH图分别见图1和图2。从图1中可以看出3FFF线束的剂量分布较2FF的更均匀，剂量热点区域更小；DVH图上也表明3FFF的靶区PTV的线较2FF更陡直，显示出了更好的剂量均匀性。

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图2 1例典型病例正向调强计划的DVH比较图

3 讨论

乳腺癌保乳手术后的放疗是治疗早期乳腺癌的标准模式，术后放疗不仅能够显著降低局部复发率，而且还能改善患者的远期生存质量，并且能够获得良好的美容效果。保乳手术后放疗常见的并发症主要有放射性肺炎、放射性心脏损伤和放射性皮肤损伤，而如果是左侧乳腺癌，心脏总是不可避免地受到部分体积的照射[4]。许多研究发现患者放疗后远期的死亡率增加，其主要因素是由于放射诱导的冠状动脉缺血性心脏病所致，而非乳腺癌本身，并且冠状动脉缺血性心脏病的发生率与放疗时心脏受照体积相关。

乳腺癌保乳术后放疗技术有常规切线野、3DCRT、IMRT、ARC等，有研究已证实IMRT技术在控制靶区适形度、靶区剂量均匀性及减少肺的高剂量等方面明显优于常规切线野和3DCRT[5]。而IMRT又可分为逆向和正向两种方式，现在各大肿瘤医院和放疗中心越来越倾向采取正向调强方式。正向调强技术可以最大限度地保护肺和心脏免受高剂量的照射，使晚期心脏的毒性发生概率大幅降低，尤其对于左侧乳腺癌患者来说，更是显著降低了心脏的受照剂量体积，并减少了左肺的高剂量区的受照体积，从而大幅降低了发生放射性心脏损伤、放射性肺炎的风险，另外正向调强技术还可以使OAR的近期不良反应率显著降低[6]。

现在临床上正向调强一般采用常规的X线6MV，射束以2FF方式为主，然而本研究却从采用的射束种类上来着手，比较2FF和3FFF之间的计划差别，研究以3FFF线束来设计计划是否有优于2FF的优势。

从结果上分析，3FFF线束计划靶区PTV的HI较2FF计划的更小一些，平均剂量Dmean也更小一些，更接近处方剂量4 005cGy，差异有统计学意义。这应该是3FFF线束的射束特性所导致的，3FFF线束的profile分布本身为尖脉冲形的分布，在乳腺癌的正向调强中正好利用这个尖脉冲来抵消保乳术后乳腺外形的自然弓起来的形状，所以较2FF线束平坦的profile分布来说，能抵消掉这种靶区组织弓形的差异，最终结果导致了靶区的HI和Dmean更好一些；再从图1和图2中1例典型患者的等剂量分布和DVH曲线来看，3FFF线束的剂量分布较2FF的更均匀，剂量热点区域更小；靶区PTV线3FFF的较2FF更陡直，也充分说明了这一点。

另外本研究在计划设计时，发现采用3FFF线束设计调制高剂量的子野是从靶区的中间层面向头脚两侧方向逐级添加的，这点与2FF计划不同，2FF计划是从靶区外侧逐级向内侧添加子野来挡住高剂量区，这也正是体现了3FFF线束的尖脉冲形状不同于2FF的平坦的profile特性所导致的结果。从计划设计过程中发现，3FFF计划较2FF设计过程更流畅，更容易实现靶区处方剂量的分布，计划调整起来的难度降低，一般不需要小野补剂量冷点。

还有瓦里安edge加速器3FFF线束X-6MV剂量率最高可以达到1 400MU/min，而2FF线束为600MU/min。2FF计划的平均MU为341.5，3FFF的为476.5，虽然3FFF线束的MU比2FF线束的平均多了135MU，但是两种计划射野角度差不多，在这样的情况下3FFF采用1 400MU/min剂量率执行所花费的总时间还是明显小于2FF，3FFF治疗的时间就缩短，治疗效率就更高。因为在乳腺癌的治疗过程中，由于呼吸运动的影响，更短的治疗时间有利于患者保持同一体位，从而减少治疗误差，有利于提高治疗质量以及加速器的使用效率[7-9]。

二种线束设计的计划，患侧肺的V5指标3FFF的为21.70小于2FF的22.84，差异有统计学意义(P<0.01)。预测放射性肺损伤的指标有一系列剂量体积参数，有一项研究非小细胞肺癌的放射性损伤得出结果：V5指标是肺放射性损伤的独立预后因素[10]，根据此研究可以预测3FFF计划的放射性肺损伤可能较2FF更小。二种线束的计划其他指标包括靶区的CI、患侧肺(左肺)的Dmean、V5、V10、V20、V30、健侧肺(右肺)Dmean、心脏的Dmean和V30结果都接近，差异无统计学意义，从图2患者的DVH图中也可以看到关键器官的线基本重合。分析以上结果原因正是由于正向调强计划本身为不断地利用小子野来局部挡住靶区的高剂量区，通过多次的分级调整，基本上可以使靶区的最高剂量减小到处方剂量的108%以下，无论是采用2FF线束还是3FFF线束都是这样的设计过程，所以最终的剂量分布，二种线束并没有表现出很大的差异，2FF和3FFF都可以用来设计正向调强计划。

综合以上分析，3FFF设计的计划较2FF还是有优势的，体现在靶区的HI更小和Dmean更接近处方剂量，靶区DVH线更陡直，计划设计过程更流畅，治疗效率更高等，据上得出本研究的结论：从临床角度出发，乳腺癌的正向调强计划，推荐采用3FFF线束设计计划会更好。