最小子野宽度对乳腺癌保乳术后容积旋转调强放射治疗计划剂量分布的影响

杨海燕，高文超

1 山东省菏泽市中医医院放疗科 （山东菏泽 274000）；2 解放军总医院第五医学中心（北京 100071）

近年来，我国乳腺癌的发病率与病死率增长势头均较猛，严重影响女性的生命质量。乳腺癌保乳术是临床治疗早期乳腺癌患者的常用方式，与乳腺癌根治术的疗效相当。术后放射治疗是乳腺癌保乳治疗的重要组成部分。随着放射治疗技术的发展，目前临床常用的术后放射治疗方式包括固定野调强放射治疗（intensity modulated radiotherapy，IMRT）和容积旋转调强放射治疗（volumetricmodulated arc therapy，VMAT）两种[1-2]，且VMAT的剂量分布优于IMRT。VMAT 计划设计的可调因素较多，如优化限制条件设置、优化权重设置和优化过程控制等[3]，计划设计过程相对复杂，其中最小子野宽度（minimum segment width，MSW）的设置可直接影响子野的形状、大小和数量。本研究选取12例乳腺癌保乳术后患者，采用半弧和剪刀形切线弧设计VMAT 计划，并设置不同的MSW，在相同优化条件下进行计划优化并计算，根据剂量分布结果分析MSW 对计划质量的影响，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2019年10月至2020年12月菏泽市中医医院收治的12例乳腺癌保乳术后患者，均为女性；年龄38～65岁，平均（47±3）岁；肿瘤TNM 分期，Ⅰ期5例，Ⅱ期7例；均为左侧乳腺癌。本研究经医院医学伦理委员会批准，患者家属均签署知情同意书。

纳入标准：经病理检查确诊为乳腺癌；行乳腺癌保乳术治疗，未行锁骨上及内乳淋巴结照射，手术切缘为阴性，术后恢复良好；卡氏功能状态评分（Karnofsky performance statds scale，KPS）评分≥70分；骨髓造血、心脏、肝和肾等重要器官功能正常。

排除标准：存在放射治疗禁忌证的患者。

1.2 方法

1.2.1 CT 定位与靶区和危机器官勾画

CT 定位：嘱患者平躺仰卧，双手外展上举握杆，采用铅丝标记乳房轮廓，并用热塑膜固定；于患者自由呼吸状态下使用西门子16排诊断CT 扫描，扫描范围从颏下至膈下，扫描层厚为0.5 cm。

靶区和危机器官勾画：扫描后的CT 图像传输至医科达Monaco5.11.03治疗计划系统，由放疗医师勾画靶区[参考定位时放置的铅丝轮廓，勾画乳腺和胸大肌筋膜作为临床靶区（clinical target volume，CTV）；根据我科乳腺癌保乳术后放射治疗摆位误差的实际情况，在CTV 的基础上，向上、下方向各外放1.0 cm，前、后、左、右方向各外放0.5 cm，作为计划靶区（planning target volume，PTV）]和危机器官（包括左肺、心脏、脊髓、对侧乳腺）。

1.2.2 计划设计

本研究使用医科达Synergy医用直线加速器（40对多叶光栅）设计治疗计划，选用6 MV的X线。所选患者均设计半弧VMAT计划和剪刀形切线弧VMAT计划。如图1所示，半弧VMAT计划的射野起始角度为150°，弧长为 （200°±10°）；剪刀形切线弧 VMAT 计划的上端弧起始角为350°，弧长为（60°±10°），下端弧起始角为150°，弧长为（60°±10°）。控制点均设置为300，最大弧数为2，对半弧VMAT计划和剪刀形切线弧VMAT计划分别设置MSW为0.5、1.0、1.5 cm，处方剂量PTV为50 Gy，治疗次数25次。在相同优化条件下做计划优化（不改变优化设置条件）并做剂量计算，系统算法为蒙卡算法，将计算结果靶区剂量归一到95%体积达到处方剂量要求。

图1 半弧VMAT 计划（上）和剪刀形切线弧VMAT 计划（下）

1.3 观察指标

靶区剂量的评价指标包括适形指数（conformity index，CI）、均匀性指数（heterogeneity index，HI）、机器跳数（减少机器跳数可以缩短治疗时间，提高患者治疗时的舒适度）。按照国际辐射单位和测量委员会（International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU）83号报告[4]中的公式，CI=（VT,ref/VT）×（VT,ref/Vref），式中VT,ref为处方剂量所覆盖的靶区体积，VT为靶区体积，Vref为处方剂量所覆盖的总体积，CI 取值为0～1，越接近1表示靶区剂量的适形度越好；HI=（D2%-D98%）/D50%[11]，式中D2%、D98%、D50%分别为包围2%、98%、50%靶区体积的最小剂量，HI 越接近0表明靶区均匀性越好。

危及器官剂量的评价指标包括左肺V5、V10、V20，心脏V10、V20、V30，以及对侧乳腺最大剂量Dmax。

1.4 统计学处理

2 结果

2.1 不同MSW 半弧VMAT 计划的剂量分布比较

不同MSW 半弧VMAT 计划的CI 比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；不同MSW 半弧VMAT计划的HI、机器跳数比较，差异有统计学意义（P＜0.05）；不同MSW 半弧VMAT 计划危机器官剂量分布比较，差异均无统计学意义（P＞0.05），见表1。

表1 不同MSW 半弧VMAT 计划的剂量分布比较（±s，12例）

表1 不同MSW 半弧VMAT 计划的剂量分布比较（±s，12例）

注：VMAT 为容积旋转调强放射治疗，CI 为适形指数，HI为均匀性指数

指标0.5 cm MSW 1.0 cm MSW 1.5 cm MSWFP CI 0.86±0.03 0.84±0.04 0.84±0.04 2.39 0.18 HI 0.09±0.01 0.10±0.02 0.13±0.03 8.41 0.001机器跳数897.60±98.16 657.31±70.90 613.11±54.19 10.42 0.001左肺V5（%） 48.14±11.00 47.10±10.3747.39±9.11 0.03 0.97左肺V10（%）27.44±7.3428.15±6.4829.07±6.89 0.17 0.85左肺V20（%）16.29±4.9416.94±4.6317.59±4.84 0.22 0.81心脏V10（%） 24.86±15.84 28.36±16.92 30.83±17.66 0.29 0.75心脏V20（%） 5.60±4.46 7.45±4.51 8.27±4.47 0.41 0.67心脏V30（%） 1.88±0.84 2.22±1.50 2.76±1.32 0.36 0.70对侧乳腺Dmax（Gy） 512.17±132.92 598.31±180.33 579.15±156.47 0.12 0.89

2.2 不同MSW 剪刀形切线弧VMAT 计划的剂量分布比较

不同MSW剪刀形切线弧VMAT计划的CI比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；不同MSW 剪刀形切线弧VMAT 计划的HI、机器跳数比较，差异有统计学意义（P＜0.05）；不同MSW 剪刀形切线弧VMAT 计划危机器官剂量分布比较，差异均无统计学意义（P＞0.05），见表2。

表2 不同MSW 剪刀形切线弧VMAT 计划的剂量分布比较（±s，12例）

表2 不同MSW 剪刀形切线弧VMAT 计划的剂量分布比较（±s，12例）

注：VMAT 为容积旋转调强放射治疗，CI 为适形指数，HI 为均匀性指数

指标0.5 cm MSW 1.0 cm MSW 1.5 cm MSWFP CI 0.85±0.03 0.84±0.03 0.82±0.04 2.00 0.15 HI 0.08±0.01 0.09±0.02 0.12±0.02 9.78 0.001机器跳数834.83±74.67 635.41±47.08 606.34±60.47 17.53 0.001左肺V5（%） 51.14±12.12 49.02±11.75 52.21±11.90 0.09 0.92左肺V10（%）28.57±8.14 28.24±8.40 31.13±9.41 0.28 0.77左肺V20（%）16.79±4.47 17.31±5.26 18.79±4.91 0.37 0.69心脏V10（%）10.95±5.36 10.88±6.60 12.31±7.90 0.13 0.88心脏V20（%） 3.20±2.66 3.50±2.84 4.10±3.16 0.16 0.85心脏V30（%） 1.75±1.17 1.98±1.44 2.28±1.95 0.13 0.88对侧乳腺Dmax（Gy） 727.79±140.41 709.59±160.10 787.80±186.68 0.17 0.85

2.3 HI 和机器跳数的组间比较

对表1、2中方差分析结果有统计学意义的HI和机器跳数做两两比较（SNK-q检验），结果见表3、4。表3结果显示，随着MSW 的改变，半弧VMAT 计划和剪刀形切线弧VMAT 计划的靶区均匀性变化一致，0.5、1.0 cm MSW 计划的HI 比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）；0.5、1.0 cm MSW 计划的HI 与1.5 cm MSW 计划比较，差异均有统计学意义（P＜0.05）。表4结果显示，随着MSW 的改变，半弧VMAT 计划和剪刀形切线弧VMAT 计划的机器跳数的变化是一致的，0.5 cm MSW 计划的机器跳数与1.0、1.5 cm MSW 计划比较，差异均有统计学意义（P＜0.05）；1.0 、1.5 cm MSW 计划的机器跳数比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。

表3 不同MSW 计划HI 的组间比较

表4 不同MSW 计划机器跳数的组间比较

3 讨论

近年来，有研究发现，在左侧乳腺癌患者中，VMAT 可以改善 PTV 覆盖率，并可以降低心脏的受照剂量，同时可有效缩短治疗时间，提高治疗的有效性[5-6]。对早期乳腺癌保乳术后患者采用VMAT治疗时，通常选用半弧或剪刀形切线弧进行照射，两种弧均可以满足靶区需要和危及器官的受量限制要求[7]。影响 VMAT 计划的因素包括弧数目、控制点数、MSW、计算网格等。本研究选择半弧和剪刀形切线弧两种设计方案，改变MSW，分析MSW 对乳腺癌保乳术后VMAT 计划剂量分布的影响。

在分析MSW 对乳腺癌VMAT 计划剂量的影响时，本研究关注了靶区的适形度和均匀性，靶区适形度采用CI 评价，均匀性采用HI 评价；同时，采用机器跳数评价患者治疗的舒适度，减少机器跳数可以缩短治疗时间，提高患者的舒适度[8]，且治疗时间的缩短可以降低治疗中患者发生位移的概率及靶区剂量的不确定性，并可降低加速器辐射头内的散射线数量，理论上可降低二次致癌的概率[16]。

在危及器官的受量方面，本研究参考了以往的研究结果。对于乳腺癌患者，有研究发现，当患侧肺的V20＜30%时，放射性肺炎的发生率明显降低[8-11]，且当V10＞50%时，放射相关并发症的发生率将会达到20%[12]。本研究重点关注左肺V5、V10、V20，并在设置计划优化条件中控制V20＜20%。有研究表明，对于左侧乳腺癌保乳术后患者，放射治疗可以明显增加心血管疾病的发生率，当心脏V10＞30%时，会诱发暂时性心肌灌注不足[13]。Wei 等[14]提出，不论采用何种放射治疗技术，当心脏V30＜46%时，心包积液的发生率仅为13%。Basu 等[15]研究发现，乳腺癌保乳术后患者的放射治疗与对侧乳腺恶性肿瘤的发生风险有关，因此降低健侧乳腺的受照剂量至关重要。本研究对心脏的受量主要关注V10、V20、V30，在设置计划优化条件中控制心脏V10＜30%，V30＜10%，并尽可能降低对侧乳腺的受量。

本研究结果显示，随着MSW 的增加，HI 也随之增加，机器跳数则随之减少，MSW 对半弧VMAT 计划和剪刀形切线弧VMAT 计划的靶区和危及器官剂量分布的影响较为一致；不同MSW 计划的CI、危及器官剂量分布比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；不同MSW 计划的HI、机器跳数比较，差异有统计学意义（P＜0.05）；两两比较结果显示，0.5、1.0 cm MSW 计划的HI 与1.5 cm MSW 计划比较，差异均有统计学意义（P＜0.05）；0.5 cm MSW 计划的机器跳数与1.0、1.5 cm MSW 计划比较，差异均有统计学意义（P＜0.05）。这一结果表明，MSW 的变化对靶区适形度和危机器官剂量分布的影响不大；MSW 由0.5 cm 增加为1.0 cm 时对靶区均匀形的影响不大，但当MSW 由1.0 cm 增加为1.5 cm 时，靶区的均匀形明显变差；MSW 由0.5 cm 增加为1.0 cm 时机器跳数变化较大（平均值减少200 MU 以上），而当MSW 由1.0 cm 增加为1.5 cm 时，机器跳数的变化不大。

有研究者分析MSW 对肺部肿瘤VMAT 计划的影响，结果发现，MSW 的增加可以大大降低机器跳数和控制点数，但当MSW＞1.0 cm 时，机器跳数和控制点数的降低使靶区范围内的剂量分布变差，因此认为采用Monaco 治疗计划系统设计肺癌VMAT 计划时，MSW 设为1.0 cm 相对较为合理[16-17]。Wang 等[18]研究发现，针对采用VMAT 治疗的宫颈癌患者中，在不影响靶区剂量和计划执行精准度的前提下，推荐将MSW 设为1.0或1.5 cm。

综上所述，乳腺癌保乳术后半弧VMAT 计划和剪刀形切线弧VMAT 计划的MSW 由0.5 cm 增加为1.0 cm 时，靶区适形度、均匀性和危及器官剂量分布均无明显改变，而机器跳数明显降低；MSW 由1.0 cm 增加为1.5 cm 时，靶区均匀形变差，机器跳数的变化较小；因此，本研究认为，对于乳腺癌保乳术后VMAT 计划，无论采用半弧照射还是剪刀形切线弧照射，MSW 设为1.0 cm 较为合理，如此既可保证靶区和危及器官的剂量满足临床要求，又能降低机器跳数，缩短治疗时间。