左侧乳腺癌保乳术后深吸气屏气模式下Hybrid-IMRT和Hybrid-VMAT的剂量学比较

史亚滨，黄嵘，高艳，陈洪涛，徐逸，陈伟思，梁晓敏，郑芳

1.汕头大学医学院，广东汕头 515041；2.深圳市人民医院（暨南大学第二临床医学院，南方科技大学第一附属医院）肿瘤放疗科，广东深圳 518020；3.北京大学深圳医院影像科，广东深圳 518036；4.深圳市第三人民医院感染二科，广东深圳 518112

前言

近年来，乳腺癌的发病率呈逐年上升趋势，并成为女性最常见的恶性肿瘤之一，乳腺癌保乳术后进行放疗是其治疗的主要方式［1-2］。随着放疗技术和放疗设备的发展，三维适形（Three-Dimensional Conformal Radiotherapy, 3DCRT）、静态调强（Static Intensity-Modulated Radiotherapy, sIMRT）、动态调强（Dynamic Intensity-Modulated Radiotherapy, dIMRT）及旋转容积调强（Volumetric Modulated Arc Therapy,VMAT）等先进的技术被应用到乳腺癌放疗中。

放疗过程中，患侧肺、心脏、健侧乳腺等正常组织会受到照射。为降低靶区周边正常组织的照射剂量，深吸气屏气（Deep Inspiration Breath-Hold,DIBH）技术被应用到乳腺癌放疗中。有研究表明DIBH 技术会增加心脏到胸壁的距离，减少照射野内肺叶的实际体积，降低患侧肺和心脏受照射剂量［3-5］。本研究利用光学体表监测系统（Optical Surface Monitoring System,OSMS）在DIBH 模式下对每位病例分别设计适形混合调强（Hybrid-IMRT）计划和适形混合旋转容积调强（Hybrid-VMAT）计划，对靶区、心脏、患侧肺和对侧乳腺等危及器官进行剂量学分析，对比两种治疗计划的剂量学差异。

1 材料与方法

1.1 病例选择

选取2020年7月～12月深圳市人民医院肿瘤放疗科收治的左侧乳腺癌保乳术后患者30 例。排除4例因屏气时间不够及其他原因无法配合DIBH 治疗的患者；其余26 例患者平均年龄（44.31±5.53）岁，AJCC 第八版乳腺癌分期为0-ⅡA 期Tis-2N0M0，心肺功能正常，KPS评分≥80，照射范围为患侧胸壁。

入组标准包括：（1）左侧乳腺癌保乳术后患侧上肢经训练可充分上抬外展；（2）可配合呼吸门控；（3）DIBH时间＞30 s；（4）无支气管炎、哮喘等呼吸系统疾病。

排除标准包括：（1）对呼吸门控恐惧，无法配合呼吸控制；（2）训练后，患侧上肢仍无法充分上抬外展；（3）DIBH 时间＜30 s；（4）患有支气管炎、哮喘等其他呼吸系统疾病。

1.2 体位固定及CT模拟定位

CT 定位扫描前，患者进行DIBH 训练，确保患者DIBH 时间＞30 s。所有患者均使用真空垫进行体位固定，双手上举置于头顶。铅丝标记患侧乳腺范围，激光灯标记等中心位置，贴好铅点。采用德国Siemens SOMTOM Definition AS 64排大孔径CT 模拟机，扫描范围上至下颌骨下缘，下至乳腺皮肤褶皱下10 cm（第10 胸椎水平），层厚5 mm。所有患者均采集自由呼吸（Free Breath, FB）和DIBH 两组CT图像。

1.3 靶区勾画

将CT 图像传至Eclipse13.1（Varian）治疗计划系统，由同一主治医师进行靶区和危及器官勾画，经上级医师审核。本研究中所有患者均已将肿瘤切除，无锁上淋巴结转移。因此，只勾画临床靶区（Clinical Target Volume, CTV）和计划靶区（Planning Target Volume, PTV）。临床医师根据RTOG 标准勾画出CTV，PTV在CTV基础上向内、外、后方向外扩0.5 cm，上下方向各外扩1.0 cm，前界在皮下0.3 cm处［6］。

1.4 计划设计

使用美国瓦里安（Varian）公司Eclipse13.1 计划系统和TrueBeam 直线加速器，6 MV X 线，剂量率600 MU/min，计算网格0.25 cm，各向异性分析算法（Anisotropic Analytical Algorithm，AAA）算法进行Hybrid-IMRT 和Hybrid-VMAT计划设计。 其中3DCRT与IMRT和VMAT所占处方剂量的比例为4：1［7-8］。3DCRT计划使用2野，采用切患侧肺组织最少的射野角度，形成切线野（图1a）。适形野的多叶准直器（Multileaf Collimator,MLC）在皮肤表面扩开2 cm 距离，确保靶区在照射野范围内。IMRT 计划采用4 野计划，其中1 野和2 野采用与3DCRT 射野相同的角度，3野和4野在1野和2野的基础上分别提高或降低15°～20°（图1b）［9］。调整小机头角度和铅门大小，通过射野方向观（Beam Eyes View,BEV）确保照射野将整个PTV 包括在内，锁定铅门（图1c）。VMAT 计划射野为180°双弧，与3DCRT 两野角度相同（图1d），其中VMAT 计划设计利用Eclipse 的Avoidance Sectors 功能使机器在整条弧中间50°不出束，两侧各有65°的出束角度。

图1 两种混合计划射野布置Figure 1 Field arrangements of two hybrid plans

给予PTV 处方剂量50 Gy，2 Gy/次，25 次，瘤床补量不计算在内。要求100%处方剂量包绕95%PTV的体积；危及器官剂量限值：患侧肺V5＜50%、V20＜20%、V30＜20%，心脏Dmean＜500 cGy，脊髓Dmax＜4 000 cGy，对侧乳腺V5＜1%。

先设计3DCRT计划，以3DCRT为基础计划分别设计IMRT和VMAT计划，IMRT和VMAT计划占总处方剂量的20%。所有患者均设计Hybrid-IMRT和Hybrid-VMAT混合计划，这两种混合计划优化条件一致。

1.5 治疗计划评价指标

分析对比Hybrid-IMRT 和Hybrid-VMAT 两种混合调强技术PTV 的D90、D98、D5、D2、Dmean（Dx为x%靶体积接受的照射剂量）；同时对PTV 的适形度指数（Conformity Index, CI）、均匀性指数（Homogeneity Index, HI）和剂量梯度指数（Gradient Index, GI）进行比较。计算公式如下。

其中，Vt,ref为95%的处方剂量包绕的靶区体积；Vt为PTV 的总体积；Vref为95%的处方剂量曲线包绕的总体积［10-11］。CI越接近1表明靶区的适形度越好。

其中，D5为5%的PTV 体积接受的照射量；D95为95%的PTV 体积接受的照射量；Dp为处方剂量。HI 越接近0表明靶区的均匀性越好。

其中，V50%为50%处方剂量曲线包绕的体积；Vp为处方剂量曲线包绕的体积。GI越小表明剂量在靶区以外的部分跌落越快，对正常组织保护越好［12］。

比 较分析患 侧肺V5、V20、V30及Dmean，心 脏V10、V30、V40及Dmean，对侧乳腺V5、Dmax及Dmean，脊髓Dmax。

1.6 统计学方法

采用SPSS 25软件对数据进行统计学分析。服从正态分布数据采用配对样本t检验，连续变量以均数±标准差表示；不服从正态分布数据采用非参数秩和检验，以中位数表示。P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 PTV剂量参数分析

由表1 可知，26 例乳腺癌保乳术后患者的Hybrid-IMRT 及Hybrid-VMAT 计划均可满足临床剂量学要求，乳腺靶区95%以上PTV 体积达到处方剂量的标准。具体病例的剂量体积直方图见图2。

图2 两种混合计划的DVH图Figure 2 DVH of two hybrid plans

表1 两种不同混合计划PTV剂量参数比较（± s）Table 1 Comparison of PTV dose parameters between two different hybrid plans(Mean±SD)

表1 两种不同混合计划PTV剂量参数比较（± s）Table 1 Comparison of PTV dose parameters between two different hybrid plans(Mean±SD)

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Hybrid-VMAT 计 划PTV 的D90、D98及HI 优 于Hybrid-IMRT 计划，差异有统计学意义（P＜0.05），Hybrid-IMRT 计划GI 优于Hybrid-VMAT 计划，差异有统计学意义（P＜0.05），但对于PTV 的D2、Dmean及CI，两种计划没有明显差异（P＞0.05）。

2.2 危及器官的剂量学比较

由表2 可知，Hybrid-IMRT 计划的患侧肺V5、V20、V30和Dmean均优于Hybrid-VMAT 计划，差异有统计学意义（P＜0.05）。Hybrid-IMRT 计划在心脏V10、Dmean上明显优于Hybrid-VMAT 计划，差异有统计学意义（P＜0.05）。Hybrid-IMRT 计划在对侧乳腺V5、Dmean上优于Hybrid-VMAT 计划，差异有统计学意义（P＜0.05）；Hybrid-IMRT 计划对侧乳腺Dmax虽低于Hybrid-VMAT 计划，但差异无统计学意义（P＞0.05）。Hybrid-IMRT 计划脊髓Dmax明显低于计划，差异有统计学意义（P＜0.05）。

表2 不同混合计划危及器官剂量参数比较Table 2 Comparison of organs-at-risk dose parameters between different hybrid plans

3 讨论

乳腺癌保乳术后进行放疗是乳腺癌治疗的重要组成部分［13］，先进的治疗技术保证了乳腺癌患者更好的治疗效果和更高的生存率。但是，放疗对心脏、肺、对侧乳腺及脊髓等正常组织造成损伤。因此，最近的研究都集中在了呼吸控制的新技术的应用上，特别是DIBH 技术。DIBH 技术可以降低因呼吸运动产生的靶区移动，更重要的是它可以明显减少危及器官特别是肺和心脏的受照射体积，降低靶区周边正常组织的照射剂量［14-15］，因此，本研究均采用了DIBH技术。

本研究的两种混合调强计划方案中，在适形野满足靶区处方剂量80%覆盖的基础上，IMRT 计划和VMAT 计划对适形野的靶区进行补量。对于PTV 的D90、D98及HI，Hybrid-VMAT计划明显优于Hybrid-IMRT 计划，差异有统计学意义（P＜0.05）；对于CI 和D2，差异无统计学意义（P＞0.05）；但Hybrid-IMRT的GI 优于Hybrid-VMAT 计划，差异有统计学意义（P＜0.05）。两种混合计划的剂量分布均能满足临床治疗要求，其中Hybrid-VMAT 计划在靶区剂量对比上要稍优于Hybrid-IMRT计划。

本研究中Hybrid-IMRT 计划在提高靶区均匀性的同时，显著降低了患侧肺和心脏的受照射体积，与Bi 等［16］、Karpf 等［17］和Gortman 等［18］结果一致。Hybrid-IMRT计划患侧肺V5、V20、V30、Dmean均 低于Hybrid-VMAT 计划，差异有统计学意义（P＜0.05）。Santos 等［19］表明患侧肺的剂量是影响乳腺癌患者放疗后生存率的重要因素；同时患侧肺V5的受照射剂量是造成放射性肺炎的主要原因［20-21］。本研究中，与Hybrid-VMAT 计划相比，Hybrid-IMRT 计划在患侧肺的V5、Dmean中有明显优势，此结果与刘洋等［22］研究结论一致。Hybrid-IMRT 计划在心脏V10、Dmean上优于Hybrid-VMAT 计划，差异有统计学意义（P＜0.05）；但心脏V30和V40的比较差异不明显，无统计学意义（P＞0.05）。Sakyanun 等［23］研究表明心脏Dmean每增加1 Gy，心血管意外的发生概率增加7.4%。对于对侧乳腺V5、Dmean，Hybrid-IMRT计划优于Hybrid-VMAT 计划，差异有统计学意义（P＜0.05），但Dmax比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。此外，Hybrid-IMRT 计划的脊髓剂量低于Hybrid-VMAT 计划，差异有统计学意义（P＜0.05）。

本研究结果表明对于左侧乳腺癌保乳术后且无淋巴结转移的患者，Hybrid-IMRT 计划在靶区剂量分布上虽次于Hybrid-VMAT 计划，但两种计划均满足临床要求。Hybrid-IMRT 计划可以显著降低患侧肺、心脏及对侧乳腺等危及器官的受照射剂量，降低放疗毒副反应发生率，建议优先考虑采用Hybrid-IMRT技术进行计划设计。