准直器角度夹角对乳腺癌容积旋转调强计划质量及剂量控制的影响

阴晓娟(通信作者)

福建医科大学肿瘤临床医学院·福建省肿瘤医院 (福建福州 350014)

随着放疗技术的快速发展，容积旋转调强放疗(volumetric modulated arc therapy，VMAT)以其较好的剂量分布与良好的危及器官保护优势[1]，成为乳腺癌放射治疗的首选方式；但目前许多研究仅单一改变准直器角度，未研究通过改变准直器角度夹角，从而获得最佳准直器角度对剂量分布、跳数、治疗时间和γ通过率的影响[2～5]。基于此，本研究旨在探讨乳腺癌双弧VMAT计划中的准直器角度夹角对计划质量与剂量控制的影响，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2021年10月至2022年5月在我院就诊的10例左侧乳腺癌术后患者为研究对象,年龄26～54岁，中位年龄42岁。术后病理分期0～IIA期，病理类型为浸润性导管癌，需要接受术后放疗。本研究经医院医学伦理委员会审核批准，患者及家属均签署知情同意书。

1.2 方法

患者取仰卧位，手臂充分上抬，采用真空垫加体部网膜固定，使用大孔径Brilliance Bigbore CT扫描(美国飞利浦公司)，层厚(层间距)为5 mm，获得患者的CT图像。

放疗科医师在CT图像上勾画靶区和危及器官。计划靶区(planning target volume，PTV)为胸壁区(PTV1)和锁骨上区(PTV2)之和，危及器官包括肺、健侧乳腺、心脏、脊髓；将勾画好的CT图像数据传输至Eclipse15.5治疗计划系统(treatment planning systems，TPS)，设计放疗计划。

PTV1和PTV2的处方剂量为50 Gy，分25次，2 Gy/次，且处方剂量至少包括95%的靶区体积。危及器官剂量约束：脊髓最大剂量(Dmax)<40 Gy，心脏平均剂量(Dmean)<7 Gy，健侧乳腺最大剂量(Dmax)<10 Gy，受照5 Gy的肺体积占肺总体积的百分比(V5)<60%，受照20 Gy的肺体积占肺总体积的百分比(V20)<20%。照射使用 Varian TrueBeam 直线加速器，X射线能量为6 MV，60对多叶准直器，中间40对的厚度为5 mm，两边各10对，均为1 cm厚(夹心组合)。

对所有患者采用双弧VMAT，顺时针起始角度为290°，终止角度为179°；逆时针起始角度为179°，终止角度为290°。两个准直器的角度设置用θ1/θ2表示，即第一和第二弧的角度，这两者之间的夹角角度用Δθ表示，分别为20°、40°、55°、70°、90°；生成具有不同θ1/θ2的计划如下：10°/350°，30°/350°，45°/350°，60°/350°，80°/350°。对于每例患者，所有计划均使用相同的剂量学约束进行优化，并归一化为95%，同时针对不同患者对优化参数进行一定的调整，确保所有计划均符合剂量标准。

1.3 评估指标

治疗方案评价包括适形指数(conformity index，CI)、均匀性指数(homogeneity index，HI)、机器跳数(monitor unit，MU)和危及器官的剂量-体积直方图(dose-volume histogram，DVH)参数被选择用于进行方案评估；均匀性指数定义为HI=(D2%-D98%)/D50%，0

随着放疗技术复杂程度的增加，为确保患者得到准确的剂量分布，在患者治疗前，必须对放疗计划进行剂量验证[7]。本研究使用Varian TrueBeam直线加速器自带的电子射野影像系统(electronic portal imaging device，EPID)剂量验证系统，其操作简单、使用方便，可及时显示剂量结果，被越来越多地用于VMAT的剂量验证。本研究统计不同准直器角度夹角的计划γ通过率，使用的标准为3%/3 mm、3%/2 mm 和2%/2 mm。

1.5 统计学处理

2 结果

2.1 不同准直器角度夹角计划治疗方案评价

表1显示了不同准直器角度夹角(Δθ)的VMAT计划剂量参数和MU，Δθ从20°变为90°及其单因素方差分析检验结果。由表1可知，30°/350°(Δθ=40°)计划表现出最好的CI、HI，说明靶区的均匀性、适形度均较好；正常组织的受量情况如下：更低的患侧肺、全肺的V5和V20；此外，在心脏和对侧乳腺的受量上，准直器角度为30°/350°(Δθ=40°)的计划也均有不同程度的下降，其MU也低于其他准直器角度差；但在健侧肺和脊髓的保护上没有优势。在30°/350°计划中与80°/350°情况下，CI提高了3.5%(P=0.007)，HI降低了20%(P<0.001)，MU减少了16.6%(P<0.001)；在肺的受量上，患侧肺的V5和V20分别降低了7.8%(P<0.001)和13.1%(P<0.001)，全肺的V5和V20分别降低了11.1%(P<0.001)和5.5%(P<0.001)；心脏的Dmean降低了5.7%(P=0.039)；并且，对侧乳腺V10降低了30.9%(P<0.001)；从表1中还可看出，准直器角度夹角Δθ越靠近40°，对危及器官的保护和靶区剂量的覆盖越具有优势。

表1 不同准直器角度的VMAT计划评估参数

2.2 不同准直器角度夹角γ通过率

如表2所示，在3%/3 mm、3%/2 mm和2%/2 mm 3种评价标准下，30°/350°计划的γ通过率明显高于其他准直器角度夹角计划(P<0.005)。

表2 不同准直器角度夹角在不同评价标准下的γ通过率

3 讨论

选择准直器角度是计划优化的重要组成部分，准直器角度对剂量分布和MU均有显著影响。有研究提出，各种最佳准直器角度设置取决于肿瘤的部位和形状[8]。对于椎骨转移，Mancosu等[9]建议使用准直器约90°的角度，使MLC叶片运动与脊髓对齐。对于前列腺癌，Li等[8]提出1个最佳剂量分布计划的准直器角度为45°。本研究分析了对于采用双弧VMAT技术的乳腺癌患者，设计5组不同准直器角度夹角Δθ对计划与剂量验证的影响，发现在Δθ=40(即30°/350°)时，获得了最优靶区均匀性、适形度及低MU；在危及器官的保护方面，除了健侧肺和脊髓外，其他均保护更好。Δθ=40°计划的患侧肺V5均比其他低，从而大大降低了乳腺癌患者放射性肺炎的发生率；另外，Δθ=40°计划的心脏Dmean更低，可更好地保护心脏。关于计划(quality assurance，QA)的质量保证，该准直器角度夹角的通过率在本研究中也显示出较好的结果，且越接近Δθ=40°，计划质量逐步得到提高。此结果可能与乳腺癌的靶区形状以及要保护的器官有关。

综上所述，准直器角度夹角Δθ的设置对左侧乳腺癌患者双弧VMAT计划具有重大影响。但本研究仅将第二弧的准直器角度固定为350°，第一弧的准直器角度由10°逐渐递增至80°，得到准直器角度设置为30°/350°(即Δθ=40)时，靶区剂量分布、危及器官受照剂量及MU几乎连续改善，显著优于其他准直器角度夹角。因此，临床在设计放射治疗计划时，应根据靶区形状和位置，选择最佳的准直器角度夹角。