VMAT 混合布野在左侧乳腺癌胸锁联合放疗中的可行性研究

刘 灏

（皖北煤电集团总医院（蚌埠医学院第三附属医院）放射治疗室，安徽 宿州 234000）

0 引言

根据2020 年全球癌症统计数据，乳腺癌是女性常见的恶性肿瘤，其发病率已经超过肺癌，成为全球第一大癌，在绝大多数国家中的发病率和死亡率均排名第一[1]。在中国，乳腺癌的发病率和死亡率均呈上升趋势[2]。根据现行乳腺癌治疗指南[3-5]，乳腺癌术后放疗可大大降低局部复发率，提高患者的预后。目前大量研究[6-9]采用固定野调强放疗（intensity-modulated radiation therapy，IMRT）和容积旋转调强放疗（volume modulated arc therapy，VMAT）技术进行乳腺癌放疗计划设计，根治术后靶区通常包括胸壁和锁骨上区域，照射范围大，导致危及器官（organ at risk，OAR）大量暴露在照射野内，如何更好地保护危及器官是乳腺癌放疗计划设计的重点。本研究提出一种以VMAT 技术为基础的混合布野的方法HVMAT（hybrid-VMAT），并比较该方法与常规dMLC（dynamic multi-leave collimators）和VMAT 方法的剂量学差异，旨在证明HVMAT 方法在左侧乳腺癌胸锁联合放疗中的可行性，为临床放疗计划设计提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2021 年2 月至2022 年3 月在皖北煤电集团总医院治疗的左侧乳腺癌根治术后患者21 例。纳入标准：（1）原发灶均经病理证实为乳腺癌；（2）左侧患病并经乳腺癌改良根治术治疗；（3）符合放疗指征，需进行锁骨上区域预防照射；（4）无其他部位肿瘤；（5）KPS 评分≥70 分；（6）病历资料完整。排除标准：（1）无法配合完成放疗者；（2）预计总生存期≤3 个月的患者；（3）有严重的心、肝、肾功能损害及严重内科合并症的患者。本研究中患者均为女性，年龄39～69 岁，中位年龄为54 岁。

1.2 CT 定位及放疗计划设计

患者采取仰卧位体位，头部垫头枕，并使用热塑膜固定，然后在飞利浦PET-CT 上进行定位扫描，重建层厚为5 mm。将扫描图像传输至Monaco 5.11 计划系统中，医生按照ICRU 83 号报告[10]和国内指南[3-5]勾画临床靶区（clinical target volume，CTV）和各危及器官。CTV 勾画范围为患者胸壁和锁骨上下预防照射区域；在CTV 三维方向外放0.5 cm 生成计划靶区（planning target volume，PTV）。受剂量建成效应影响，将PTV 内收至皮下0.3 cm。

放疗计划处方为PTV 50 Gy/25 次，采用医科达Precise 加速器进行治疗，能量选用6 MV X 射线，多叶光栅型号为MLCi2（含40 对叶片，叶片厚度均为1 cm），优化算法为蒙特卡罗算法，计划计算网格为0.3 cm，整个计划的计算不确定度为0.7%。为每位患者均设计3 种放疗计划。（1）HVMAT 计划：在胸骨旁1～3 肋间隙位置将PTV 分为上、下2 个部分（如图1所示），分别命名为PTV_UP 和PTV_DOWN。放疗计划采用3 个双弧射野，第一射野起始于290°，终止于180°，准直器旋转90°，仅照射PTV_UP；第二射野起始于290°，终止于170°，准直器设置为0°，仅照射PTV_DOWN；第三射野起始于290°，终止于180°，准直器设置为0°，射野尺寸为AUTO 模式。（2）dMLC计划：计划设计7 个射野，射野角度在290°、300°、310°、0°、130°、140°、150°，根据PTV 的射野方向观（beam’s eye view，BEV）调整准直器角度和微调机架角度，以保证最优的剂量分布。（3）VMAT 计划：设置起始角度为290°、终止角度为170°、准直器为0°的双弧射野。3 种放疗计划均使用同一等中心，最小子野宽度均为0.5 cm，通量平滑模式为LOW。所有计划设计完成后，将处方剂量归一至95%的靶区体积。

图1 PTV 分割示意图

1.3 放疗计划评估指标

根据剂量体积直方图（dose-volume histogram，DVH）对PTV 和危及器官的剂量以及计划参数进行评估。对于PTV，评估最小剂量（D98）、最大剂量（D2）、平均剂量（Dmean）、均匀性指数（homogeneity index，HI）和适形性指数（conformity index，CI）。其中HI=D5/D95，D5表示5%的靶区体积受到的剂量，D95表示95%的靶区体积受到的剂量[11]。HI 越接近1 表示靶区剂量的均匀性越好。CI=（VTref/VT）×（VTref/Vref），VTref为参考等剂量线面所包绕区域体积，VT为总的靶区体积，Vref为参考等剂量曲线包绕的PTV 体积[12]。CI 的取值范围为0～1，越接近1 表示适形性越好。危及器官主要包括患侧肺（左肺）、健侧肺（右肺）、心脏、脊髓，主要评估左肺V30、V20、V10、V5和Dmean，右肺V5和Dmean，心脏V30和Dmean，脊髓Dmax。

1.4 统计学方法

使用SPSS 27.0 软件进行数据处理，采用单因素方差分析对3 组数据进行比较，并采用邓肯多重比较（Duncan's multiple range test，DMRT）进行齐性子集检验。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 3 种计划PTV 剂量分布比较

3 种计划的PTV 剂量分布比较结果见表1。可以看出3 种计划间PTV 剂量差异具有统计学意义（P＜0.05）。经多重比较后，与dMLC 计划相比，HVMAT 计划的D98、CI 较大，Dmean较小，且差异具有统计学意义（P＜0.05）。与VMAT 计划相比，HVMAT 计划的D2、Dmean、HI 更小，差异具有统计学意义（P＜0.05）。其余指标经多重比较后，3 种计划间差异均无统计学意义（P＞0.05）。

表1 3 种计划PTV 剂量分布比较（±s）

表1 3 种计划PTV 剂量分布比较（±s）

注：表中有上标的数据表明该指标方差分析结果P<0.05。其中a 表示较大值，b表示较小值。同一上标数据之间的差异无统计学意义，不同上标的数据之间的差异具有统计学意义。

组别D98/GyD2/GyDmean/GyCIHI dMLC 计划 47.93±0.90b 53.97±0.62b 52.29±0.55a 0.71±0.06b 1.08±0.02b VMAT 计划 48.40±0.97ab 54.79±0.82a 52.53±0.53a 0.74±0.05a 1.09±0.02a HVMAT 计划 48.75±0.74a 53.72±0.60b 51.88±0.39b 0.77±0.05a 1.07±0.01b F 4.71313.9889.4727.24211.824 P 0.013<0.001<0.0010.002<0.001

2.2 3 种计划患侧肺剂量参数比较

3 种计划的左肺剂量参数比较结果见表2。可以看出3 种计划间左肺的V20和Dmean差异无统计学意义（P＞0.05），V30、V10和V5差异均具有统计学意义（P＜0.05）。经多重比较后，与dMLC 计划相比，HVMAT 计划的V30更低（P＜0.05）；与VMAT 计划相比，HVMAT计划的V10和V5更低，差异具有统计学意义（P＜0.05）。其余指标经多重比较后，3 种计划间差异均无统计学意义（P＞0.05）。

表2 3 种计划左肺剂量参数比较（±s）

表2 3 种计划左肺剂量参数比较（±s）

注：表中有上标的数据表明该指标方差分析结果P<0.05。其中a 表示较大值，b表示较小值。同一上标数据之间的差异无统计学意义，不同上标的数据之间的差异具有统计学意义。

组别V30/%V20/%V10/%V5/%Dmean/Gy dMLC 计划 13.56±3.77a 19.15±4.3328.07±4.75b 44.18±5.63b 11.00±1.78 VMAT 计划8.83±3.47b 17.28±4.0233.54±4.15a 59.32±7.86a 10.91±1.24 HVMAT 计划 8.84±3.66b 15.85±4.4728.85±5.42b 48.14±6.11b 9.94±1.73 F11.8303.1347.99129.7062.844 P<0.0010.051<0.001<0.0010.066

2.3 3 种计划其他危及器官剂量参数比较

3 种计划右肺、心脏和脊髓的剂量参数比较结果见表3。可以看出3 种计划间除脊髓Dmax差异无统计学意义（P＞0.05）外，其余各指标差异均具有统计学意义（P＜0.05）。HVMAT 计划的右肺V5和Dmean介于dMLC计划和VMAT 计划之间；HVMAT 计划的心脏V30和Dmean低于dMLC 计划和VMAT 计划。

表3 3 种计划右肺、心脏和脊髓剂量参数比较（±s）

表3 3 种计划右肺、心脏和脊髓剂量参数比较（±s）

注：表中有上标的数据表明该指标方差分析结果P<0.05。其中a 表示较大值，b表示较小值。同一上标数据之间的差异无统计学意义，不同上标的数据之间的差异具有统计学意义。

组别右肺V5/%右肺Dmean/Gy心脏V30/%心脏Dmean/Gy脊髓Dmax/Gy dMLC 计划1.23±1.92c 1.15±0.34c 4.86±2.38a 8.33±1.70b 33.54±6.24 VMAT 计划 17.88±10.50a 3.38±0.83a 2.73±1.55b 10.13±1.52a 32.52±5.12 HVMAT 计划 11.53±8.10b 2.86±0.68b 1.84±1.52b 8.21±1.30b 30.61±5.37 F 24.80767.33114.67510.5461.485 P<0.001<0.001<0.001<0.0010.235

2.4 3 种计划总体剂量分布比较

选取其中1 例患者，其3 种计划的DVH 如图2所示。左肺DVH 显示，HVMAT 计划的左肺剂量基本介于其他2 种计划之间，3 种计划的DVH 在20～30 Gy 区域内相交。右肺和心脏的DVH 显示，VMAT计划和HVMAT 计划产生了远大于dMLC 计划的低剂量体积。PTV 的DVH 显示，dMLC 计划的DVH 曲线首先跌落，HVMAT 计划最后跌落，但二者陡峭程度基本重合，因此二者的HI 无明显差异。但VMAT计划的DVH 曲线跌落缓慢，且拖尾较长，表明PTV 内存在大量热点，均匀性欠佳。

图2 3 种计划DVH 图

3 讨论

目前，大量左侧乳腺癌放疗剂量学研究中计划设计主要以固定野调强和VMAT 为主。研究[6-9，13-16]表明固定野调强技术在控制健侧肺和患侧肺低剂量方面效果最佳，但对肺高剂量体积和心脏剂量控制能力欠佳；而VMAT 技术则完全相反。由于上述2种技术的优劣势非常明显，临床上对于乳腺癌放疗使用哪种治疗方式仍存在不少的争议。

目前，在乳腺癌放疗中如何进一步降低危及器官剂量方面有许多研究成果。于晓君等[17]使用固定野调强技术进行左侧乳腺癌放疗计划设计，设置4个射野照射锁骨上靶区，6 个射野照射胸壁靶区，与常规切线6 野计划进行比较，提高了靶区的适形性与均匀性，降低了肺及心脏的剂量和照射体积。潘香等[6]设计了310°～340°和120°～140°的共面两野双弧VMAT 计划，并与常规dMLC 计划、单野双弧VMAT计划进行剂量对比，结果表明共面两野双弧VMAT计划降低了患侧肺、心脏的照射体积和剂量。李定杰等[18]使用半野分段弧技术进行左侧乳腺癌照射，相较于连续弧技术，该技术进一步降低了危及器官的受照剂量。高文超等[19]、陈颖等[20]使用固定野调强技术，通过锁定部分钨门限制照射野面积，既满足了靶区剂量要求，又实现了降低危及器官受量的目的。柴林燕等[21]使用VMAT 技术，为锁骨上靶区和胸壁靶区设置不同的照射弧分段照射，通过与常规VMAT照射相比，分段照射技术在保护危及器官方面具有绝对优势。由此可见，左侧乳腺癌胸锁联合照射的“C”字形靶区，增大了治疗过程中的照射面积，增加了危及器官的剂量；而将锁骨上靶区和胸壁靶区分开照射可在满足靶区剂量要求的同时，大幅降低危及器官剂量。

本研究中，HVMAT 计划在满足靶区剂量的同时，提供了最优的适形性和均匀性。在左肺剂量方面，dMLC 计划低剂量体积小，高剂量体积大，而VMAT计划恰恰相反。因此使用二者之中任一种治疗手段，均无法对患侧肺提供更优的保护。HVMAT 计划在左肺低剂量体积指标方面与dMLC 计划无显著差异，在高剂量体积指标方面与VMAT 计划无显著差异，表明HVMAT 兼容dMLC 和VMAT 2 种技术的优势，为患侧肺提供了更优的剂量分布。在右肺剂量方面，VMAT 计划受照剂量最高，HVMAT 计划次之，dMLC 计划最低，这与射野的照射面积有着很大的关系。HVMAT 计划的多组射野增大了剂量调制空间，虽然无法在右肺剂量方面媲美dMLC 计划，但相较于VMAT 计划有着较大的优化空间。在心脏剂量方面，HVMAT 计划的剂量最低，为心脏提供了最优的保护。本研究的结果与潘香等[6]、李定杰等[18]、高文超等[19]、陈颖等[20]和柴林燕等[21]使用VMAT 技术分段照射的结果基本一致。

本研究仍存在一些不足之处：（1）本研究布置了3 个射野，虽然剂量优化结果满意，但会导致临床治疗时间延长。后续可继续研究射野优化方法，找到剂量结果与治疗时间之间的“平衡点”，更好地服务于临床。（2）本研究结果显示HVMAT 计划降低了危及器官的剂量，在理论上降低了放疗副作用的发生概率，但实际治疗效果仍需长期的临床随访数据支持。后续可结合临床随访数据，进一步评估HVMAT 的治疗效果。综上所述，HVMAT 在左乳腺癌胸锁联合放疗计划设计中的应用是可行的，其不仅可提供更优的靶区剂量分布，还可进一步降低危及器官剂量。