左侧乳腺癌保乳术后VMAT 与dMLC-IMRT 的剂量学差异研究

毛宗普，吴齐兵，黄 诚，汪 志

（1.安徽医科大学生物医学工程学院，合肥 230032；2.皖西卫生职业学院附属医院医学装备部，安徽六安 237008；3.安徽医科大学第一附属医院肿瘤放疗科，合肥 230032；4.皖西卫生职业学院附属医院普外一科，安徽六安 237008）

0 引言

乳腺癌是女性中最常见的恶性肿瘤，死亡率非常高。据统计，2020 年全球乳腺癌新增患者数量已超过肺癌，居全球首位[1]。目前的乳腺癌相关研究表明，乳腺癌的死亡率逐渐下降，尤其是早期乳腺癌5年生存率极高[2]。乳腺癌发病因素众多，雌激素水平、家族史、基因突变、年龄、体质量指数和生活方式都属于高风险因素[3-4]。乳腺癌常见的治疗手段包括手术治疗、化疗、放疗、内分泌治疗（激素受体阳性癌症）和曲妥珠单抗治疗等多种方式[5]。研究发现术后若未行辅助治疗，则局部复发率和转移率都很高[6]。为降低乳腺癌复发率、转移率，提高患者生存率，目前术后都行辅助治疗，常用的辅助治疗方式有化疗和放疗[7-8]。乳腺癌放疗过程中肿瘤靶区剂量均匀覆盖的同时，还应最大限度减少危及器官（心脏、肺等）受照体积和照射剂量，减少放疗并发症的发生，避免放射性心脏疾病和放射性肺炎的发生[9-10]。乳腺癌术后常规的放疗技术主要有三维适形放疗（3D-conformal radiation therapy，3D-CRT）、调强放疗（intensity modulated radiation therapy，IMRT）。相对于3D-CRT，IMRT优化了靶区剂量分布，对危及器官有着更好的保护，因此成为当前乳腺癌放疗的主流方式[11-12]。随着IMRT 技术不断发展，动态多叶光栅调强放疗（dynamic multileaf collimator-IMRT，dMLC-IMRT）和容积旋转调强放疗（volume modulated arc therapy，VMAT）在乳腺癌放疗中得到运用。相对于dMLC-IMRT，VMAT 提高了放疗计划执行效率，但2 种技术在肿瘤靶区、危及器官剂量学方面的优劣势还没有一致的结论[13-14]。本文对左侧乳腺癌保乳术后的15 例患者制订dMLCIMRT、连续弧容积旋转调强放疗（continue volume modulated arc therapy，cVMAT）和分段切线弧容积旋转调强放疗（tangent volume modulated arc therapy，tVMAT）3 组计划，对3 组计划的剂量学参数进行比较分析，以为临床治疗提供更优的方案。

1 资料与方法

1.1 一般资料

通过查阅电子病历和治疗数据，回顾性收集我院放疗科2019 年10 月至2022 年5 月收治的左侧乳腺癌保乳术后15 例患者的临床资料，患者年龄为40～57 岁，中位年龄为51.5 岁。纳入标准：肿瘤原发灶位于左侧且手术方式为保乳术；病理组织学确诊乳腺浸润癌。排除标准：肿瘤有多个原发灶；肿瘤转移患者。本研究经医院伦理委员会批准同意。

1.2 模拟定位

患者仰卧于放疗一体板上，胸部处于水平位置，上肢举起至头顶与臀同宽并使胸部轮廓充分暴露便于体表标记。用铅丝线在患者体表上标记出体表中线、手术痕、患侧乳腺轮廓及腋中线，以方便计划设计时照射野和弧度的设计。通过对患者进行呼吸锻炼调整呼吸模式，让患者处于静息状态。使用CT 进行定位扫描，扫描层厚5 mm，扫描范围为下颌部至上腹部，包含双侧乳腺、双肺和其他器官[15]。通过CT扫描获得图像后经网络传输至Monaco 计划系统中。

1.3 靶区勾画

医师在Monaco 计划系统中对经CT 定位扫描后的患者图像按照ICRU 83 号报告、美国肿瘤放射治疗协作组（Radiation Therapy Oncology Group，RTOG）和欧洲放射肿瘤学会（European Society Therapeutic Radiation Oncology，ESTRO）发布的乳腺癌靶区勾画指南进行靶区勾画。靶区分为临床靶区（clinical target volume，CTV）和计划靶区（planning target volume，PTV），CTV 是患侧乳腺组织胸肌淋巴结和乳房底部的胸壁淋巴引流区，PTV 由CTV 外放得到，头脚方向、左右（胸骨、腋窝）方向各外放7～10 mm，胸壁内侧向肺方向外放5 mm，前界要保持在皮肤下5 mm[16-18]。危及器官主要包含心脏、双肺、脊髓。

1.4 治疗计划的设计

为每位患者设计3 组计划，分别命名为dMLC-IMRT 组、cVMAT 组和tVMAT组。dMLC-IMRT 组靶区射野入射方向设置为切线调强野，使患侧肺、心脏被射线照射体积最小[19-20]；cVMAT 组为连续双弧，角度大小为（240±10）°；tVMAT 组为分段弧，两弧之间的角度为50°～60°，以靶区切线方向设置合适的弧度。所有计划均使用Monaco 计划系统设计，射线能量为6 MV X 射线，多叶光栅（multi-leaf collimator，MLC）模型为Agility160，优化算法为蒙特卡罗算法，处方剂量为50 Gy/25 次。

1.5 计划评估指标

通过剂量体积直方图（dose-volume histogram，DVH）对肿瘤靶区、危及器官进行评估。肿瘤靶区评估最大剂量（D2）、最小剂量（D98）、平均剂量（Dmean）、适形性指数（conformity index，CI）、均匀性指数（homogeneity index，HI）、机器跳数。HI=D5/D95，其中Dx表示x%的靶区体积受到的剂量，HI 越接近0 表示靶区剂量均匀性越好；CI=（VTref/VT）×（VTref/Vref），其中VTref为等剂量线所包绕区域体积，VT为总的靶区体积，Vref为参考等剂量曲线包绕的PTV 体积，CI 越接近1表示适形性越好。危及器官主要评估患侧肺V5、V10、V20、V30、Dmean，健侧肺V5、Dmean，心脏V5、V30，脊髓Dmean、Dmax，其中Vx表示xGy 剂量时受照体积百分比。

1.6 统计学分析

对3 组计划中肿瘤靶区和危及器官相关剂量学数据运用SPSS 25.0 软件进行处理和分析，采用Origin 软件进行图像绘制。当符合正态分布时采用单因素方差分析，若不符合则选择秩和检验，P＜0.05表示差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 肿瘤靶区剂量学指标

tVMAT、cVMAT 与dMLC-IMRT 3 组计划肿瘤靶区剂量学参数之间的比较见表1，可以看出3 组计划靶区剂量分布均满足临床需求。肿瘤靶区D2差异具有明显的统计学意义（P＜0.01），dMLC-IMRT 组高于cVMAT 组和tVMAT 组；肿瘤靶区Dmean、CI 和HI差异具有统计学意义（P＜0.05），其中Dmean3 组计划相比dMLC-IMRT 组低于tVMAT 组和cVMAT 组，CI 3 组计划相比cVMAT 组最优，tVMAT 组次之。而3 组机器跳数差异无统计学意义（P＞0.05）。

表1 3 组计划肿瘤靶区剂量学指标对比（n=15，±s）

表1 3 组计划肿瘤靶区剂量学指标对比（n=15，±s）

注：a、b、c 分别表示通过单因素方差分析具有显著差异后再次进行多重比较产生的齐性子集。

组别D98/GyD2/GyDmean/GyCIHI机器跳数/MU tVMAT 组48.53±0.63 54.25±0.53a 52.24±0.43a 0.83±0.04ab 1.08±0.01a 810.19±99.99 cVMAT 组48.52±0.62 53.86±0.39b 52.04±0.30ab 0.84±0.04a 1.07±0.01ab 850.24±121.63 dMLC-IMRT 组 48.60±0.81 54.51±0.46c 51.86±0.30b 0.80±0.41b 1.07±0.01b 758.35±151.43 F 0.049.4354.4683.2934.5342.174 P 0.96＜0.010.0170.0470.0160.126

2.2 危及器官剂量学指标

3 组计划危及器官剂量学参数之间的比较如图1、2 所示，可知对于患侧肺V5、V10，dMLC-IMRT 组最低，tVMAT 组最高；对于患侧肺V20、V30，cVMAT 组最低，dMLC-IMRT 组最高。对于心脏V5，tVMAT 组最低，cVMAT 组最高；对于心脏V30，cVMAT 组最低，dMLC-IMRT 组最高。对于脊髓Dmean、Dmax，tVMAT 组均低于cVMAT 组和dMLC-IMRT 组，dMLC-IMRT组低于cVMAT 组。对于健侧肺V5、Dmean，tVMAT 组均低于cVMAT 组和dMLC-IMRT 组，dMLC-IMRT组低于cVMAT 组。

图1 3 组计划危及器官照射体积间的比较

图2 3 组计划危及器官剂量间的比较

3 组计划患侧肺、心脏的DVH 如图3 所示。患侧肺DVH 显示：低剂量区域中cVMAT 组和tVMAT 组受照体积高于dMLC-IMRT 组，cVMAT 组与tVMAT组之间差异无统计学意义；高剂量区域中cVMAT组与tVMAT 组受照体积均低于dMLC-IMRT 组，tVMAT 组受照体积高于cVMAT 组。心脏DVH 显示：低剂量区域中tVMAT 组受照体积明显低于cVMAT组和dMLC-IMRT 组，cVMAT 组受照体积略高于dMLC-IMRT 组；高剂量区域中tVMAT 组和cVMAT组受照体积均低于dMLC-IMRT 组，tVMAT 组和cVMAT 组之间差异无统计学意义。

图3 3 组计划患侧肺、心脏的DVH

3 讨论

目前调强技术已成为乳腺癌术后辅助治疗的常用手段[14]，该技术可以提高肿瘤的局部控制率、降低复发率、减少放射性损伤，为乳腺癌患者提供更好的治疗效果。dMLC-IMRT 和VMAT 是乳腺癌放疗中常用的技术。本研究比较了dMLC-IMRT、cVMAT、tVMAT 3 组计划肿瘤靶区的剂量学差异，结果表明3组计划均可满足临床治疗要求，但2 组VMAT 计划对肿瘤靶区适形性更好，该结果与Zedef 等[21]的研究一致。

乳腺癌放疗中最常见的放射性损伤有胸壁疼痛、皮肤溃疡、心肌梗死和肺部损伤，而放射性肺损伤主要为放射性肺炎和机化性肺炎[10]。Wen 等[22]和Karlsen等[23]都对放射性肺炎发生率与肺部剂量学参数之间的关系进行了研究，发现肺体放射性肺炎发生率高于肺顶，在剂量学参数中V20和V30是引起放射性肺炎的独立因素，是评估乳腺癌同侧发生放射性肺炎风险的影响因子，其中V20是受照体积最优阈值；Lee等[24]对乳腺癌放射性肺炎发生率进行了研究，研究结果表明患侧肺V30是乳腺癌发生放射性肺炎相关性非常大的剂量学预测因子，放射性肺炎发生的概率随着V30的降低而迅速降低，当V30大于10%时，放射性肺炎发生率为4.6%，而V30小于10%时放射性肺炎发生率仅为1.4%。本研究肺部剂量学参数与Xie等[25]的研究结果相同，对于患侧肺V5，VMAT 组均高于dMLC-IMRT 组；但对于V20和V30，2 组VMAT 计划均低于dMLC-IMRT 组，cVMAT 组最小，dMLC-IMRT组最大。因此，相对于dMLC-IMRT 组，2 组VMAT 计划可有效控制高剂量区域受照体积，降低放射性肺损伤发生的概率。

放疗会引起缺血性心脏病、心包炎等心脏相关疾病的发生，特别对于女性左侧乳腺癌患者，靶区与心脏位于同侧，引发疾病发生风险更大。Pattanayak等[26]对心脏剂量学参数与放射性心脏损害相关性进行分析和研究，结果显示对于放射性心脏毒性并未有明确的阈值，但受照体积越小心脏毒性发生的概率越低。李云芬等[27]对放疗心脏相关毒性风险因素进行研究，结果显示VMAT 计划相对于多野IMRT 计划具有一定的优势，降低了心脏照射平均剂量，也减小了照射体积。本研究中在低剂量区域中tVMAT 组心脏受照体积明显低于cVMAT 组，降低了低剂量区域中心脏受照体积；高剂量区域中2 组VMAT 计划心脏受照体积均低于dMLC-IMRT 组。可看出2 组VMAT 计划相对于dMLC-IMRT 组可降低因放疗而引起心脏毒性发生的概率。

本研究仍存在以下不足之处：（1）本研究选择的病例数不足，后续将通过增加病例数，得到更精准的数据。（2）精准靶区是乳腺癌放疗中的关键环节，因呼吸运动而引起靶区位置的改变是影响靶区剂量分布的一大因素，但本文中未考虑呼吸运动对乳腺癌治疗造成的误差，后续须对此进行进一步研究。

综上所述，本研究中3 组计划均可满足临床治疗需求。在左侧乳腺癌保乳术后IMRT 计划设计中，VMAT 相对于dMLC-IMRT 肿瘤靶区的适形性较好，对危及器官心脏、肺有着更优的保护，对于患侧肺cVMAT 优于tVMAT，对于心脏tVMAT 优于cVMAT。