不同靶区边缘参数对乳腺癌根治术后容积弧形调强放射治疗计划质量的影响

刘晓翔，吴慧，王磊

株洲市二医院 （湖南株洲 412000）

多项研究显示，乳腺癌根治术后放射治疗可有效改善疾病局部控制率和生存率[1-2]，尤其适用于乳房残余组织和腋窝淋巴结转移阳性的乳腺癌患者，可显著降低局部和区域的复发风险[3-4]。但由于乳房解剖结构的复杂性，乳腺癌根治术后放射治疗的参数确认和计划设计具有一定难度[5]。有研究显示，针对乳腺全切除术后的淋巴结区域，容积弧形调强放射治疗（volumetric modulated arc therapy，VMAT）可提高放射治疗准确率，并最大限度保护危及器官（organ at risk，OARs）（如肺和心脏）[6-7]。VMAT 的优势之一是能够提高靶区适形度，并降低OARs 的受照射剂量[8-9]。通过优化机架旋转速度和剂量率，VMAT 可在一次治疗中实现更高的剂量传递效率，缩短治疗过程中设备的停顿和调整时间，从而提高治疗效率和改善患者的舒适度[10-11]。而合理设置靶区边缘参数有利于进一步降低OARs 受照射剂量。通过优化靶区边缘参数可提高放射治疗的精准性和治疗效果。基于此，本研究旨在探讨不同靶区边缘参数对乳腺癌根治术后VMAT 计划质量的影响，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析2021 年1 月至2022 年12 月于我院行VMAT 的14 例乳腺癌根治术后患者的临床资料。年龄32～67 岁，中位年龄55 岁。

纳入标准：原发肿瘤最大径≥5 cm 或肿瘤已侵犯乳腺皮肤和胸壁；术后辅助放射治疗具有较高的临床证据（Ⅰ级），即腋窝淋巴结转移数量≥4 个，或锁骨上部或内乳淋巴结已出现转移；T1～T2 期乳腺癌且腋窝淋巴结转移1～3 个。排除标准：临床资料及病理（包括免疫组化）资料不完整；不属于原发性乳腺癌；乳腺癌保乳术后患者及假体或扩张器植入术后患者。

1.2 方法

1.2.1 体位固定与CT 扫描

采用东芝大孔径CT 进行CT 模拟定位扫描。患者取仰卧位，双手上举扶杆，患侧手在下，健侧手在上，头下垫B枕，自由平静呼吸。扫描前，将1 cm组织等效软垫放置于患者胸壁上。设置扫描层厚5 mm，扫描范围涵盖双侧锁骨上缘至第6 肋间隙。将扫描影像导入Monaco 5.11 治疗计划系统。

1.2.2 靶区与危及器官勾画

由同一位放射治疗医师参考放射治疗协作组织（Radiation Therapy Oncology Group，RTOG）乳腺癌勾画指南[12]勾画计划靶区（planning target volume，PTV）和OARs。临床靶区（clinical target volume，CTV）包括胸壁和锁骨上、锁骨下、腋下淋巴区，CTV 左右外扩0.7 cm、头脚外扩1 cm、前后外扩0.5 cm 得 到PTV，PTV 平 均 体 积 为722.704 cm3。OARs 包括双侧肺、心脏、脊髓和健侧乳腺。

1.2.3 计划设计

由同一位医学物理师使用Monaco 5.11 治疗计划系统为每例患者设计VMAT 计划。计划采用常规分割，处方剂量50 Gy，共25 次。设置参考点和射野等中心点，规范各脏器所能接受的最大照射剂量。使用2 个220°的6 MV 往返弧线，起始角度290°，终点角度150°。光束几何结构包括0°治疗床角度和0°准直器角度。同时，为防止呼吸运动引起的脱靶，设置Auto Flash 为2 cm。为每例患者设计3 组不同靶区边缘参数的VMAT 计划，即Tight 组、Narrow 组和Normal 组。Tight 组的多叶光栅（multi-leaf collimator，MLC）边缘与PTV 边缘距离为2 mm，Narrow 组的MLC 边缘与PTV 边缘距离为3～4 mm，Normal 组的MLC 边缘与PTV 边缘距离为8 mm。3 组计划均采用相同的剂量约束条件和物理优化参数进行优化和计算，保证3 组计划设计和优化过程中的一致性，以便于更准确地比较不同组间的剂量学特性。计划设计的目标为将处方剂量覆盖PTV 的95%体积进行剂量归一。

1.3 评价指标

比较3 组靶区剂量学指标，包括PTV 的平均剂量（Dmean）、最大剂量（Dmax），2%PTV 体积受照射剂量（D2%）、98%PTV 体积受照射剂量（D98%）、50%PTV 体积受照射剂量（D50%），适形度指数（conformity index，CI）、均匀性指数（homogeneity index，HI）、剂量梯度指标（dose gradient index，GI）。其 中，CI=（VT，ref）2/（VT×Vref），VT，ref为PTV接受处方剂量的体积，VT为PTV的体积，Vref为全身接受处方剂量的体积，CI 的取值范围为0～1，越接近1 表示剂量分布越接近PTV 的理想形状，适形度越好；HI=（D2%-D98%）/D50%，HI 的取值范围为0～1，越接近0 表示剂量分布越接近PTV的均匀分布，均匀性越好；GI=PVhalf/Vref，PVhalf为50%处方剂量线包括的体积，GI 用于衡量靶区外剂量跌落速度，值越小表示靶区外部剂量分布的陡峭程度越高，可更有效地保护靶区外部的正常器官。

比较3 组OARs 剂量学指标，包括患侧肺体积百分比（V5、V20、V30）和平均剂量（Dmean），健侧肺体积百分比（V5）和平均剂量（Dmean），心脏体积百分比（V5）和平均剂量（Dmean），脊髓最大剂量（Dmax）及健侧乳腺平均剂量（Dmean）。

比较3 组计划参数，包括计划控制点数（control point，CP）、机器跳数（monitor unit，MU）和出束时间（time，T）。

1.4 统计学处理

采用SPSS 20.0 统计软件进行数据分析。对各项参数进行正态性检验，以保证后续统计学处理结果的可信度和准确性。符合正态分布的计量资料以±s表示，采用配对样本t检验。P<0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 3 组靶区剂量学指标比较

Tight 组 的Dmean、Dmax、D2%、D50%、HI、GI 均低于Narrow 组和Normal 组，且Narrow 组的Dmean、D2%、D50%、HI、GI 均低于Normal 组，差异有统计学意义（P<0.05）；Narrow 组和Normal 组的Dmax比较，差异无统计学意义（P>0.05）；Tight 组的D98%和CI 均高于Narrow 组 和Normal 组，且Narrow 组的D98%高于Normal 组，差异有统计学意义（P<0.05）；Narrow 组和Normal 组的CI 比较，差异无统计学意义（P>0.05），见表1。

表1 3 组靶区剂量学指标比较（±s，14 例）

表1 3 组靶区剂量学指标比较（±s，14 例）

组别 Dmean（cGy） Dmax（cGy）Tight 组 5 158.31±19.71 5 578.04±55.68 Narrow 组 5 186.62±19.44 5 640.05±60.60 Normal 组 5 224.93±36.00 5 703.06±85.72 P（Tight 组和Narrow 组） 0.001 0.009 P（Tight 组和Normal 组） <0.001 <0.001 P（Narrow 组和Normal 组） 0.002 0.550组别 D50%（cGy） CI Tight 组 5 163.24±21.73 0.67±0.02 Narrow 组 5 193.95±26.32 0.65±0.31 Normal 组 5 236.96±40.20 0.62±0.40 P（Tight 组和Narrow 组） 0.002 0.190 P（Tight 组和Normal 组） <0.001 0.004 P（Narrow 组和Normal 组） 0.002 0.061组别 D2%（cGy） D98%（cGy）Tight 组 5 345.27±35.47 4 934.81±16.59 Narrow 组 5 387.08±29.70 4 918.02±14.25 Normal 组 5 456.39±61.20 4 894.33±26.54 P（Tight 组和Narrow 组） 0.002 0.008 P（Tight 组和Normal 组） <0.001 <0.001 P（Narrow 组和Normal 组） 0.001 0.007组别 HI GI Tight 组 0.07±0.01 3.25±0.17 Narrow 组 0.09±0.01 3.36±0.14 Normal 组 0.11±0.02 3.53±0.21 P（Tight 组和Narrow 组） 0.002 0.037 P（Tight 组和Normal 组） <0.001 0.025 P（Narrow 组和Normal 组） 0.001 0.021

2.2 3 组OARs 剂量学指标比较

Tight 组 的 心 脏V5、Dmean和 脊 髓Dmax均 低 于Narrow 组和Normal 组，且Narrow 组低于Normal 组，差异有统计学意义（P<0.05）；Tight 组和Narrow 组的健侧乳腺Dmean均低于Narrow 组，差异有统计学意义（P<0.05）；3 组其他OARs 剂量学指标比较，差异均无统计学意义（P>0.05），见表2。

表2 3 组OARs 剂量学指标比较（±s，14 例）

表2 3 组OARs 剂量学指标比较（±s，14 例）

组别 患侧肺V5（%） V20（%） V30（%） Dmean（cGy）Tight 组 63.29±2.72 29.12±0.73 20.28± 0.47 1 516.90±23.20 Narrow 组 63.30±2.91 29.29±1.43 20.39± 1.12 1 523.20±36.00 Normal 组 63.43±3.13 29.41±0.992 20.47± 0.67 1 523.50±36.90 P（Tight 组和Narrow 组） 0.750 0.080 0.385 0.414 P（Tight 组和Normal 组） 0.991 0.544 0.683 0.579 P（Narrow 组和Normal 组） 0.819 0.718 0.795 0.983组别 健侧肺 心脏V5（%） Dmean（cGy） V5（%） Dmean（cGy）Tight 组 10.47±2.41 256.66±30.10 45.46±10.90 702.44±14.78 Narrow 组 10.69±2.22 257.07±26.70 48.55±12.20 719.78±14.07 Normal 组 10.81±3.05 257.13±31.20 51.96±13.30 761.80±14.85 P（Tight 组和Narrow 组） 0.748 0.994 0.014 0.021 P（Tight 组和Normal 组） 0.850 0.943 0.003 0.006 P（Narrow 组和Normal 组） 0.777 0.943 0.001 0.008组别 脊髓 健侧乳腺Dmax（cGy） Dmean（cGy）Tight 组 2 749.92±58.94 331.31±23.04 Narrow 组 2 881.01±60.32 346.50±28.55 Normal 组 3 035.61±58.53 370.80±28.16 P（Tight 组和Narrow 组） <0.001 0.200 P（Tight 组和Normal 组） <0.001 0.003 P（Narrow 组和Normal 组） 0.007 <0.001

2.3 3 组计划参数比较

Tight 组 的CP、MU 和T 均 高 于Narrow 组 和Normal 组，且Narrow 组高于Normal 组，差异有统计学意义（P<0.05）；Tight 组的MU 高于Narrow组和Normal 组，差异均有统计学意义（P<0.05）；Narrow 组和Normal 组的MU 比较，差异无统计学意义（P>0.05），见表3。

表3 3 组计划参数比较（±s，14 例）

表3 3 组计划参数比较（±s，14 例）

注：CP 为计划控制点数，MU 为机器跳数，T 为出束时间

组别 CP MU T（s）Tight 组 181.63±9.63 682.96±54.41 196.68±10.56 Narrow 组 172.13±6.21 648.46±75.62 188.40±10.25 Normal 组 164.44±6.27 639.32±54.13 179.56±13.44 P（Tight 组和Narrow 组） <0.001 0.018 0.001 P（Tight 组和Normal 组） <0.001 0.016 <0.001 P（Narrow 组和Normal 组） <0.001 0.583 <0.001

3 讨论

直线加速器系统的铅门或MLC 的射野半影区范围通常为6～8 mm。因此，PTV 至MLC 边界间通常预留5～10 mm 的外扩距，使靶区内的剂量分布更均匀[13]。但这种方式会导致靶区外剂量的下降较缓慢。如缩小靶区边缘参数的范围至小于射野半影区的范围，会导致靶区外的剂量下降速度非常快，同时靶区内的剂量分布极度不均匀。这是由于靶区边缘剂量仅可通过增大靶区内的照射剂量来弥补，从而增加靶区内的热点。为控制靶区内的热点，需增加MU，MLC 会输出更高的调制度，因此需要更多的子野。本研究基于Monaco5.11 治疗计划系统设计了3 组不同靶区边缘参数，旨在探讨不同靶区边缘参数对乳腺癌根治术后VMAT 计划质量的影响。

本研究结果显示，3 组数据均达到了所要求的PTV 覆盖率，即95%的PTV 接受超过100%的处方剂量。Tight 组的Dmean、Dmax、D2%、D50%、HI、GI 均低于Narrow 组和Normal 组，且Narrow 组的Dmean、D2%、D50%、HI、GI 均低于Normal 组，差异有统计学意义（P<0.05）；Narrow 组和Normal 组的Dmax比较，差异无统计学意义（P>0.05）；Tight 组的D98%和CI 均高于Narrow 组和Normal 组，且Narrow 组的D98%高于Normal 组，差异有统计学意义（P<0.05）；Narrow 组和Normal 组的CI 比较，差异无统计学意义（P>0.05）。上述结果表明Tight 组可更好地匹配靶区轮廓，使剂量更加准确地覆盖目标区域，而Narrow 组和Normal 组的适形度表现欠佳。靶区均匀性方面，Tight 组能更好地平衡剂量在整个靶区的分布，减少剂量的不均匀性。此外，Tight 组和Narrow 组的GI 均优于Normal 组（分别为1.75%和2.0%），说明Tight 组和Narrow 组对OARs 的保护效果优于Normal 组，且Tight 组和Narrow 组在提高靶区最小剂量（D98%）方面显示出明显优势。由表1 数据可知，Tight 组的计划质量在各项指标方面均优于Narrow 组和Normal 组，表明Tight 组计划能够更有效地提高靶区适形度，并较好地保护危及器官。

乳腺癌根治术后进行放射治疗时，无法避免地对肺、心脏、脊髓等OARs 进行照射。OARs 放射治疗不良反应的严重程度与受照射体积密切相关。本研究结果显示，Tight 组的心脏V5、Dmean和脊髓Dmax均低于Narrow 组和Normal 组，且Narrow组低于Normal 组，差异有统计学意义（P<0.05）；Tight组和Narrow组的健侧乳腺Dmean均低于Narrow组，差异有统计学意义（P<0.05）；3 组其他OARs 剂量学指标比较，差异均无统计学意义（P>0.05），但Tight 组患侧肺的V5、V20、V30、Dmean均为最低，表明Tight 组的患侧肺受照射剂量相对较低，有助于减轻患者肺组织的辐射受量。因此，合理设置靶区边缘参数可以减少对OARs 的不必要剂量，降低放射治疗并发症风险。

本研究结果显示，Tight 组的CP、MU 和T 均高于Narrow 组和Normal 组，且Narrow 组高于Normal 组，差异有统计学意义（P<0.05）；Tight 组的MU 高于Narrow 组和Normal 组，差异均有统计学意义（P<0.05）；Narrow 组 和Normal 组 的MU 比 较，差异无统计学意义（P>0.05）。与Tight 组相比，Narrow 组的CP、MU 和T 分别减少5.23%、5.05%、4.21%，Normal 组分别减少了9.46%、6.39%、8.70%。减小靶区与MLC 间的距离会增加子野数量，从而改善剂量分布，从而导致控制点数增加，子野走位时间延长，进而增加出束时间。因此，在提高放射治疗计划执行效率方面，Narrow 组和Normal 组表现出更大的优势。

综上所述，设计乳腺癌根治术后VMAT 计划时，建议根据临床要求和患者个体差异，综合考虑剂量学特性和治疗效率，优先选择靶区边缘参数为Tight，即MLC 边缘与PTV 边缘距离2 mm。