双侧乳腺癌术后IMRT与VMAT的剂量学差异

史玉静，鞠孟阳，胡晓伟，李金凯，王沛沛，李彩虹，昌志刚，孙新臣，李顺梅，郑海伦

1.南京医科大学特种医学系，江苏南京210009；2.南京医科大学第一附属医院放疗科，江苏南京210029

前言

目前，双侧原发性乳腺癌（Bilateral Primary Breast Cancer,BPBC）发生率逐年增高。相关数据显示，该病种约占乳腺癌的2%～11%［1］，而放疗对于BPBC 术后辅助治疗起着重要的作用［2］。然而，国内目前关于BPBC的报道都侧重其临床特征，鲜见放疗剂量学方面的研究［3］。笔者采用IMRT 和VMAT 两种逆向调强放射治疗技术，设计同一病例的双侧胸壁野放疗计划，通过比较剂量学上的差异来探讨符合临床要求的最佳放疗方案，以期在保障疗效的同时进一步减少放疗并发症，提高生活质量。

1 材料与方法

1.1 临床资料

回顾性收集南京医科大学第一附属医院2014年1月～2017年6月行术后放疗的BPBC患者8例，年龄48～67 岁，中位年龄56.5 岁。入选条件：①符合Robbins 等［4］和阚秀［5］提出的BPBC 诊断标准；②接受双侧乳腺根治手术（Mastectomy）或改良根治手术（Modified Radical Mastectomy）；③进行双侧胸壁术后放疗。患者具体资料见表1。

表1 病人基本信息情况Tab.1 Basic information of the patients

1.2 仪器设备

西门子16 排大孔径CT（Somatom Sensation Open CT），瑞典Elekta 公司MonacoV5.1 物理计划系统，比利时OFIT固定装置，乳腺托架及热塑体膜。

1.3 体位固定及CT扫描

患者仰卧，双手上举抓杆，充分抬高上臂，热塑体膜固定患者体位。用铅丝在胸壁皮肤上标记原乳房区的各边界，手术疤痕处也贴铅丝标记，并用5 mm补偿模覆盖于原乳房区。在自由平静呼吸状态下连续CT 扫描，层厚5 mm。扫描范围上界至环甲膜，下界至原乳房沟下5 cm，包括双侧胸壁及临近正常组织器官如肺脏、心脏等。获得的CT 图象通过DICOM RT 格式传输到MonacoSim 工作站靶区勾画系统，由主管医生勾画出靶区及危及器官。

1.4 靶区勾画

本研究中患者双侧乳腺及肿块均已切除，故仅存在临床靶区（Clinical Target Volume, CTV）和计划靶区（Planning Target Volume,PTV）。由于胸壁是乳腺癌根治术或改良根治术后最常复发部位，因而成为放疗的常规部位。根据国际辐射单位和测量委员会（ICRU）50、62号文件规定，共同勾画CTV、PTV及危及器官。在CT窗宽500、窗位0的条件下勾画靶区和危及器官，然后再由一位副主任医师或主任医师确认肿瘤靶区。定义CTV为皮肤及胸壁下0.5 cm，上界至锁骨头上缘水平，下界为原乳房沟下1～2 cm，内界为胸骨旁，外界为腋中线。同时定义心脏、双侧肺为危及器官。PTV 为CTV 内外后界各外放0.5 cm，头侧界及脚侧界外放0.7～1.0 cm，前界不超过皮下0.5 cm 形成。由同一名物理师为每例患者制定放射治疗计划。

1.5 计划设计

使用瑞典Elekta 公司Monaco5.1 计划系统分别进行IMRT 和VMAT 计划设计。射线能量6 MV，处方剂量50 Gy/25 f。IMRT 计划：设定一个治疗等中心，两侧胸壁分别设定三切线野，两个斜角射野，共10 野（260°、245°、230°、45°、30°、315°、330°、105°、120°、135°），根据病人及部位不同，设定的每个射野角度可在5°～15°内波动，计划的子野个数60，最小子野跳数为4 MU。VMAT计划：设定同IMRT一样的治疗等中心，由230°～20°及310°～130°的两Arc双弧照射，射野角度也存在5°～15°的波动范围，最大控制点数120，最小子野宽度0.6 cm。所有计划函数设定一致，两个计划的最终剂量优化结果为至少95%的PTV接受到处方剂量，得到最优计划。具体如图1示。

图1 IMRT（a）及VMAT（b）两种治疗技术的剂量分布Fig.1 Dose distributions of intensity-modulated radiotherapy(IMRT)and volumetric modulated arc therapy(VMAT)

1.6 评价参数

所有计划均采用剂量体积直方图（Dose Volume Histogram,DVH）评估，其中靶区（PTV）的评价指标包括：V95%、V107%、V110%、D5%、D95%、适形度指数（Conformity Index,CI）和均匀性指数（Homogeneity Index,HI）、机器跳数等。Vx%代表接受x%处方剂量的靶区体积。Dx%为x%PTV所受到的照射剂量。CI用以评价靶区与参考等剂量曲面的适形程度，CI=VRx2/（VT×VRI），其中，VRx表示受到处方剂量照射的靶区体积，VT表示整个靶区体积，VRI表示受到的处方剂量照射的身体体积。CI值为0～l，且越接近1，则适形度越高，计划越好；HI=D5%/D95%，HI值越大说明超过处方剂量越大，PTV内剂量分布也越不均匀。用双肺的V5、V10、V15、V20、V30和Dmean，心脏的V5、V10、V15、V20、V30、V40和Dmean等评价危及器官的受量及体积。Vx表示接受xGy剂量的体积百分比，具体如图2所示。

1.7 统计学方法

用SPSS 20.0 软件，对计量资料采用均数±标准差表示，使用配对t检验方法对两组间的数据进行比较。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

全部病例完成计划设计，共获得16个治疗计划，并进行剂量比较分析。

2.1 横断面剂量分布分析

图2 靶区及危及器官的剂量体积变化Fig.2 Dose-volume changes of target areas and organs-at-risk

VMAT和IMRT计划在同一位置的横断面剂量分布如图1所示。深蓝色和淡蓝色分别为500和2 000 cGy的剂量分布范围。VMAT计划组500和2 000 cGy的剂量总面积大于IMRT计划，而心脏的受量范围差异不大，高剂量曲线（4 750 cGy以上，即图1中黄色及橙色剂量线包含区域）分布相对于IMRT计划的高剂量曲线圆滑规则。

2.2 PTV的剂量学比较

在IMRT计划中，靶区PTV的Dmean优于VMAT计划中靶区的Dmean（P=0.04），机器跳数（MU）优于VMAT计划，差异不具有统计学意义（P=0.07）。但是在V95%方面，VMAT计划比IMRT计划提高了2.7 cm3（P=0.02），而V107%和V110%分别减少了2.93和0.05 cm3，变化具有统计学差异（P=0.03,0.03）。而且，在计划的HI和CI方面，VMAT计划比IMRT计划更好（P=0.03,0.05）。详见表2。

表2 两种治疗技术的靶区剂量学比较（±s，n=16）Tab.2 Dosimetric comparison of target areas in two plans(Mean±SD,n=16)

表2 两种治疗技术的靶区剂量学比较（±s，n=16）Tab.2 Dosimetric comparison of target areas in two plans(Mean±SD,n=16)

CI：适形度指数；HI：均匀性指数；MU：机器跳数

参数V95%/cm3 V107%/cm3 V110%/cm3 CI HI Dmean/Gy MU IMRT 95.40±3.10 6.95±3.37 0.10±0.09 0.70±0.05 1.13±0.18 51.8±0.26 1 467±433 VMAT 98.10±1.23 4.02±1.50 0.05±0.05 0.75±0.05 1.07±0.01 51.70±0.23 1 670±262 t值2.87-2.70-2.70 2.34-2.89-2.55 2.10 P值0.02 0.03 0.03 0.05 0.03 0.04 0.07

2.3 危及器官的剂量学比较

VMAT 计划中肺参数除了V5高于IMRT 计划以外，其余参数V10、V15、V20、V30和Dmean均低于IMRT 计划；但VMAT 的心脏V5、V10、V15、V20、V30和Dmean均高于IMRT 计划，而V40低于IMRT 计划，变化不具有统计学差异（P＞0.05）。具体变化如表3和表4所示。

表3 危及器官肺的剂量体积变化（±s，n=16）Tab.3 Dose-volume changes of lungs(Mean±SD,n=16)

表3 危及器官肺的剂量体积变化（±s，n=16）Tab.3 Dose-volume changes of lungs(Mean±SD,n=16)

参数V5/%V10/%V15/%V20/%V30/%Dmean/Gy IMRT 55.3±1.7 40.2±4.7 31.9±4.3 26.3±4.0 18.1±4.1 14.0±1.6 VMAT 56.1±3.4 39.1±3.4 31.5±3.5 26.2±3.6 17.6±3.5 13.8±1.4 P值0.62 0.42 0.73 0.97 0.64 0.59

表4 危及器官心脏的剂量体积变化（±s，n=16）Tab.4 Dose-volume changes of heart(Mean±SD,n=16)

表4 危及器官心脏的剂量体积变化（±s，n=16）Tab.4 Dose-volume changes of heart(Mean±SD,n=16)

参数V5/%V10/%V15/%V20/%V30/%V40/%Dmean/Gy IMRT 51.7±22.0 32.0±6.4 20.1±11.2 14.1±9.2 6.9±4.1 3.5±2.7 9.9±3.4 VMAT 56.7±10.5 35.2±9.6 25.6±8.9 17.7±7.6 7.2±1.6 2.3±2.2 10.8±2.4 P值0.51 0.65 0.26 0.28 0.74 0.10 0.45

2.4 两计划DVH图比较

从图2可看出，VMAT（实线）计划靶区剂量比IMRT计划（虚线）更优，二者高剂量跌落没有差异。但心肺的低剂量区（V2、V3）的体积VMAT计划相对较大。

3 讨论

放射治疗作为治疗乳腺癌最为有效的手段之一，可以明显降低高危乳腺癌术后患者局部复发率，在乳腺癌治疗中起着十分重要的作用［6］。由于乳腺术后的外形不规则、上下部位的宽度不同导致各部位的源皮距不同，往往造成靶区的剂量分布不理想，不均匀差异可高达20%［3］。而且，乳腺癌术后的胸壁往往呈“凹”型，计划制定过程中，部分肺组织不可避免地被高剂量线覆盖。很多情况下在照射乳腺、胸壁时，心脏、肺等危及器官很难得到有效的保护。由放射治疗带来的远期副反应是乳腺癌术后10年、15年生存率降低的重要原因之一［3］，因此大多数研究者认为乳腺癌术后放疗成败的关键在于是否对心、肺进行有效保护。故在保证局部控制率的前提下，寻求一种降低心脏、肺脏等正常器官组织受量，增加靶区内剂量的治疗技术尤为重要。本文就IMRT 和VMAT两种治疗技术进行剂量学比较发现，VMAT计划的PTV 受量V95%、V107%、V110%和HI、CI 均优于IMRT技术，这与大多数以往文献研究报道一致［7-8］，说明VMAT 计划的适形性和均匀性均较IMRT 技术好。但有研究表明［9-12］，CI 的值较好时，往往使周围的危及器官受到的低剂量照射明显增加，这与本研究中肺、心的V5在VMAT技术中明显高于IMRT技术的结果一致。本研究中的VMAT 计划MU 数高于IMRT计划，这与以往的研究报道存在差异，主要原因可能是因为本文的VMAT 计划设计使用的230°～20°及310°～130°两个Arc的双弧照射，每个弧旋转两次，所以MU 也相应增加。本还进行了单个Arc 的双弧计划，但是靶区剂量始终得不到有效提高，故参照Nicolini 等［13］和王宁等［14］进行两个Arc 的计划设计，得到满意的结果。此外，就靶区覆盖D100%进行对比发现，VMAT（93.4%±2%）计划高于IMRT（92.2%±2%）计划，这与多数研究报道一致。

再之，以往的文献资料报道肺V20已经被证明是肺癌患者放射性肺炎的独立预测因子［15］。此外Krueger 等［16］报道肺V5是放射性肺炎的重要影响因素。本研究发现两类计划的双肺V20均≤27%，从肺损伤方面考虑，所接受剂量百分体积均在正常耐受范围内。但肺的VMAT 计划中除了V5高于IMRT 计划0.8%，其余参数V10、V15、V20、V30和Dmean分别低于IMRT 计划1.1%、0.4 %、0.1%、0.5%、0.2 Gy；说明VMAT 技术在降低正常肺组织的低剂量上要优于IMRT 计划，与杨振等［17］结论一致。这是因为VMAT通过提高适形性的方法从而使得处方剂量集中于靶区部位，避免大面积的肺受到低剂量的照射。而VMAT 计划中心脏的V5、V10、V15、V20、V30和Dmean分别高于IMRT计划5%、3.2%、5.5%、3.6%、0.3%、0.9 Gy，V40低于IMRT 计划1.2%，二者的差异不具有统计学意义（P＞0.05）。这与蒙渡等［18］报道单侧乳腺癌放射治疗技术剂量学比较的研究结果相一致。

总体上，靶区剂量分布VMAT优于IMRT，但是在胸骨处高剂量区没有明显断开，这点不如IMRT的切线野技术。但是对于高剂量分布（V107%、V110%），VMAT控制的较好，且靶区的CI和HI优于IMRT技术。本研究中心脏的受照体积除了V40以外，其他参数均高于IMRT技术，但是变化不具有统计学差异，而评价心脏的指标常以V30作为基准，以往研究表明心脏V30的剂量在10%以下，发生放射性心损伤的几率明显降低［19］，而本研究的心脏V30均在7.2%以下，低于10%，故可接受。有学者研究Tomo Therapy在双侧乳腺癌放疗中的应用的可行性，发现Tomo在肺、心脏等危及器官的受量体积方面控制的较IMRT好［20-21］，平均心脏V5、V10、V20、V30分别为6.8%、5.1%、3.9%、3.08%，明显优于本文中VMAT的心脏受量，但对于VMAT和Tomo之间的差异还未有相关研究。

4 结论

VMAT 在双侧乳腺癌根治术后放疗计划的均匀性和适形性均优于IMRT，且靶区和肺的受量也优于IMRT，但是对于危及器官心脏的受量差于IMRT 技术，但是仍在可接受范围内，故相比较之下，对于根治术后的双侧乳腺癌患者可考虑VMAT双弧计划设计能达到较好的治疗收益。