劉銳 王書文 唐豐文 楊蘊(yùn)一 韓蘇夏 趙新漢

(西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院 1.腫瘤放療科;2.腫瘤內(nèi)科，陜西 西安 710061)

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·論著·

早期左側(cè)乳腺癌保乳術(shù)后IMRT與VMAT兩種放射治療技術(shù)的劑量學(xué)研究*蒙渡1

劉銳1王書文1唐豐文1楊蘊(yùn)一1韓蘇夏1趙新漢2

(西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院 1.腫瘤放療科;2.腫瘤內(nèi)科，陜西 西安 710061)

目的 分析逆向調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃(IMRT)及容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃(VMAT)在早期乳腺癌患者保乳術(shù)后輔助放射治療中劑量學(xué)方面的優(yōu)劣。方法 選擇無放療禁忌癥的30例行保乳手術(shù)的早期左側(cè)乳腺癌患者，分別制定IMRT計(jì)劃及VMAT計(jì)劃。通過分別比較兩種計(jì)劃的CI值、HI值、IHI值，以及評價兩種計(jì)劃危險器官受量，來分析兩種治療技術(shù)在劑量學(xué)方面的優(yōu)劣。結(jié)果 兩種計(jì)劃的CI值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)(P>0.05)，但在靶區(qū)體積較小(<485.6 cm3)的患者中，IMRT的CI值高于VMAT計(jì)劃(P<0.05)；兩種計(jì)劃的HI值、IHI差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，并與靶區(qū)體積無關(guān)(P>0.05)；另外，危險器官的低劑量區(qū)(V5、V10)在VMAT計(jì)劃中顯著增高(P<0.01)。結(jié)論 VMAT計(jì)劃相較于IMRT計(jì)劃并沒有顯示出適形度及不均勻度方面的優(yōu)勢，相反在乳腺體積較小的患者中IMRT的優(yōu)勢更大。另外，VMAT計(jì)劃相較于IMRT計(jì)劃導(dǎo)致了正常組織低劑量區(qū)的增加。

乳腺癌； IMRT； VMAT； 放射治療

20世紀(jì)70年代以來，為了保障乳腺癌患者心理、生理的健全以及提高生活質(zhì)量，乳腺癌手術(shù)治療的范圍趨向于逐漸變小。目前，保乳手術(shù)加前哨淋巴結(jié)活檢術(shù)已逐漸取代根治性手術(shù)成為早期乳腺癌患者的標(biāo)準(zhǔn)術(shù)式[1]。保乳術(shù)后的早期乳腺癌患者需接受術(shù)后輔助放射治療[2]。近年來，適形調(diào)強(qiáng)放射治療逐漸取代切線野照射成為保乳術(shù)后的主要輔助放射治療模式[3]。適形調(diào)強(qiáng)放射治療較普通的切線野放射治療具有更好的靶區(qū)適形度及靶區(qū)內(nèi)劑量均勻度，同時可以更好的保護(hù)重要的危險器官(organs at risk，OAR)。本研究分析比較了兩種調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃，普通的逆向調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃(IMRT)及容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃(VMAT)，在靶區(qū)適形度、劑量分布以及危險器官的保護(hù)方面的差異。以進(jìn)一步分析這兩種調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃在臨床應(yīng)用中孰優(yōu)孰劣。

1 資料與方法

1.1 病歷資料 隨機(jī)選取我院2013～2016年30例行保乳手術(shù)的左側(cè)乳腺癌患者符合以下條件者：AGCC分期T1～2N0～1M0(Ⅰ～Ⅱa期及部分Ⅱb期)，KPS評分≥80分，無嚴(yán)重心肺功能障礙，血細(xì)胞計(jì)數(shù)、肝腎功血清學(xué)檢查正常，無胸部放療史及放療禁忌癥。30例患者中位年齡42歲，病理類型均為浸潤性導(dǎo)管癌。

1.2 體位固定及CT影像采集 采用乳腺托架固定體位，患者取仰臥位，調(diào)節(jié)托架使患側(cè)手臂充分上舉外展，并記錄托架參數(shù)。使用鉛絲或鉛點(diǎn)標(biāo)定患側(cè)乳腺范圍。采用螺旋CT采集圖像，掃描范圍包括胸廓入口上5 cm至肋膈角下5 cm，掃描層間距為5 mm。將所采的CT圖像經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳至治療計(jì)劃系統(tǒng)，以備勾畫靶區(qū)及制定計(jì)劃所用。

1.3 靶區(qū)及危險器官的定義 靶區(qū)的定義參照ESTRO標(biāo)準(zhǔn)[4]。CTV：包括整個患側(cè)乳腺。前界：皮膚下0.5 cm；后界：胸大肌、胸骨、肋間肌，不超過胸壁組織；頭側(cè)界：可見或可觸及的乳腺組織上緣；腳側(cè)界：可見或可觸及的乳腺組織下緣；內(nèi)側(cè)界：體正中線；外側(cè)界：乳腺反折外側(cè)。PTV：CTV內(nèi)外后界各外放0.5 cm，頭側(cè)界及腳側(cè)界外放0.7～1.0 cm，前界不超過皮下0.5 cm。危險器官包括：心臟、患側(cè)肺、健側(cè)肺、脊髓及健側(cè)乳腺。

1.4 放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì) 治療所用設(shè)備包括直線加速器(ELEKTA Precise)、治療計(jì)劃系統(tǒng)(CMS Xio)系統(tǒng)和CT模擬定位機(jī)(Philips brilliance CT Big Bore)。PTV處方劑量50Gy/25f。要求處方劑量至少包繞90%的PTV。高劑量區(qū)限制：V110%<10%。在進(jìn)行制定計(jì)劃前于模擬定位機(jī)下確定切肺體積最小的主野方向。IMRT計(jì)劃設(shè)計(jì)：采用模擬定位機(jī)下確定的最小穿肺體積的兩切線野方向?yàn)橹饕?，再增加兩個不同方向的輔助野(圖1A)。VMAT計(jì)劃設(shè)計(jì)：以模擬定位及所確定的切線野方向?yàn)槠鹬菇嵌?，采用雙弧計(jì)劃(圖1B)。危險器官劑量限制要求：心臟V30<20%，患側(cè)肺、健側(cè)肺V20<20%，健側(cè)乳腺平均劑量(Dmean)<5 Gy，脊髓PRV Dmax<45 Gy。

圖1 兩種放療計(jì)劃設(shè)計(jì)圖

Figure1 Radiation fields setting of IMRT and VMAT plan

注：A.IMRT計(jì)劃；B.VMAT計(jì)劃

1.5 兩種計(jì)劃的評價

1.5.1 靶區(qū)劑量評價 計(jì)劃完成后，在系統(tǒng)生成的劑量體積直方圖(Dose volume histogram，DVH)及所采集的相關(guān)數(shù)據(jù)對計(jì)劃進(jìn)行評價，包括以下指標(biāo)：PTV 和 PGTV 的最大劑量 Dmax及最小劑量 Dmin；PTV內(nèi)至少接受相應(yīng)處方劑量照射體積百分比 V95%、V103%、V105%、V110%。不均勻指數(shù)(Inhomogeneity index，IHI)，以 PTV 接受<95%處方劑量與>103%處方劑量體積百分比之和來表示。適形度指數(shù)(CI)=(Vt,ref/Vt)×(Vt,ref/Vref)。其中，Vt為靶區(qū)體積，Vt,ref為參考登記量線包繞的靶區(qū)體積，Vref為參考等劑量線所包括的所有區(qū)域。均勻度指數(shù)(HI)=(D2-D98)/Dp。其中D2是指在DVH圖上，2%的靶區(qū)體積所對應(yīng)的劑量，這可被認(rèn)為是“最大劑量”；D98是指在DVH圖上，98%的靶區(qū)體積所對應(yīng)的劑量，這可被認(rèn)為是“最小劑量”；Dp即計(jì)劃所給予的處方劑量。

1.5.2 危險器官受量評價 比較心臟、患側(cè)肺及健側(cè)肺所接受5、10、20、30 Gy及40 Gy劑量照射的百分體積(即V5、V10、V20、V30、V40)。比較對側(cè)乳腺接受5 Gy劑量照射的體積(V5)及平均劑量(Dmean)。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。所有數(shù)據(jù)結(jié)果采用配對t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)為P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 等劑量曲線圖和劑量分布圖結(jié)果 兩種計(jì)劃中處方劑量曲線對靶區(qū)的包繞良好，但I(xiàn)MRT計(jì)劃低劑量區(qū)范圍顯著小于VMAT計(jì)劃(圖2)。兩種計(jì)劃DVH圖的PTV曲線基本重合，說明兩種計(jì)劃中靶區(qū)的劑量均勻度良好。但I(xiàn)MRT計(jì)劃中OAR的曲線處于低劑量區(qū)的體積顯著低于VMAT計(jì)劃，說明IMRT計(jì)劃對DAR有更好保護(hù)作用(圖3)。

圖2 IMRT與VMAT計(jì)劃等劑量曲線的對比

Figure2 Isodose curve of IMRT and VMRT plan

注：A.IMRT計(jì)劃；B.VMAT計(jì)劃

圖3 IMRT計(jì)劃與VMAT計(jì)劃DVH曲線

Figure3 Dose volume histogram of IMRT and VMRT plan

注：虛線為IMRT計(jì)劃，實(shí)線為VMAT計(jì)劃

2.2 靶區(qū)劑量、適形度和均勻度的比較 VMAT計(jì)劃Dmax顯著低于IMRT計(jì)劃，而Dmin差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。兩種計(jì)劃的CI值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但在靶區(qū)體積較小(<485.6 cm3)的患者中，IMRT的CI值顯著高于VMAT計(jì)劃，且更接近于1。兩種計(jì)劃的HI值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，并與靶區(qū)體積無關(guān)。同時，VMAT計(jì)劃的V95%及V103%顯著低于IMRT計(jì)劃，而V105%、V110%差異無均統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。兩種計(jì)劃的IHI值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，并與靶區(qū)體積無關(guān)，見表1、2。

Table1 Dmin,Dmax,percent dose volume, CI and HI value of PTV in IMRT plan and VMAT plan

IMRTVMATPDmin(Gy)48.67±1.2748.24±2.12>0.05Dmax(Gy)56.87±2.0955.10±1.86<0.01V95%97.49±1.3694.90±1.45<0.05V103%90.14±3.2886.87±2.93<0.05V105%50.98±2.3352.15±1.07>0.05V110%12.91±0.9413.06±2.19>0.05CI0.88±0.110.86±0.22>0.05HI0.27±0.090.25±0.04>0.05IHI2.96±1.043.12±0.95>0.05

Table 2 CI，HI and IHI values in targets of different volumes

2.3 兩種計(jì)劃OARs劑量學(xué)比較 VMAT計(jì)劃與IMRT計(jì)劃相比較，心臟、患側(cè)肺的V20、V30、V40及Dmean差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，但OARs的低劑量區(qū)(V5、V10)在VMAT計(jì)劃中增高(P<0.05)，見表3和表4。另外，VMAT計(jì)劃中健側(cè)肺及乳腺的V5、V10、Dmean高于IMRT計(jì)劃(P<0.01)，見表5。

表3 IMRT與VMAT計(jì)劃中心臟的受量比較

Table 4 Dose distribution of ipsilateral lung in IMRT plan and VMAT plan

IMRTVMATPV545.17±3.2655.69±3.79<0.01V1035.19±4.1541.81±3.82<0.01V2027.59±3.0530.06±1.32>0.05V3023.44±1.7023.64±3.01>0.05V4018.75±1.0219.04±1.11>0.05Dmean(Gy)19.73±7.9120.27±4.88>0.05

3 討論

由于社會的發(fā)展，人們對生活質(zhì)量要求的提高，保乳術(shù)后的放射治療，應(yīng)在保證局部控制率的同時減少治療并發(fā)癥。如何改善靶區(qū)內(nèi)劑量分布的均勻性及降低心臟、肺及對側(cè)乳腺等重要器官的受照劑量已成為討論的重點(diǎn)[5]。IMRT及VMAT技術(shù)是實(shí)現(xiàn)更好劑量分布及更有效的保護(hù)正常器官的有效工具。但保乳術(shù)后的輔助放射治療技術(shù)究竟應(yīng)選擇VMAT還是IMRT目前還有很大的爭議[6-8]。本研究對這兩種照射技術(shù)進(jìn)行了劑量學(xué)方面的對比分析。

CI、HI及IHI是評價放射治療技術(shù)非常重要的指標(biāo)。Jin等[9]的研究結(jié)果顯示：VMAT計(jì)劃的CI值顯著低于切線野為主的IMRT技術(shù)，并且HI值也差于IMRT技術(shù)，尤其對于左側(cè)乳腺癌、乳房較小的患者趨勢更加明顯，因此此類患者不推薦使用VMAT照射技術(shù)。在另一些研究中，VMAT技術(shù)較IMRT技術(shù)表現(xiàn)出較好的CI值，但心臟、同側(cè)肺及健側(cè)乳腺受到了更高劑量的照射[10-12]。另Park等[13]研究表明，VMAT技術(shù)相較于IMRT技術(shù)具有更優(yōu)的CI值，但HI值無顯著差異，但同側(cè)肺及心臟的低劑量區(qū)范圍顯著增高。我們的研究結(jié)果與以上結(jié)果得出了類似的結(jié)論：VMAT與IMRT相比，CI值、HI值及IHI值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。但在乳腺體積較小分組的患者中，IMRT相較于VMAT顯示出在CI值方面的優(yōu)勢。

Table 5 Dose distribuation of contralateral lung and breast in IMRT plan and VMAT plan

IMRTVMATP健側(cè)肺 V50.39±0.039.23±5.2<0.01 V100.05±0.052.27±1.96<0.01 Dmean(cGy)10.27305.19<0.01健側(cè)乳腺 V53.37±2.9340.91±20.73<0.01 V100.92±1.0117.17±10.63<0.01 Dmean(cGy)47.88±23.12681.87±301.12<0.01

放射線誘發(fā)的放射性肺炎及放射性心臟病是乳腺癌放射治療的主要的并發(fā)癥，尤其在左乳癌患者，心臟接受了更多劑量的照射。Darby等[14]的研究結(jié)果顯示乳腺癌對心臟的額外照射增加了患者罹患心臟病的風(fēng)險。Jin等[9]指出心臟與冠脈的受照劑量體積有著密切的關(guān)系，心臟的DVH可以預(yù)測冠脈的受量[9]。而冠脈受照劑量則直接與心臟并發(fā)癥相關(guān)[15-16]。而亦有研究表明肺的低劑量受照區(qū)的體積與放射性肺炎的發(fā)生密切相關(guān)。當(dāng)肺的V10大于50%時，肺的并發(fā)癥率可達(dá)20%[17-18]。另外，有研究指出正常組織低劑量的照射可增加繼發(fā)腫瘤的患病風(fēng)險[19]。乳腺的低劑量區(qū)受照劑量將會使第二原發(fā)乳腺癌的患病風(fēng)險增加[20-21]。我們的研究結(jié)果顯示VMAT計(jì)劃中患側(cè)及健側(cè)肺、心臟及健側(cè)乳腺及健側(cè)肺的V5及V10均高于IMRT計(jì)劃。但這種低劑量區(qū)受照體積的差異是否會導(dǎo)致放射性的心肺損傷、繼發(fā)腫瘤的發(fā)生率及嚴(yán)重程度差異，還需要進(jìn)一步的基于大樣本的隨機(jī)臨床研究數(shù)據(jù)的討論。

4 結(jié)論

相較于VMAT計(jì)劃，IMRT計(jì)劃并沒有在適形度及劑量均勻度方面顯示出更高的優(yōu)勢。在乳腺體積較小的患者中，IMRT計(jì)劃適形度及劑量均勻度均優(yōu)于VMAT。因此，IMRT技術(shù)可能是保乳術(shù)后輔助放射治療的更好的選擇。但劑量學(xué)數(shù)據(jù)的差異是否導(dǎo)致了臨床療效、并發(fā)癥發(fā)生率的差異，以及VMAT計(jì)劃在臨床應(yīng)用中的有效性及安全性尚需進(jìn)一步大樣本研究數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。

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Comparing the radiological dose distribution between VMAT and IMRT applied in radiotherapy of early left breast cancer patients after breast-conserving surgery

MENG Du1, LIU Rui1, WANG Shuwen1,et al

(1.DepartmentofRadioOncology,TheFirstAffiliatedHospitalofXi’anJiaotongUniversity,Xi’an710061,Shanxi,China;2.DepartmentofMedicalOncology,TheFirstAffiliatedHospitalofXi’anJiaotongUniversity,Xi’an710061,Shanxi,China)

Objective To compare the radiotherapy dosimetry of IMRT and VMAT in radiotherapy for patients with left early breast cancer after breast-conserving surgery. Methods 30 left breast cancer patients after breast-conserving surgery and without radiotherapy contraindications were selected. IMRT plan and VMAT plan were formulated respectively. By comparing the CI, HI, IHI, and the dose delivered to the organ at risk between the two kinds of plan, we analyzed the pros and cons of two kinds of treatment technology. Results There was no statistically significant difference between the two plans in CI (P>0.05). However, when the volume in the target area was small (less than 485.6 cm3), the CI of IMRT plan was significantly higher and closer to 1 than that of VMAT plan (P<0.05). There was no significant differences in HI and IHI values whether the target volume was big or small (P>0.05). In addition, the low dose areas of organs at risk (V5, V10) was significantly increased in the VMAT plan (P<0.01). The Mu of VMAT was significantly higher than IMRT, with an average increase of 1.94±0.14 times. Conclusion Compared to IMRT plans, VMAT plans do not show a satisfactory advantage in conformal and dose-homogeneous degree. In patients with smaller breast, IMRT showed greater advantage. More over, compared to IMRT plans, VMAT plans resulted significant increase of low dose region in organs at risk.

Breast cancer； IMRT； VMAT； Radiotherapy

國家自然科學(xué)基金(81201680)

王書文，E-mail：wenshuwang2012@163.com

R 737.9

A

10.3969/j.issn.1672-3511.2016.11.014

2016-05-19；

2016-09-28; 編輯： 張文秀)