林金勇(通信作者)

1 福建醫(yī)科大學腫瘤臨床醫(yī)學院，福建省腫瘤醫(yī)院 (福建福州 350014)；2 福建師范大學醫(yī)學光電科學與技術教育部重點實驗室和福建省光子技術重點實驗室 (福建福州 350007)

乳腺癌已成為全球女性患病率最高的癌癥，年新發(fā)病例高達226萬，死亡病例達69萬[1]。對于早期乳腺癌，保乳手術結合術后放療已成為標準治療手段，可在保證乳房美觀的同時，顯著提高患者生存率[2-3]。切線弧容積旋轉調強放療(tangential volumetric modulated arc therapy，t-VMAT)是當前進行乳腺癌放療的新技術，其通過部分切線弧的旋轉照射形式，實現對腫瘤靶區(qū)的精確適形照射，可有效降低周圍重要器官的受照劑量[4]。本研究針對乳腺癌保乳術后放療患者，應用本中心擁有的TrueBeam與Axesse精準放療設備分別設計乳腺癌t-VMAT計劃，旨在探討兩套系統(tǒng)設計的乳腺癌放療計劃的劑量學特性，評估其計劃質量與劑量學質量控制檢驗結果，以期為臨床乳腺癌保乳術后患者的放療提供參考，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2021年8月至2022年2月在我院接受放射治療的16例保乳手術后左側乳腺癌女性患者為研究對象，均為早期(0～Ⅱa期)，年齡31～49歲，平均(40±9)歲?；颊呔炇鹧芯恐橥鈺?。本研究獲得醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會審核批準(審批編號：2017-065-01)。

1.2 CT模擬定位

所有患者均通過真空墊和體部網膜固定，并上抬手臂、仰臥于CT床上；在PHILIPS大孔徑CT模擬機下進行定位掃描(層厚為5 mm)，并將得到的CT影像上傳至工作站，由放療科醫(yī)師根據解剖結構進行靶區(qū)與危及器官勾畫。

1.3 靶區(qū)與危及器官勾畫

計劃靶區(qū)(planning target volume，PTV)由包含左側乳腺腺體和胸壁淋巴引流區(qū)的臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)經均勻外放5 mm得到，并回縮前界至皮下3 mm；重要器官需要勾畫健側乳腺、心臟、脊髓、健側肺及患側肺；之后將勾畫好的靶區(qū)和重要器官的CT影像分別傳輸至TrueBeam加速器的Eclipse 15.5計劃系統(tǒng)(美國瓦里安公司)及Axesse加速器的Monaco 5.11.03計劃系統(tǒng)(瑞典醫(yī)科達公司)，進行t-VMAT計劃設計。

1.4 處方劑量和計劃設計

處方劑量：PTV給予45 Gy/25次處方劑量，要求處方劑量至少包繞95%靶體積。重要器官限量要求：健側乳腺最大劑量(Dmax)<10 Gy，心臟平均劑量(Dmean)<7 Gy，脊髓最大劑量(Dmax)<35 Gy，肺受到20 Gy照射的體積占肺總體積的百分比(V20)<25%，肺受到5 Gy照射的體積占肺總體積的百分比(V5)<55%。

計劃設計：t-VMAT計劃的切線弧布野角度是根據靶區(qū)形狀確定切線方向作為起始角度和終止角度，然后避開射線正入射患側肺的部分弧度，從而形成類似剪刀狀的兩段切線弧；對于Monaco計劃系統(tǒng)，兩段切線弧的角度分別為(290°±5°)～(350°±5°)和(100°±5°)～(160°±5°)；其他設置參數，最大弧數為2，每弧的最大控制點為150，考慮呼吸運動射野邊界自動外擴Auto-Flash為1.5 cm，劑量計算采用蒙特卡羅算法(Monte Carlo，MC)；對于Eclipse計劃系統(tǒng)，先設置(290°±5°)～(160°±5°)的順時針和逆時針雙弧，再通過Avoidance遮擋功能，屏蔽掉(350°±5°)～(100°±5°)區(qū)間的弧度，考慮呼吸運動PTV前界外擴1.5 cm進行假組織補償；劑量計算使用先進外照射光子劑量算法(acuros external beam，Acuros XB)；兩套計劃系統(tǒng)均選用6 MV能量的X線，Monaco計劃系統(tǒng)采用醫(yī)科達Axesse加速器數據，Eclipse計劃系統(tǒng)采用瓦里安TrueBeam加速器數據。

1.5 計劃評估

參照國際輻射單位和測量委員會83號報告標準[5]，通過劑量分布和劑量體積直方圖對計劃進行評估；對于計劃靶區(qū)PTV，評估其平均劑量(Dmean)、98%、95%、2%體積的劑量(D98%、D95%、D2%)、適形指數(conformity index，CI)及均勻性指數(homogeneity index，HI)；CI=(Vt,ref×Vt,ref)/(Vref×Vt)，其中Vt,ref為處方劑量所包繞的靶區(qū)體積，Vref為處方劑量所包繞的體積，Vt為靶區(qū)體積，0

1.6 劑量學質量控制檢驗

為保證放療計劃實施照射的準確性和安全性，需要在t-VMAT計劃執(zhí)行前進行劑量學質量控制檢驗(即劑量驗證)，以檢驗計劃劑量計算的精確性和計劃傳輸中的臨床相關差錯。本研究對兩套系統(tǒng)的乳腺癌計劃分別應用三維劑量驗證系統(tǒng)ArcCHECK(美國Sun Nuclear公司)進行劑量驗證；ArcCHECK是擁有1 386個半導體探測器的圓柱形旋轉照射劑量測量儀[6]。通過Gamma分析方法，比較實際測量劑量與理論計算劑量之間的差別，得到兩套系統(tǒng)在3%/2 mm標準和劑量閾值10%條件下的劑量Gamma通過率。

1.7 統(tǒng)計學處理

2 結果

2.1 劑量分布比較

圖1為Eclipse與Monaco系統(tǒng)設計的左側乳腺癌保乳術后計劃的橫斷面劑量分布圖。從圖上可定性觀察出，兩套系統(tǒng)設計的乳腺癌計劃45 Gy處方等劑量線均能較完整地包繞靶區(qū)；此外，Eclipse計劃的20 Gy和5 Gy等劑量線對心臟、肺等重要器官的照射區(qū)域要略小于Monaco計劃。

圖1 Eclipse與Monaco計劃橫斷面劑量分布圖

2.2 劑量學參數比較

為進一步定量比較兩個系統(tǒng)設計的乳腺癌t-VMAT計劃的劑量學優(yōu)劣，表1～3分別列出了靶區(qū)與危及器官(脊髓、心臟、健側乳腺、患側肺和健側肺)的劑量體積參數。

表1為兩套系統(tǒng)靶區(qū)的劑量學參數，經比較后發(fā)現，兩套系統(tǒng)設計的t-VMAT計劃的靶區(qū)95%體積受到的照射劑量(D95%)均超過45 Gy處方劑量，即均達到大于95%靶區(qū)的處方劑量覆蓋；其中，Eclipse計劃的靶區(qū)均勻性HI較Monaco計劃略差(P<0.05)，兩者適形指數CI相當(P>0.05)。

表1 兩套放療系統(tǒng)的乳腺癌靶區(qū)劑量學參數比較

表2 兩套放療系統(tǒng)的乳腺癌脊髓、心臟和健側乳腺劑量學參數比較

表3 兩套放療系統(tǒng)的乳腺癌患側肺與健側肺劑量學參數比較

表2、3比較了兩套系統(tǒng)危及器官的劑量學參數。對于脊髓受量，Eclipse計劃的脊髓最大劑量Dmax小于Monaco計劃(P<0.05)；但對于健側乳腺Dmax，Eclipse計劃則大于Monaco計劃(P<0.05)；對于心臟保護，Eclipse計劃較Monaco計劃的心臟Dmean、V30、V40均有顯著減少(P<0.05)；此外，在肺的受量上，與Monaco計劃相比，Eclipse計劃的肺Dmean、V5、V15、V20和V30均相對較低(P<0.05)。

2.3 計劃治療跳數比較

Eclipse與Monaco系統(tǒng)設計的乳腺癌保乳術后放療計劃的機器跳數分別為(388.3±31.5)MU和(692.3±56.2)MU；Eclipse計劃平均機器跳數比Monaco計劃少了43.9%(P<0.05)。

2.4 劑量質量控制驗證通過率比較

為保證調強放療計劃實施劑量的準確性和安全性，應用ArcCHECK三維劑量驗證系統(tǒng)進行計劃劑量學質量控制檢測，分別對Eclipse與Monaco兩套系統(tǒng)設計的乳腺癌保乳術后t-VMAT放療計劃進行劑量驗證。如圖2所示，基于Gamma分析方法，在3%/2 mm標準閾值下，Eclipse與Monaco計劃的劑量通過率分別為(98.8±0.7)%和(99.0±0.6)%，均>95%，差異無統(tǒng)計意義(P>0.05)，均達到臨床劑量學質量控制要求。

圖2 Eclipse與Monaco計劃劑量驗證通過率比較

3 討論

放射治療是早期乳腺癌保乳術后患者的標準治療方式，有助于提高其局部控制率和遠期生存率。t-VMAT技術通過部分切線弧的旋轉照射形式，避開對肺和心臟受量影響較大的部分正入射弧度，充分利用影響較小的切線弧角度，從而可在保證靶區(qū)充足照射和劑量適形性的情況下，顯著減少周圍危及器官的照射劑量，是一種先進的調強放療技術。本研究利用當前國際兩大主流加速器廠商(瓦里安和醫(yī)科達公司)的先進加速器和計劃系統(tǒng)，即TrueBeam加速器/Eclipse系統(tǒng)和Axesse加速器/Monaco系統(tǒng)，分別設計乳腺癌保乳術后t-VMAT計劃，發(fā)現兩套精準放療系統(tǒng)設計的乳腺癌計劃均能滿足臨床要求，均能達到大于95%的靶區(qū)處方劑量覆蓋；Eclipse計劃對脊髓、心臟、肺的保護更具優(yōu)勢，Monaco計劃則對健側乳腺的保護更好；另外，Eclipse計劃的機器跳數比Monaco計劃少，計劃執(zhí)行效率更高，兩者的劑量驗證通過率均>95%，均達到臨床劑量學質量控制要求，均能實現計劃準確照射。

在乳腺癌放療過程中，放射性心臟損傷、放射性肺炎和放射誘導乳腺第二原發(fā)腫瘤是其重要并發(fā)癥，發(fā)生率及嚴重程度與心臟、肺、健側乳腺受到的照射劑量緊密相關[2，7-8]。本研究發(fā)現，相較于Monaco計劃，Eclipse計劃的心臟平均劑量減少了3.02 Gy，V30減少了2.97%，V40減少了1.10%(P<0.05)，有助于降低遠期心臟損傷發(fā)生率[7]；同時，Eclipse計劃的患側肺平均劑量Dmean、V5、V15、V20和V30分別減小了2.37 Gy、7.63%、5.94%、5.34%和4.24%(P<0.05)；健側肺平均劑量Dmean和V5分別減小了0.87 Gy和0.47%，有助于降低放射性肺炎發(fā)生率[8]；但是，Monaco計劃的健側乳腺Dmax較Eclipse計劃低，更有利于降低放射誘導第二原發(fā)腫瘤的發(fā)生風險。

兩套精準放療設備設計的乳腺癌放療計劃存在差異的原因可能為兩套計劃系統(tǒng)計算算法的差異、優(yōu)化函數的應用差異、加速器機械差異等[9]。本研究認為，首先是計劃系統(tǒng)算法的不同；Eclipse使用的是Acuros XB算法，通過數值分析的方法求解線性玻爾茲曼輸運方程，考慮非均勻性組織對劑量計算的影響；Monaco采用MC算法，是通過隨機抽樣進行數值積分，考慮不同組織的放射性差異[10]；其次是多葉光柵厚度的差異，TrueBeam與Axesse加速器的射野范圍盡管均為40×40 cm2，但TrueBeam中間20 cm范圍內每片的寬度均為0.5 cm，兩側10 cm范圍每片寬度均為1 cm；Axesse葉片寬度均為0.5 cm；但這些因素均需未來進行進一步的深入研究。

綜上所述，不同放療系統(tǒng)在計劃質量方面存在差異。鑒于越來越多的放療中心都配置有多套放療系統(tǒng)，作為物理師，需了解不同系統(tǒng)的優(yōu)勢，以便在日常工作中根據臨床實際需求，選擇合適的放療系統(tǒng)進行個體化計劃設計。