華小龍，徐文靜，張倜然，葛迅，鄒輝，朱磊，包凱，劉慶文

興化市人民醫(yī)院 a. 腫瘤科；b. 甲乳外科，江蘇 泰州 225700

引言

乳腺癌已成為我國最常見的女性惡性腫瘤之一，發(fā)病率不斷上升且呈年輕化趨勢，是近年來增長幅度最大的惡性腫瘤之一。放射治療是乳腺癌治療的重要組成部分，目前已被廣泛應用于臨床，保乳術后患者和部分根治術后患者均需進行放療[1-3]。容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強放療（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）是一種先進的放療技術，特點是快速高效，可改善相對生物效應，被廣泛應用于各類腫瘤治療。VMAT 通過逆向優(yōu)化算法可有效提高腫瘤控制率，最大限度地減少周圍正常組織的損傷[4-7]。根治術后患者胸壁厚度薄，靶區(qū)呈弧形靠近皮膚表面。由于X射線的建成效應，因此臨床治療中大多選擇在皮膚表面敷貼硅膠組織補償物（Bolus）以提高皮膚表面的靶區(qū)劑量，降低腫瘤局部復發(fā)的風險[8-9]。然而，近年來多有研究發(fā)現(xiàn)，Bolus 提高了放射性皮炎毒副反應的發(fā)生率，且由于胸廓不平整，與皮膚之間不可避免地形成了空腔，從而造成了劑量的不確定性[10-12]，因此有必要探討其他提高皮膚劑量的技術方法。本研究通過Monaco 放射治療計劃系統(tǒng)（Treatment Planning System，TPS）的Auto Flash Margin（AFM）功能在乳腺癌根治術后容積調(diào)強計劃中的應用，分析使用AFM 后對乳腺癌放射治療計劃淺表組織的劑量影響，并以皮膚和靶區(qū)劑量學參數(shù)為依據(jù)，探討最優(yōu)的AFM 數(shù)值，為臨床治療提供決策參考。

1 資料和方法

1.1 臨床資料

選取我院腫瘤科2021 年5 月至2022 年5 月確診為乳腺癌，且行根治術及Ⅰ、Ⅱ級腋窩淋巴結(jié)清掃術后需行輔助放療的女性患者16 例為研究對象，年齡27～69 歲，中位年齡53 歲。

患者采取仰臥位，用熱塑模和仰臥位碳纖維板固定，選取合適頭枕，雙手上舉交叉握住手柄，在CT 模擬定位機下掃描。CT 掃描參數(shù)為層厚5 mm，電壓120 kV，電流350 mAs。掃描范圍為頸部至第2 腰椎。獲得CT 影像后通過專用網(wǎng)絡上傳至Elekta Monaco 5.11 計劃系統(tǒng)。

1.2 靶區(qū)和危及器官的勾畫

放療科醫(yī)師依據(jù)美國國立綜合癌癥網(wǎng)絡（National Comprehensive Cancer Network，NCCN）（2021 中國版）乳腺癌指南進行靶區(qū)勾畫，并由工作經(jīng)驗為10 年以上的放療科主任醫(yī)師進行勾畫復核，包括臨床靶區(qū)和計劃靶區(qū)（Planning Target Volume，PTV）以及心臟、雙側(cè)肺、脊髓等，選取靶區(qū)附近體表輪廓下2 mm 作為皮膚結(jié)構(gòu)進行研究。

1.3 計劃設計與優(yōu)化

計劃采用瑞典醫(yī)科達公司Monaco5.11 臨床計劃設計系統(tǒng)，實施治療加速器采用瑞典醫(yī)科達公司Infinity 臨床直線加速器，光柵采用瑞典醫(yī)科達Agility?（80 對葉片）。病例使用容積調(diào)強6 MV 光子能量，單次劑量為2 Gy，分25 次治療，總劑量為50 Gy。危及器官及靶區(qū)參考國際放療腫瘤學協(xié)作組（RTOG）1304 號報告進行劑量約束。應用2 個弧的射野設計，網(wǎng)格間距為3 mm，光柵鎢門位置控制為5 mm，最大控制點數(shù)量為145，最小子野面積為5 mm，劑量沉積計算采用基于介質(zhì)方式進行計劃設計，對每例患者分別制作3 組VMAT 計劃。由于常見Bolus 的厚度為0.5 cm 和1 cm，且通過觀測取樣，患者最大動度不超過2 cm，因此本文選取的AFM 數(shù)值分別為0.5、1、2 cm，以下記作AFM0.5、AFM1.0、AFM2.0，其余參數(shù)均相同。由于VMAT 計劃的逆向求解并不唯一，為了盡量減少這種隨機性帶來的影響，本文在同一患者的3 套計劃優(yōu)化過程中選擇了相同的優(yōu)化方式，且為了參考比對分析，3 套計劃均使用V95%（95%處方劑量等劑量曲線所覆蓋PTV 的百分體積）的處方劑量。計劃示意圖如圖1 所示。

圖1 計劃示意圖

1.4 計劃評估分析方法

比較5 種計劃方案靶區(qū)PTV 的D95和D5、V95%、V107%、V110%、劑量均勻性指數(shù)（Heterogeneity Index，HI）和適形指數(shù)（Conformity Index，CI）[13]。3 種計劃方案中分別比較肺組織的V5、V20、V30、平均劑量Dmean以及心臟Dmean、V20、V30。此外，評價皮膚結(jié)構(gòu)Dmean。

1.5 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 22.0 進行統(tǒng)計學分析，劑量資料以±s表示，采用Friedman 檢驗方法進行非參數(shù)方差統(tǒng)計分析，以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 劑量體積直方圖結(jié)果

圖2 為PTV 的劑量體積直方圖，3 種計劃（V95%=99.64%±0.13%）均有較好的PTV 劑量覆蓋。由圖可知，PTV 熱點區(qū)域（拖尾長短）AFM2.0 計劃最少，AFM1.0 和AFM0.5 組計劃熱點較多。

圖2 PTV的劑量體積直方圖

2.2 劑量學參數(shù)比較

3 種計劃方案PTV 的D5、D95和HI 等分析結(jié)果如表1 所示。臨床要求D95達到50 Gy，五者劑量均能滿足95%的處方劑量要求。三者中，AFM0.5 和AFM1.0 計劃的PTV Dmean較大，數(shù)值接近，分別為（5210.400±5.400）cGy 和（5219.600±4.200）cGy；A F M 2 . 0 計劃的P T V 靶區(qū)Dmean最小， 為（5175.650±4.200）cGy，且與另2組差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。如圖3所示，在滿足D95到50 Gy的情況下，AFM0.5和AFM1.0計劃的靶區(qū)中，紅色高量區(qū)域明顯多于AFM2.0計劃的高量部分，即所受照射劑量大。

表1 3種計劃的靶區(qū)劑量覆蓋比較

圖3 AFM0.5、AFM1.0和AFM2.0計劃劑量對比圖

劑量熱點區(qū)域V110%的表現(xiàn)中，AFM0.5 計劃最大，為0.420%±0.020%，AFM1.0 計劃為0.310%±0.040%，數(shù)值接近，而AFM2.0 計劃最小，為0.050%±0.050%，與前兩者差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。HI 的表現(xiàn)中，AFM0.5組和AFM1.0組計劃的HI值分別為1.070±0.012和1.081±0.009，AFM2.0 組計劃的HI 值為1.065±0.006，無明顯差異。

2.3 其他危及器官組織受量對比

對肺組織V5、V10、V20、Dmean及心臟Dmean等進行分析對比，評估結(jié)果如表2 所示。危及器官中的心臟、健側(cè)肺和脊髓方面，3 組計劃均無明顯差異；患側(cè)肺的V20、Dmean差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），而V5無明顯差異；淺表皮膚結(jié)構(gòu)方面也存在明顯差異，AFM0.5 組的劑量最高，為（5245.9±36.1）cGy，其次是AFM1.0組，為（5225.1±40.5）cGy，AFM2.0 組劑量最低，為（5186.1±37.9）cGy。

表2 危及器官組織受量對比

2.4 AFM0.5、AFM1.0和AFM2.0組相同角度下的光柵構(gòu)型差異

在同組AFM0.5、AFM1.0 和AFM2.0 計劃中選取130°、150°及355°為觀察角度，在射束方向觀界面截取子野構(gòu)成，見圖4。在所取的3 個觀察角度上，3 組計劃光柵構(gòu)型均在皮膚外形成了明顯的空腔體積，且其隨著AFM 數(shù)值的提高而變大。

圖4 AFM0.5、AFM1.0和AFM2.0組光柵構(gòu)型差異

2.5 AFM0.5、AFM1.0和AFM2.0組X線蒙特卡羅特征參數(shù)對比

通過Monaco TPS Optimization Console 控制臺窗口讀取X 線蒙特卡羅（X-ray Voxel Monte Carlo，XVMC）子野數(shù)量、劑量計算時間、機器跳數(shù)、光子利用率進行對比，見圖5。其中在機器跳數(shù)和劑量計算時間的對比中，AFM0.5 組和AFM1.0 組表現(xiàn)接近，但均明顯高于AFM2.0組；在光子利用率的對比中，AFM2.0 組明顯優(yōu)于AFM0.5組和AFM1.0 組；在子野數(shù)量的對比中，AFM0.5 組和AFM1.0 組略高于AFM2.0 組，但都趨近于290 個。

圖5 AFM0.5、AFM1.0和AFM2.0組XVMC特征參數(shù)對比

3 討論

乳腺癌根治術后輔助放療采用VMAT 已經(jīng)較為普遍，相較于傳統(tǒng)的動態(tài)調(diào)強放療和三維適形放療，VMAT 可以明顯減少高劑量照射，且靶區(qū)劑量分布更均勻[14-15]。對于乳腺癌根治術后放射治療患者來說，胸壁區(qū)域是復發(fā)最常見的部位，局部復發(fā)也表示乳腺癌放療失敗。淺表區(qū)域足量照射可有效降低腫瘤原位復發(fā)概率。ICRU 62 報告建議將目標體積納入接受放射治療時至少接受95%處方劑量的區(qū)域[16]，然而由于MV 級X 射線的皮膚建成效應，不能將足夠劑量遞送到表面，皮膚劑量只有最大劑量的25%左右[11]。對于皮膚淺表區(qū)域組織，需要克服X 射線劑量建成效應，盡管放射治療設備的不斷現(xiàn)代化和Bolus 的應用改善了這一問題，但卻引入了新的問題和使用上的不確定性，如皮膚受高量照射導致的副反應以及Bolus 與皮膚之間不能完全貼合而形成的空腔影響皮膚次級建成效應且減少了最大表面劑量，從而造成劑量分布的不確定性。因此，有必要探究其他提高淺表靶區(qū)劑量的技術方式。近年來，關于該方面的探索研究不多，Wang 等[17]研究使用膠片分析結(jié)果證實應用AFM 功能的計劃在皮膚外空氣空腔中存在大量游離電子，盡管空氣空腔的游離電子不能達到劑量沉積的目的，但大量的游離電子有助于提高皮膚表面電子的二次散射劑量，因此AFM 功能的應用可以改善淺表組織劑量。本研究以劑量學結(jié)果為依據(jù)，分析探討較優(yōu)的AFM 數(shù)值，為臨床提供參考。

本文采用VMAT 放療技術設計了3 種方案。3 組計劃PTV 的D95接近， 且3 組計劃PTV劑量均能達到95% 的處方劑量，可滿足臨床要求。AFM0.5 組Dmean為（5210.400±5.400）cGy，AFM1.0 組Dmean為（5219.600±4.200）cGy，AFM2.0組Dmean為（5175.600±4.200）cGy ；AFM0.5 組的V107%為10.090%±1.720%，AFM1.0 組 的V107%為11.020%±0.150%，AFM2.0 組的V107%為2.570%±1.520%，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；AFM0.5 組HI 為1.070±0.012，AFM1.0 組HI 為1.081±0.009，AFM2.0組HI 為1.065±0.006，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。在靶區(qū)各項指標的比較中，AFM2.0 組對比AFM0.5 和AFM1.0 組有明顯優(yōu)勢。由于乳腺癌淺表區(qū)域位于空氣和皮膚組織的交界面，劑量沉積的主要方式是電子污染和電子的散射累積。盡管劑量沉積差異同射野大小、源皮距（Source Skin Distance，SSD）、源瘤距（Source Tumor Distance，STD）及組織密度密切相關[18-22]，但本研究已排除SSD、STD 及組織密度的影響，通過對多個相同角度下3 組計劃射野構(gòu)型的觀察，得出射野大小差異很小，可忽略不計。

同樣，對比3 組計劃的患側(cè)肺組織V20、Dmean和淺表皮膚組織Dmean以及心臟Dmean，患側(cè)肺V20依次為（16.3±1.8）、（16.0±1.7）、（15.2±1.9）cGy；患側(cè)肺Dmean依次為（1125.6±55.4）、（1115.3±47.9）、（1106.4±51.4）cGy；淺表皮膚組織Dmean依次為（5245.9±36.1）、（5225.1±40.5）、（5186.1±37.9）cGy，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），體表皮膚的受量降低也減少了皮膚潰爛等副損傷程度，特別是心臟受量對乳腺癌放療后缺血性心臟風險控制有重要意義[23]；心臟Dmean依次為（748.1±118.6）、（787.8±104.2）、（753.5±114.8）cGy。研究分析發(fā)現(xiàn)，AFM2.0 組計劃的各項危及器官指標數(shù)值均小幅優(yōu)于AFM0.5 組和AFM1.0組，且淺表皮膚組織的高量較少，3 組計劃均在皮膚與鉛門之間建立了0.5～2 cm 的空氣空腔區(qū)；而在常規(guī)的VMAT 計劃中，由于受調(diào)強計劃的電動多葉光柵靜態(tài)編碼器主導，以靶區(qū)為目標進行構(gòu)型，從而使皮膚與鉛門間只有很小的空氣空腔區(qū)；盡管空氣中的電子并不會產(chǎn)生劑量沉積，但因為處于開野照射中，空氣空腔仍會充滿電子；當電子從低密度空氣到達相對高密度的人體組織表面并發(fā)生碰撞，從而進行散射時，3 組計劃電子會和空腔內(nèi)電子再次發(fā)生康普頓效應和電子對等效應，有部分電子能量會再次在乳腺淺表區(qū)域沉積，因此使用AFM功能計劃組的乳腺淺表區(qū)域比常規(guī)VMAT 計劃組會獲得更高的劑量沉積。在相同的XVMC 優(yōu)化函數(shù)及參數(shù)的計算條件下，由于AFM2.0 組比另外2 組乳腺淺表區(qū)域獲得了更高的劑量沉積，因此淺表區(qū)域的劑量優(yōu)化壓力更小，需要更少的靶內(nèi)劑量散射補償；而AFM0.5 組和AFM1.0 組由于乳腺淺表區(qū)域的劑量沉積相對低，因此為滿足靶區(qū)處方劑量覆蓋體積目標，需要靶區(qū)內(nèi)部形成相對更高的劑量，從而對乳腺淺表區(qū)域進行劑量散射補償。

本研究也存在一定的局限性，如沒有考慮其他更細的AFM 數(shù)值檔位，不排除有其他更適合的AFM 數(shù)值；其次，Monaco 計劃系統(tǒng)的AFM 函數(shù)功能較新、面世較晚，相關研究較少，更多使用細節(jié)還須進一步探索。文中研究的角度也只是純粹從放療計劃本身而言，但在實際臨床治療中會受呼吸胸廓運動的影響。由于實際治療中體表劑量尚未可知，因此后續(xù)研究可加入體表膠片劑量進行測量驗證。

4 結(jié)論

綜上所述，醫(yī)科達Monaco TPS 的AFM 功能在乳腺癌根治術后容積調(diào)強放射治療計劃中具有實際的臨床應用意義?？紤]靶區(qū)和皮膚劑量學因素，AFM 數(shù)值為2 cm 是一個較優(yōu)的推薦值，可有效提高淺表靶區(qū)劑量，無大量熱點，從而提高療效，減少危及器官和皮膚損傷，降低乳腺癌原位復發(fā)的可能。