兩種左側(cè)乳腺癌保乳術(shù)后FIF和DMPO-IMRT結(jié)合照射技術(shù)的劑量學比較

張懷文 劉 松 鐘曉鳴

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一，其發(fā)病率約占全身各種惡性腫瘤的7% ～10%［1］。據(jù)抗癌協(xié)會報道，近年來我國以每年3% ～4%的速度增長，已成為嚴重危害婦女身心健康的殺手。隨著我國醫(yī)療技術(shù)和質(zhì)量的不斷提高，保乳手術(shù)加術(shù)后放化療的綜合療法已成為早期乳腺癌的標準治療手段。由于患者乳腺外形差別較大及乳腺不同部位寬度的不同，臨床常用的普通兩側(cè)切線野放療存在靶區(qū)劑量分布不均勻，心、肺等危機器官劑量偏高的問題。調(diào)強放療在改善劑量分布及降低正常組織放療劑量方面有明顯優(yōu)勢，但卻增加了正常組織低劑量照射區(qū)域，使得對側(cè)肺和對側(cè)乳腺的受照劑量略有增加。我們采用Pinnale39.6三維治療計劃系統(tǒng)設計FIF技術(shù)和DMPO-IMRT技術(shù)兩者相結(jié)合的照射方式，從靶區(qū)劑量分布、劑量分布適形度和均勻性及心臟、肺及對側(cè)乳腺受量等方面比較兩種治療計劃優(yōu)缺點，希望為早期乳腺癌保乳術(shù)后臨床選擇最佳治療計劃進行推廣提供參考依據(jù)?，F(xiàn)將結(jié)果報告如下。

1 資料與方法

1.1 病例選擇

隨機選取2010年1月至2014年12月我院放射治療科收治的I期左側(cè)乳腺癌保乳術(shù)后患者30例。入組標準:要求患者均已接受乳腺腫塊切除術(shù)或區(qū)段切除術(shù)加同側(cè)腋窩淋巴結(jié)清掃術(shù)，病理證實手術(shù)切緣均為陰性，且均無脈管瘤栓等高危因素，腋窩清掃均未見淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，術(shù)后分期均為pTlNOM0;30例均為女性，年齡27～65歲，所有患者無既往心臟疾病史以及呼吸系統(tǒng)疾病史。術(shù)后上肢鍛煉充分，滿足治療體位。放射治療均在手術(shù)切口完全愈合、傷口內(nèi)無積液情況下進行。且患者心肺功能基本正常，無放療禁忌癥。

1.2 體位固定和CT掃描

在Nucletron Simulix型模擬定位機下，患者仰臥及患側(cè)上肢外展90°上舉的治療體位，采用Med-Tec250乳腺托架固定，充分暴露患側(cè)乳腺，參考激光定位標記相應參考點，并在前正中線、腋中線、第一前肋水平以及乳腺皺折下2 cm等處用鉛絲包繞。在自由呼吸狀態(tài)下通過Philips Brilliance 64排螺旋CT行自由平靜呼吸CT掃描，掃描范圍為鎖骨上至乳腺皺折下5 cm，以完整包括全部鄰近正常組織器官如肺、心臟、肝臟、對側(cè)乳腺等，掃描層厚取5 mm。掃描結(jié)束后將CT模擬定位圖像資料通過醫(yī)院專用局域網(wǎng)傳輸?shù)絇innacle39.6三維放射計劃系統(tǒng)工作站。

1.3 靶體積與危及器官勾畫

將傳入3DTPS的乳腺癌患者的CT模擬定位圖象進行三維重建。為避免人為誤差，所有患者靶區(qū)及危機器官均由同一位專業(yè)放療醫(yī)師在Philips Pinnacle39.6三維放療計劃系統(tǒng)的醫(yī)生工作站根據(jù)ICRU第50、62號報告勾畫放射治療靶區(qū)。臨床靶體積CTV定義為完整乳腺組織、胸肌間淋巴結(jié)和乳房下的胸壁淋巴引流區(qū)，前界取皮膚表面下0.5 cm;計劃靶體積PTV指在CTV的基礎上內(nèi)界、外界各外擴0.8 cm，上、下界各外擴1.2 cm，前界同 CTV，后界外擴0.5 cm，但不包括肺組織。同時定義各危險器官OARS:包括雙側(cè)肺、心臟、脊髓、對側(cè)乳腺。

1.4 計劃的設計和實施

由專業(yè)放射物理師在Philips Pinnacle39.6三維放療計劃系統(tǒng)的物理師工作站根據(jù)放療醫(yī)師確認后的靶區(qū)設計照射。針對每位患者分別設計兩套不同角度的FIF與IMRT相結(jié)合放療照射技術(shù)計劃。采用瑞典醫(yī)科達公司Precise直線加速器的6MV光子線進行計劃設計。處方劑量統(tǒng)一設為5 000 cGy，分25次照射，每次200 cGy，每天一次，每周5次。兩種計劃均要求95%的PTV體積達到5 000 cGy的處方劑量;同時要求危及器官劑量限量:脊髓Dmax＜3 000 cGy;患側(cè)肺V20＜25%，Dmean＜1 500 cGy;對側(cè)肺 Dmax＜1 000 cGy，V5＜15%;全肺 V20＜20%;心臟 V30＜10%，V40＜5%;對側(cè)乳腺 Dmax＜1 000 cGy，Dmean＜800 cGy。

FIF與DMPO-IMRT相結(jié)合技術(shù)流程如下:①將靶區(qū)PTV照射總處方劑量5 000 cGy分為兩部分，其中FIF技術(shù)照射4 000 cGy，IMRT技術(shù)照射剩余1 000 cGy;即將每次照射的處方劑量200 cGy分為兩部分，其中FIF技術(shù)照射160 cGy，IMRT技術(shù)照射剩余的40 cGy。②FIF技術(shù)照射4 000 cGy的劑量:按照靶區(qū)兩切線方向作為FIF技術(shù)的主野入射方向，首先將常規(guī)切線野去除楔形濾過板后對靶區(qū)均勻外擴0.5 cm的邊界，再將乳腺靶區(qū)靠近空氣側(cè)照射野的MLC向皮膚外側(cè)外擴1.5 cm，保證靶區(qū)不會因呼吸運動產(chǎn)生漏照，同時，將靠近肺組織側(cè)MLC內(nèi)縮0.2 cm，以盡可能減小肺組織照射體積。然后按內(nèi)外切線野等劑量權(quán)重進行計算。依次選擇不同水平的高劑量區(qū)在內(nèi)外切線野方向上設置子野。利用MLC逐級遮擋乳腺靶區(qū)中的高劑量，使子野中相應高劑量區(qū)域逐漸下降同時保證不產(chǎn)生新的高劑量區(qū)。相反，如果靶區(qū)中有劑量不足區(qū)域，則通過給予1～2個子野進行補量從而使乳腺靶區(qū)可以得到較為均勻的劑量分布。③方案Ⅰ中IMRT技術(shù)照射剩余1 000的劑量:分別在PTV上部及PTV下部設置1～2個與步驟②中的機架角度錯開約5～10度的野，在FIF照射劑量開啟的情況下，設置最小照射子野數(shù)目、最小子野面積、照射劑量和迭代次數(shù)等優(yōu)化參數(shù)對剩余劑量進行優(yōu)化，增加靶區(qū)劑量均勻性降低正常組織并發(fā)癥。④方案Ⅱ中IMRT技術(shù)照射剩余1 000的劑量:分別設計一個水平方向和垂直方向角度射野(即0°和90°)，在FIF照射劑量開啟的情況下，設置最小照射子野數(shù)目、最小子野面積、照射劑量和迭代次數(shù)等優(yōu)化參數(shù)對剩余劑量進行優(yōu)化，增加靶區(qū)劑量均勻性降低正常組織并發(fā)癥。為了縮短計劃設計及患者治療時間，兩種設野方法均采用子野直接優(yōu)化算法(DMPO)設計模式，設定條件為子野數(shù)目小于30、子野面積不小于8 cm2及跳數(shù)不小于8 Mu。

1.5 治療計劃的分析評估

根據(jù)DVH體積劑量直方圖比較兩種照射方式的靶區(qū)均勻性指數(shù)、適形度指數(shù)及相關(guān)正常組織體積劑量的差異。計劃靶區(qū)的評價參數(shù):①靶區(qū)平均劑量Dmean、最大劑量Dmax、最小劑量Dmin;②均勻性指數(shù)(HI)［2］為最大劑量與處方劑量的比值，HI反應靶區(qū)內(nèi)劑量的均勻性。計算公式為HI=D5%/D95%，其中D5%、D95%分別表示5%、95%體積的靶區(qū)所接受照射的最低劑量，其值越大表明PTV內(nèi)部劑量分布均勻性越差。③適形度指數(shù)(CI)［3-4］用來評價靶區(qū)與參考等劑量曲面的適形程度，計算公式為CI=(Vt，ref/Vt)×(Vt，ref/Vref)，Vt，ref為 95% 的處方劑量所覆蓋的計劃靶體積，Vt為總的計劃靶體積，Vref為95%的劑量所覆蓋的所有體積，CI值為0～1，CI值越接近1，表示適形度越好。危及器官的評價參數(shù):患側(cè)肺:Dmean、V5、V10、V15、V20、V25、V30、V40、V50;健 側(cè) 肺:Dmax、Dmin、Dmean、V5、V10;心臟:Dmean、V5、V10、V15、V20、V25、V30、V40、V50;健側(cè)乳腺:Dmax、Dmin、Dmean、V5、V10;脊髓:Dmax、Dmin、Dmean。［Vx表示接受 XGy照射的體積占整個體積的比例(%)］。

1.6 統(tǒng)計方法

應用SPSS 17.0軟件建立數(shù)據(jù)庫，并對計劃所得數(shù)據(jù)進行錄入和分析。定量資料采用均數(shù)±標準差±s)表示。對于服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，用單因素方差進行分析;而對不服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，用非參數(shù)秩和檢驗進行分析。以P＜0.05為差別有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 靶區(qū)內(nèi)劑量分布、HI、CI的比較

方案Ⅰ和Ⅱ治療方式的 PTV(max，min，mean)、靶區(qū)的均勻性指數(shù)(HI)和適形度指數(shù)(CI)見表1。從表1中可以看出，在滿足95%等劑量曲線對靶區(qū)PTV的劑量覆蓋的前提下，兩種計劃方式靶區(qū)的最大、最小、平均劑量以及靶區(qū)均勻性指數(shù)、適形度指數(shù)等方面差異均沒有統(tǒng)計學意義(P＞0.05)。

表1 2組治療計劃靶區(qū)劑量、適形指數(shù)和不均勻指數(shù)比較±s)

表1 2組治療計劃靶區(qū)劑量、適形指數(shù)和不均勻指數(shù)比較±s)

項目指標 計劃Ⅰ 計劃Ⅱ Z值 P值PTVmean(cGy)5278.18 ±20.91 5258.82 ±30.70 0.944 0.345 PTVmax(cGy) 5606.34 ±40.56 5644.22 ±46.18 1.214 0.225 PTVmin(cGy) 4054.16 ±170.67 4054.02 ±267.51 0.135 0.893 HI 1.09 ±0.00 1.09 ±0.01 0.921 0.357 CI 0.75 ±0.09 0.76 ±0.05 0.674 0.500

2.2 危及器官受照劑量和體積比較

心臟受照劑量體積對比:兩組調(diào)強治療方式心臟受到照射劑量和受照體積參數(shù)見表2。兩種方式心臟接受的照射劑量僅僅在V5上可以看出計劃Ⅰ心臟接受的受照體積明顯小于計劃Ⅱ，差異具有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)。而在其他方面，兩者均沒有明顯差異，無統(tǒng)計學意義(P ＞0.05)。

左肺受照劑量體積對比:兩組調(diào)強治療方式患側(cè)左肺接受的劑量和受照體積參數(shù)見表2。兩種計劃的左肺受照平均劑量Dmean、以及高劑量照射區(qū)域V40、V50等處兩者之間差異無統(tǒng)計學意義;但在左肺接受的低劑量照射體積V5、V10、V15及中劑量照射體積V20、V25、V30計劃Ⅰ明顯小于計劃Ⅱ，差異具有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)。兩組計劃均可以較好的滿足臨床上對肺組織的器官限量要求。

右肺受照劑量體積對比:兩組調(diào)強治療計劃健側(cè)右肺的劑量和受照體積參數(shù)見表2。兩種計劃的右肺接受的照射平均劑量 Dmean、Dmax、Dmin差異不明顯，沒有統(tǒng)計學意義(P＞0.05)。但由于計劃Ⅰ中調(diào)強部分仍然是以切線設野方式為主，這在一定程度上減輕了對右側(cè)肺組織的誤照射，所以在V5處右肺接受照射體積明顯小于計劃Ⅱ(P＜0.05)，因此對健側(cè)右肺的保護中計劃Ⅰ與計劃Ⅱ相比具有顯著優(yōu)勢。

右側(cè)乳腺受照劑量體積對比:兩組調(diào)強治療計劃右側(cè)乳腺的劑量和受照體積參數(shù)見表2。在切線野布野過程中兩種計劃方式均優(yōu)先考慮到對右側(cè)乳腺的保護，所以兩種方式右側(cè)乳腺接受的照射劑量都非常低。兩種計劃的右側(cè)乳腺接受的照射劑量D、V5等方面差異不具有統(tǒng)計學意義(P＞0.05)。

脊髓受照劑量體積對比:兩組調(diào)強治療計劃脊髓的劑量參數(shù)見表2。脊髓接收的最小劑量在兩組計劃間基本相當，差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05);而最大劑量及平均劑量上計劃Ⅱ要高于計劃Ⅰ，差異具有統(tǒng)計學意義(P ＜0.05)。

表2 2組治療計劃危機器官受照劑量體積對比s，%)

表2 2組治療計劃危機器官受照劑量體積對比s，%)

器官 Ⅰ Ⅱ Z值 P值心臟Dmean 431.66 ±168.80 678.42 ±145.22 1.753 0.080 V5 23.69 ±11.05 55.87 ±16.34 2.023 0.043 V10 11.98 ±7.48 18.36 ±6.22 1.214 0.225 V15 8.07 ±6.42 6.17 ±3.14 0.405 0.686 V20 7.18 ±5.40 3.04 ±1.94 1.483 0.138 V25 5.12 ±4.97 2.36 ±1.66 1.483 0.138 V30 4.30 ±4.41 1.92 ±1.53 1.355 0.176 V40 2.76 ±3.19 0.98 ±0.89 1.214 0.225 V50 0.81 ±1.39 0.04 ±0.05 1.214 0.225患側(cè)左肺Dmean 1036.08 ±85.31 1007.94 ±550.09 0.674 0.500 V5 35.02 ±14.11 58.24 ±9.21 2.023 0.043 V10 22.20 ±10.56 32.41 ±2.70 2.023 0.043 V15 18.21 ±9.23 25.54 ±0.98 2.023 0.043 V20 15.49 ±8.23 20.13 ±1.32 2.023 0.043 V25 13.56 ±7.41 17.12 ±1.66 2.023 0.043 V30 11.86 ±6.60 14.79 ±1.70 2.023 0.043 V40 8.35 ±4.80 10.42 ±1.31 1.753 0.080 V50 2.69 ±2.40 1.91 ±1.05 0.944 0.345健側(cè)右肺Dmax 657.28 ±285.96 874.35 ±133.68 0.730 0.465 Dmin 5.76 ±1.23 12.60 ±1.48 1.826 0.068 Dmean 38.46 ±16.59 180.90 ±22.00 1.826 0.068 V5 0.47 ±0.66 5.08 ±3.04 2.023 0.043 V10 0.00 ±0.00 0.00 ±0.00 0.000 1.000健側(cè)右乳Dmax 560.05 ±138.82 668.18 ±123.83 1.095 0.273 Dmin 2.13 ±0.91 12.83 ±14.77 1.461 0.144 Dmean 94.95 ±74.47 297.73 ±17.78 1.826 0.068 V5 1.62 ±3.63 5.11 ±5.98 1.096 0.273 V10 0.00 ±0.00 0.00 ±0.00 0.000 1.000脊髓Dmax 37.50 ±11.93 128.44 ±104.02 2.023 0.043 Dmin 7.96 ±4.18 13.82 ±9.87 1.753 0.080 Dmean 19.00 ±8.43 41.20 ±8.95 2.023 0.043

3 討論

保乳術(shù)后放射治療不但可以有效降低局部復發(fā)風險，而且可以降低遠處轉(zhuǎn)移率和提高生存率及生活質(zhì)量［5-6］。保乳手術(shù)后的傳統(tǒng)的照射方式為切線野對穿照射，但乳腺近似半球的不規(guī)則外形導致乳腺不同部位源皮距差別大，使得靶區(qū)內(nèi)劑量分布不均，容易產(chǎn)生放射性皮膚、肺和心臟的損傷。如何在提高靶區(qū)劑量的同時進一步減少全乳照射副反應仍是人們關(guān)注與研究的熱點問題［7-8］。

由于乳腺附著于胸壁外，活動度較大，特別是隨著手臂上舉程度不同位置變化很大，有研究表明最大前后方向誤差為0.5 cm［9］。且實際治療中還需考慮由呼吸運動對靶區(qū)劑量的準確性的影響［10］。本研究兩種射野方式中第一階段4 000 cGy劑量所采用的野中野技術(shù)是以3D-CRT切線野為基礎的一種正向調(diào)強技術(shù)。它將常規(guī)切線野去除楔形濾過板后對靶區(qū)均勻外擴0.5 cm的邊界，再將乳腺靶區(qū)靠近空氣側(cè)照射野的MLC向皮膚外側(cè)外擴1.5cm，保證靶區(qū)不會因呼吸運動產(chǎn)生漏照，同時，將靠近肺組織側(cè)MLC內(nèi)縮0.2 cm，以盡可能減小肺組織照射體積。但由于其子野數(shù)目較少，不能完全消除靶區(qū)劑量均勻性差的問題。第二階段1 000 cGy采用DIMO-IMRT技術(shù)照射通過預先設定多項物理目標函數(shù)，來滿足臨床對靶區(qū)劑量均勻性、靶區(qū)適形指數(shù)要求，同時進一步降低心臟、肺等正常組織受照劑量。研究表明，方案Ⅰ與Ⅱ都可以實現(xiàn)良好靶區(qū)的覆蓋率，劑量均勻分布的臨床要求。且兩者在靶區(qū)內(nèi)劑量分布、HI、CI的方面兩者相近，差異不明顯。

放射性肺損傷是乳腺癌放療中的一個重要的并發(fā)癥，主要表現(xiàn)為急性放射性肺炎和放射性肺纖維化［11］。其發(fā)生率與肺組織受照體積和劑量大小具有顯著相關(guān)性，肺組織的V5、V10的受照體積是放射性肺炎的重要影響因素。有研究顯示，當肺的 V10大于50%時，肺的并發(fā)癥概率可達20%［12］。要降低放療肺損傷的發(fā)生率就必須在控制患側(cè)肺V20以上的受照體積的同時盡可能降低V5、V10的受照體積。在患側(cè)肺方面，方式Ⅰ中左肺接受的低劑量照射體積V5、V10、V15及中劑量照射體積 V20、V25、V30計劃Ⅰ明顯小于計劃Ⅱ，差異具有統(tǒng)計學意義。在計劃設計第一階段野中野部分，兩種方式都充分考慮了射野方向?qū)Ψ谓M織的影響，通過將靠近肺組織側(cè)MLC內(nèi)縮減少肺組織的照射。但是在第二階段，計劃Ⅰ采用的是沿原切線野偏離5～10度的布野方式，這樣可以更充分提高靶區(qū)劑量的同時避免過多的肺組織被誤照射。而方式二由于調(diào)強部分采用的是垂直和水平野照射，故有部分肺組織被納入到照射野當中。而對于健側(cè)右肺而言，受照劑量主要為葉片間的X線散射漏射導致。且因為方式Ⅰ中方法沒有設置水平野從而較好的避開了右側(cè)肺組織，因此方式Ⅰ的健側(cè)右肺低劑量V5為0.47±0.66 明顯小于方式Ⅱ的5.08 ±3.04。

放射誘發(fā)心臟病是指在放療中心臟因照射所致?lián)p傷的一組臨床和病理情況，其發(fā)生與心臟受照體積有關(guān)并存在劑量-效應關(guān)系［13］。當心臟接受的照射劑量＜3 000 cGy時，放射性心臟病的發(fā)生率明顯下降，并且V30占的體積越小，調(diào)強放療引起的冠狀動脈缺血癥狀的發(fā)生率越低。本研究中兩種方式的V30沒有差別，但是所占體積都非常小，兩種方式都可以較好的保護心臟組織。

而對側(cè)健康乳腺受到較小劑量照射，則是健側(cè)乳腺癌誘發(fā)的重要因素之一。有學者等［14］研究證實健側(cè)乳腺受到2.9到4.3 Gy的照射劑量后有可能發(fā)生健側(cè)乳腺二重癌，主要是由于在乳腺癌放療中相當部分體積的對側(cè)乳腺組織將接受到較高的照射劑量所致。Di Betta等［15］研究主張采用5 Gy的低劑量作為對周邊健康組織的優(yōu)化輻射防護劑量。Kaufman等［16］報道乳腺癌術(shù)后放療可能增加肺發(fā)生二重癌的風險。本研究中計劃Ⅱ組對側(cè)乳腺Dmean都明顯小于5 Gy，V5較低分別僅為1.62 ±3.63、5.11 ±5.98 且兩者差異不具備統(tǒng)計學意義，兩者都可以有效的預防對側(cè)乳腺出現(xiàn)第二原發(fā)癌的風險。

綜上所述，從物理學角度來講，當處方劑量為50 Gy時，與計劃Ⅱ相比，計劃Ⅰ在提高乳腺癌靶區(qū)劑量分布適形度和均勻性的同時可以更好的降低肺和心臟、脊髓等危及器官的照射劑量和照射體積進而減少并發(fā)癥的發(fā)生率。因此，計劃I是乳腺癌保乳術(shù)后FIF與DMPO-IMRT結(jié)合技術(shù)中更好的照射方式。

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