乳腺癌根治術(shù)后VMAT技術(shù)對(duì)心臟受照劑量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

葉　威　龔敏勇　熊　超

作者單位:332000 江西省九江市第一人民醫(yī)院

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乳腺癌根治術(shù)后VMAT技術(shù)對(duì)心臟受照劑量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

葉威龔敏勇熊超

作者單位:332000 江西省九江市第一人民醫(yī)院

【摘要】目的分析乳腺癌根治術(shù)后VMAT技術(shù)對(duì)心臟的物理劑量學(xué)和生物學(xué)的指標(biāo)，評(píng)估心臟的受照風(fēng)險(xiǎn)。方法隨機(jī)選取10例左側(cè)乳腺癌根治術(shù)后患者，設(shè)計(jì)4種常用計(jì)劃：①改良野中野調(diào)強(qiáng)計(jì)劃FIF(8～10個(gè)子野)；②四野調(diào)強(qiáng)計(jì)劃4F-IMRT；③五野(增加正對(duì)心臟射野)計(jì)劃5F-IMRT；④包含心臟正對(duì)弧雙弧VMAT計(jì)劃。統(tǒng)計(jì)每個(gè)患者靶區(qū)、心臟和冠狀動(dòng)脈左前降支區(qū)LAD劑量體積參數(shù)，用NTCP-RSM模型計(jì)算放射性心臟病死亡率。統(tǒng)計(jì)分析VMAT技術(shù)的結(jié)果與其余技術(shù)之間的差異。結(jié)果患者心臟Dmean和V25在4種計(jì)劃下平均值分別是：7.7 Gy,6.9 Gy,9.7 cGy,6.4 Gy；9.1%,7.9%,9.7%,4.9%；LAD的平均劑量分別是29.0 Gy,27.6 Gy,32.8 Gy,26.1 Gy；NTCP的平均值分別為2.7%,1.1%,1.3%,0.86%。靶區(qū)CI四套計(jì)劃平均值為：0.44、0.56、0.61、0.71，HI為0.82、0.78、0.70、0.53，VMAT技術(shù)的CI和HI結(jié)果與另外3種的結(jié)果有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。結(jié)論與常規(guī)調(diào)強(qiáng)技術(shù)相比，包含心臟正對(duì)弧的VMAT計(jì)劃不會(huì)顯著影響心臟的并發(fā)癥概率(NTCP)，同時(shí)VMAT計(jì)劃靶區(qū)的CI、HI要優(yōu)于靜態(tài)IMRT計(jì)劃，VMAT技術(shù)可以在提高靶區(qū)劑量的同時(shí)不明顯增加心臟的受照風(fēng)險(xiǎn)。

【關(guān)鍵詞】乳腺癌根治術(shù);放射治療；容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)；心臟劑量學(xué)

(ThePracticalJournalofCancer,2016,31:286～289)

乳腺癌根治術(shù)后輔助放射治療是中晚期乳腺癌綜合治療的重要組成部分，能夠使乳腺癌患者生存率顯著提高[1]，術(shù)后放射治療提高局部控制率的同時(shí)可能增加乳腺周圍正常組織的晚期損傷，其中以心臟的晚期放射性損傷對(duì)患者長(zhǎng)期生存影響最大。Cuzick等用Meta方法分析了乳腺癌根治術(shù)后放射治療10個(gè)隨機(jī)臨床試驗(yàn)，結(jié)果顯示乳腺癌死亡率的下降由于心臟疾病死亡率的上升而抵消了，從而導(dǎo)致總體生存率沒有提高[2]。VMAT技術(shù)是目前最新的調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)。在左側(cè)乳腺癌的照射中，VMAT旋轉(zhuǎn)照射方式會(huì)不會(huì)增加心臟的照射風(fēng)險(xiǎn)，目前很少有文獻(xiàn)報(bào)道。乳腺癌根治術(shù)后的主要放射治療技術(shù)主要有：正向調(diào)強(qiáng)野中野FIF技術(shù)、乳腺外象限4野IMRT技術(shù)4F-IMRT(不設(shè)置正對(duì)心臟正對(duì)射野)、5野IMRT技術(shù)5F-IMRT(設(shè)置正對(duì)心臟正對(duì)射野)和容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)VMAT技術(shù)。本文基于乳腺癌根治術(shù)后放射治療的上述四種技術(shù)對(duì)左側(cè)乳腺癌腫瘤患者的心臟劑量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并計(jì)算其正常組織的并發(fā)癥概率(NTCP)，以評(píng)價(jià)VMAT技術(shù)對(duì)心臟照射的風(fēng)險(xiǎn)。

1資料與方法

1.1　病例的選擇和治療前體位固定

左側(cè)乳腺癌10例，年齡29~72歲，中位年齡53.5歲，KPS≥70，術(shù)后同側(cè)上肢進(jìn)行充分訓(xùn)練，上舉和外展功能恢復(fù)良好，可以滿足治療體位。采用乳腺托架固定，患者取仰臥位，臀部置于托架下方坐墊，調(diào)整各參數(shù)盡可能地達(dá)到放射治療體位要求又使患者保持舒適，在Phillip大孔徑CT模擬機(jī)下進(jìn)行CT掃描。放置體表參考標(biāo)記(包括常規(guī)模擬定位的等中心激光點(diǎn)標(biāo)記、內(nèi)外切點(diǎn)標(biāo)記和上下界標(biāo)記，部分患者另用CT增強(qiáng)劑灌注的細(xì)管沿可及乳腺邊界圍住乳房作體表標(biāo)記)，在自由平靜呼吸下行CT掃描，掃描范圍包括頸部、胸部、上腹部，層厚3 mm，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸?shù)絇innacle V9.2治療計(jì)劃系統(tǒng)。

1.2　靶區(qū)與危及器官的勾畫

由放療科醫(yī)師在CT影像上勾畫出臨床靶區(qū)(CTV)，包括鎖骨上區(qū)、胸壁和內(nèi)乳區(qū)域。在CTV的基礎(chǔ)上各個(gè)方向擴(kuò)大7 mm得到計(jì)劃靶區(qū)(PTV)，鎖骨上區(qū)前界不超過(guò)皮膚表面下3 mm，胸壁和內(nèi)乳區(qū)的前界為皮膚，胸壁區(qū)域加5 mm厚填充物。脊髓、患側(cè)肺、健側(cè)肺和心臟也在CT圖像上逐層畫出，心臟的界定包括右側(cè)心室的流出道和雙側(cè)心房的尖端，因?yàn)榉派湫怨谛牟∽畛＠奂暗氖亲笄敖抵У慕?/2段和開口處[3]，因此對(duì)冠狀動(dòng)脈左前降支區(qū)域(LAD)進(jìn)行了單獨(dú)的勾畫。

1.3　放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)

對(duì)每例患者進(jìn)行4種治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)。(1)改良正向野中野調(diào)強(qiáng)計(jì)劃FIF：將整個(gè)靶區(qū)PTV分為PTV_UP(鎖骨上淋巴結(jié))和PTV_DOWN(包括胸壁、內(nèi)乳區(qū)和腋窩淋巴結(jié))，PTV_UP采用2~3個(gè)適形野，PTV_DOWN采用2個(gè)切線射野。鎖骨上野的等中心放在鎖骨上野和切線野的交界處，以半野照射使其與切線野平行無(wú)縫銜接，同時(shí)避開脊髓和肱骨頭；PTV_DOWN的等中心置于胸壁的中心層面，在體中線與腋中線連線的中點(diǎn)處。根據(jù)靶區(qū)形狀，確定內(nèi)外切線野的入射角度，設(shè)計(jì)2個(gè)對(duì)穿切線大野，每個(gè)大野設(shè)置2~3個(gè)小的子野。(2)四野逆向計(jì)劃4F-IMRT：PTV_DOWN采用逆向計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以PTV幾何中心設(shè)置4個(gè)照射野，射野角度設(shè)置為0°、306°、102°、153°，沒有直接正對(duì)心臟和患側(cè)肺的射野。(3)五野逆向調(diào)強(qiáng)計(jì)劃5F-IMRT：射野中心和四野相同，只是在照射野中增加心臟正對(duì)射野，在四野基礎(chǔ)上增加51°射野。(4)雙弧VMAT計(jì)劃：左側(cè)乳腺300°～120° 和60°～180°(45segment) 設(shè)計(jì)。逆向計(jì)劃目標(biāo)函數(shù)見表1，最小子野面積為9 cm2，最小子野跳數(shù)MU為5 MU。

表1　逆向計(jì)劃目標(biāo)函數(shù)設(shè)置

1.4　計(jì)劃劑量體積參數(shù)和NTCP模型的計(jì)算分析

1.4.1對(duì)比參數(shù)比較4種計(jì)劃的靶區(qū)的劑量適形指數(shù)CI、劑量均勻指數(shù)HI和心臟平均劑量Dmean、V25 Gy，LAD平均劑量和心臟NTCP_RSM之間的差異。1.4.2HI及CI計(jì)算公式HI=(Dmax-Dmin)/Dmean。其中Dmax為靶區(qū)的最大劑量，Dmin為靶區(qū)的最小劑量，Dmean是靶區(qū)的平均劑量。Vt,pi為95%處方劑量等劑量線與靶區(qū)相交部分的體積，Vt為靶區(qū)總體積、Vpi為95%處方劑量等劑量線包繞的總的組織體積。

1.4.3NTCP-RSM模型計(jì)算放射治療致心臟病死亡率[4]：

p(Di)=2-exp(e·γ·(1-Di/D50))

D50是50%NTCP的對(duì)應(yīng)的劑量，放射性心臟病死亡率D50=52.3Gy；γ是劑量效應(yīng)斜率：數(shù)值上為1.28；S是相對(duì)串聯(lián)系數(shù)，S=1。

1.5　統(tǒng)計(jì)分析方法

使用SPSS19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)分析VAMT技術(shù)與另外3種技術(shù)之間的差異，P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2結(jié)果

2.1　靶區(qū)的劑量參數(shù)

不同放射治療技術(shù)下靶區(qū)的適形性CI和HI的結(jié)果見表2。從表中可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于乳腺癌根治術(shù)后，照射野數(shù)的增加可以提高計(jì)劃的適形性。VMAT雙弧計(jì)劃靶區(qū)的適形指數(shù)CI要好于常規(guī)靜態(tài)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃組，且結(jié)果具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，在靜態(tài)的調(diào)強(qiáng)計(jì)劃中又以射野數(shù)目最多的包含心臟正對(duì)射野的五野調(diào)強(qiáng)計(jì)劃最好。增加心臟正對(duì)射野可以減少計(jì)劃的不均勻性。

±s)

注：t，P值中的a、b、c分別是各種技術(shù)與VMAT技術(shù)配對(duì)樣本t檢測(cè)的統(tǒng)計(jì)比較結(jié)果。

2.2　心臟劑量及NTCP結(jié)果

不同放射治療技術(shù)下心臟的物理劑量V25，Dmean和NTCP、LAD的結(jié)果見表3。在對(duì)心臟的物理劑量的研究中我們選取了對(duì)放射性心臟病最有代表的物理劑量指標(biāo)V25和平均劑量Dmean以及左前降支動(dòng)脈LAD的平均劑量Dmean[5],通過(guò)表3可以發(fā)現(xiàn)心臟V25劑量指標(biāo)在腫瘤不同位置差距非常明顯，但是對(duì)腫瘤位置同側(cè)的病例，不同治療計(jì)劃間的統(tǒng)計(jì)分析沒有顯著差異。

±s)

注：a、b、c分別是各種技術(shù)與VMAT技術(shù)配對(duì)樣本t檢測(cè)的統(tǒng)計(jì)比較結(jié)果。

3討論

乳腺癌放療中目前采用的正向調(diào)強(qiáng)計(jì)劃設(shè)計(jì)中，不可以避免出現(xiàn)鎖骨上靶區(qū)和內(nèi)乳靶區(qū)及胸壁靶區(qū)間的射野交界處劑量的疊加和X射線、電子線射線質(zhì)混用問(wèn)題，對(duì)心肺的保護(hù)在這種計(jì)劃模式下顯得尤為困難，在胸壁野上僅僅依靠?jī)蓪?duì)穿射野加野中小野很難做到較好的靶區(qū)適形和劑量均勻[6]。切線布野放射照射時(shí)將卷入一部分正常肺組織及心臟組織，這些正常組織受到腫瘤致死劑量的照射，可能導(dǎo)致正常組織損傷及放療并發(fā)癥的發(fā)生[7]。且胸壁彎曲程度越大，卷入的正常組織的體積也越大，所以在乳腺癌改良根治術(shù)后放射治療過(guò)程中靶區(qū)劑量覆蓋及均勻性、卷入治療區(qū)的患側(cè)肺、心臟等重要危及器官的受照劑量是放療計(jì)劃的重要評(píng)估參數(shù)[8]。張桂芳等的研究顯示，逆向計(jì)劃與正向調(diào)強(qiáng)計(jì)劃相比在心肺保護(hù)效果相當(dāng)?shù)那疤嵯拢袇^(qū)劑量均勻性和適形性會(huì)更好[6]。表2的結(jié)果表明，VMAT技術(shù)相比其他常規(guī)乳腺癌照射技術(shù)，具有更好的靶區(qū)的適形性和均勻性。

需要引起重視的是，放射性心臟損傷(radiation-induced heart disease,RIHD)存在明顯的靶點(diǎn)，且心臟不同結(jié)構(gòu)對(duì)射線的耐受性差別很大，心肌細(xì)胞耐受性最強(qiáng)，微循環(huán)系統(tǒng)相對(duì)較弱，因此放射線對(duì)心臟的損傷主要是繼發(fā)于小血管和結(jié)締組織的損傷[9]。RIHD中最易被乳腺癌放射治療后觀察到的就是放射性冠心病，放射性冠心病多見于腫瘤放療后長(zhǎng)期存活的患者，是放療重要的晚期表現(xiàn)之一[10]。在同樣放療技術(shù)條件下，左側(cè)乳腺癌根治術(shù)后無(wú)論是物理劑量還是心臟的正常組織并發(fā)癥概率肯定是高于右側(cè)乳腺癌的，這個(gè)是由腫瘤和心臟的解剖結(jié)構(gòu)決定的，國(guó)外的長(zhǎng)期隨訪的數(shù)據(jù)也可以作為有力證據(jù)[11]。在具體設(shè)置照射野角度和治療弧的時(shí)候，在臨床上常常存在這一個(gè)叫做“角度幽閉恐懼癥”，認(rèn)為正對(duì)的射野肯定會(huì)增加射線束上相應(yīng)組織的正常組織并發(fā)癥，但是由于采用了IMRT的技術(shù)，在逆向計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)，為了減少相應(yīng)正常組織的劑量，有些子野(VMAT治療弧的劑量控制點(diǎn))在優(yōu)化和放療實(shí)施的時(shí)候是關(guān)閉的或者劑量權(quán)重很低，客觀上可能一定程度上提高低劑量區(qū)正常組織的容積劑量，但是該物理劑量的增加對(duì)生物效應(yīng)卻沒有產(chǎn)生質(zhì)的影響。表3的結(jié)果表明，與其他照射技術(shù)相比，VMAT技術(shù)增加了心臟正對(duì)子野，并沒有顯著增加LAD的平均劑量，心臟的物理劑量和心臟的NTCP結(jié)果(4種技術(shù)之間的結(jié)果基本沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異)。

綜上所述，乳腺癌根治術(shù)后包含心臟正對(duì)弧的雙弧VMAT計(jì)劃比FIF、4F IMRT、5F IMRT技術(shù)具有更好的靶區(qū)劑量分布，但是不會(huì)明顯增加心臟的照射劑量和晚期放射性損傷的概率。需要注意的是本研究沒有考慮到進(jìn)行同步放化療或者進(jìn)行生物靶向治療的情況，對(duì)于進(jìn)行同步放化療的患者一定要考慮到潛在的心臟毒性，應(yīng)選擇對(duì)心臟更加安全的放療方案。

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(編輯：甘艷)

Risk Assessments of the Heart Dose from VMAT Radiotherapy for

Post-Mastectomy Breast Cancer

YEWei,GONGMinyong,XIONGChao.FirstPeople’sHospitalofJiujiang,Jiujiang,332000

【Abstract】ObjectiveTo analyze the heart dose parameters of breast cancer radiotherapy andrisk of heart exposure from breast cancer volumetric modulated arc therapy(VMAT) technique.Methods10 cases of left breast cancer patients after radical mastectomy were randomly selected.4 kinds of commonly used plans were designed for each patient:1) Improved field in field IMRT plan(FIF);2) 4-field IMRT plan(4F-IMRT);3) 5-field IMRT plan(5F-IMRT)(including a directly exposing to the heart beam);4) Double-arc VMAT plan.The conformal index(CI) and dose homogeneity index(HI) of PTV,the dose volume parameters of heart and the left anterior descending(LAD) coronary artery of the patients were calculated from DVH.NTCP-RSM model was used to calculate the heart complication possibility.There had statistical differences between the results of the VMAT technique and the results of the others.ResultsThe average values of Dmean and V25 in 4 plans were 7.7 Gy,6.9 Gy,9.7 cGy,6.4 Gy and 9.1%,7.9%,9.7%,4.9%,respectively.The mean dose of LAD were 29.0 Gy,27.6 Gy,32.8 Gy,26.1 Gy.The mean NTCP were 1.1%,1.3%,0.86%,2.7%,respectively.The mean CI and HI of the target were:0.56,0.44,0.61,0.77 and 0.82,0.78,0.70,0.53.The results of CI and HI of VMAT were significantly different from the other 3 technique(P<0.05).ConclusionCompared with conventional intensity modulation radiotherapy,the VMAT technique can increase the coverage of the target without obviously increasing the heart dose.

【Key words】Radical mastectomy;Therapeutic irradiation;Volumetric modulated arc therapy(VMAT);Heart dosimetry

(收稿日期2015-12-07修回日期 2015-12-21)

中圖分類號(hào)：R737.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5930(2016)02-0286-04

DOI：10.3969/j.issn.1001-5930.2016.02.034