应用Monaco计划系统Surface margin功能提高乳腺癌根治术后胸壁浅表剂量*

王秀楠，王 钦，褚尚楠，郑倩倩，杨 慧，倪文婕

(1.首都医科大学附属北京世纪坛医院放疗科 100038；2.首都医科大学附属北京石景山医院放疗科 100043)

近年来随着治疗技术的发展，乳腺癌根治术后放疗的局部复发率已经由12%～30%降低至3～7%[1-3]，但仍有部分患者局部复发。胸壁是乳腺癌根治术后最常见的复发部位，而胸壁分为三层：皮肤层(皮肤和皮下组织)、胸肌层(胸大肌和胸小肌)及肋骨层(肋骨和肋间肌)，以皮肤层复发风险最高，因此保证胸壁浅表区域有足够放疗剂量十分必要。现有放疗技术采用电子线或者6MV X线照射胸壁靶区，均需要加填充物以提高浅表剂量，如有乳腺皮肤受侵则皮肤剂量应该更高。但填充物使用中存在敷贴问题，孔栋等[4]研究显示，填充物与皮肤间隙会导致浅表剂量不准确等问题。本文基于Monaco计划系统提供的表面边距(Surface margin)功能，分别设计容积旋转调强放疗(volumetric modulated arc therapy,VMAT)sm计划(使用Surface margin功能)和VMAT计划(不使用Surface margin功能)，比较两组计划的剂量学差异，为临床提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2020年10月至2021年3月首都医科大学附属北京世纪坛医院放疗科收治的女性右侧乳腺癌根治术术后患者15例，年龄25～68岁，中位年龄53岁。将15例患者术后CT图像分别设计为VMATsm计划组和VMAT计划组。

1.2 方法

1.2.1模拟定位

所有患者均采用仰卧位，双臂上举置于头顶，体板+体膜固定。在平静呼吸状态下采用GE discovery大孔径CT进行扫描，层厚5mm，分辨率为512×512，扫描范围从颌下至肝底。

1.2.2靶区、浅表区域、危及器官勾画

靶区勾画：医生使用Monaco 5.11计划系统进行勾画；临床靶区(clinicat target volume,CTV),包括胸壁及锁骨上下淋巴引流区;计划靶区(planning target volume,PTV),在CTV基础上三维外扩5 mm，收至皮肤下3 mm；PTV0在CTV基础上三维外扩5 mm，不超出皮肤。浅表区域Surface为胸壁部分皮下3 mm区域(即用PTV0-PTV得到)。图1所示，红色区域为PTV,黄色区域为浅表区域(Surface)。使用AccuContour 3.1自动勾画系统进行危及器官勾画，包括右肺、左肺、健侧乳腺、心脏、甲状腺、肝脏、脊髓、气管、食管、臂丛神经。

图1 典型患者横断面、冠状面、矢状面靶区分布图(红色区域为PTV,橘黄色区域为浅表区域)

1.2.3计划设计

Monaco 5.11计划系统采用蒙特卡洛算法，两组计划均选用6MV X射线，射野条件为一个Beam包括两个半弧，机架角度为逆时针方向(counterclockwise,CCW)60°～180°，准直器角度为0°。构建PTV0.5：在PTV0的基础上向皮肤外扩5 mm(即超出皮肤5 mm)。其中VMATsm计划组PTV0.5优化函数勾选Surface margin，VMAT计划组PTV0优化函数不勾选Surface margin。处方剂量50 Gy/25 f，两组计划均以处方剂量覆盖95%PTV(即收至皮肤下3 mm的靶区)体积进行归一。

Monaco计划系统Surface margin值为0～10 mm，其功能是将靶区函数作用区域往皮肤方向回缩0～10 mm。本文Surface margin值设置为3 mm，VMATsm计划组将靶区向皮肤外扩5 mm构建PTV0.5(即图2黄色区域),然后勾选Surface margin，则靶区函数作用范围为图2所示棕色区域。

黄色区域为：PTV0.5；褐色区域：靶区勾选Surface margin后函数作用范围。

1.2.4剂量参数

其中，VPTVt为处方剂量覆盖靶区的体积，VPTV为靶区体积，Vt为处方剂量的体积。

1.3 统计学处理

采用SPSS statistics 22.0 统计软件对两种计划的各剂量学参数及机器跳数进行分析。样本符合正态分布后进行配对t检验，以P<0.05 为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 剂量曲线分布和DVH

VMAT与VMATsm计划的等剂量分布见图3，VMAT与VMATsm计划处方剂量分布见图4，两组计划浅表区域Surface(皮下3 mm)有明显差异。VMAT与VMATsm计划的DVH见图5，两组计划危及器官受量无明显差异，仅浅表区域Surface(见图中蓝色箭头)VMATsm计划明显高于VMAT计划。

A、B、C：VMAT计划组横断面、冠状面、矢状面；D、E、F：VMATsm计划组横断面、冠状面、矢状面。

A：VMAT计划组；B：VMATsm计划组。

图5 VMAT与VMATsm计划DVH

2.2 两组计划靶区剂量参数比较

对于PTV0：VMATsm计划组的CI大于VMAT计划组(P<0.001)；VMATsm计划组的HI小于VMAT计划组(P<0.001)；VMATsm计划组的V50大于VMAT计划组(P<0.001)，见表1。

表1 靶区剂量学参数结果比较

2.3 两组计划Surface剂量参数比较

VMATsm计划组的V45、V50、D95均大于VMAT计划组，差异均有统计学意义(P<0.001)，见表2。

表2 浅表区域剂量学参数比较结果

2.4 两组计划危及器官剂量参数比较

VMATsm计划组左肺Dmean大于VMAT计划组(P=0.004)，其他危及器官剂量比较差异均无统计学意义(P>0.05)，见表3。

表3 危及器官剂量学参数比较结果

2.5 机器跳数比较

使用Surface margin功能后，机器跳数略有增加。VMAT计划组机器跳数为(1 222±130)MU，VMATsm计划组机器跳数为(1 295±111)MU，两组比较差异有统计学意义(t=-2.21，P=0.045)。

3 讨 论

国际癌症研究机构(International Agency for Research on cancer)编制的2018年全球癌症发病率和病死率估计值，女性中乳腺癌是发生率最高和癌症死亡的主要原因,其发生率占所有女性癌症的24.2%，病死率占15%[6]。随着治疗技术的不断发展，放疗在乳腺癌的治疗中占据越来越重要的地位，但仍有部分患者局部皮肤复发。WANG等[7]对该中心121例乳腺切除术后合并胸壁复发患者分析，复发部位位于皮肤层、胸肌层、肋骨层、混合层分别占58.6%(68/116)、9.5%(11/116)、1.7%(2/116)、30.2%(35/116)。LAO等[8]对该中心26例乳腺癌切除术后局部复发病例分析，其中只有1例复发于胸肌层，其余25例均复发于皮层或者皮下。因此，保证乳腺切除术后放疗皮肤及皮下剂量十分重要。

早期二维技术放疗时，患者采用仰卧加15°背部斜板定位，胸壁可用电子线垂野或6MV X线切线野,胸壁需要加填充物照射20～30 Gy,以提高皮肤表面剂量。如果有乳腺皮肤受侵，应提高加填充物照射剂量至40 Gy[9]。但由于乳腺切除患者的胸壁结构有很大的个体差异，对于胸壁特别薄的患者，需要调整胸壁填充物厚度和剂量比例以更好地保护肺。三维适形与后期采用的一体化调强适形放射治疗(intensity modulated radiation therapy,IMRT)技术可以使放疗计划个体化，但依然存在照射野衔接处剂量冷热点，切线野高剂量照射过多正常组织，布野过程复杂，治疗时间长等问题[10-11]。为了保证充足的皮肤剂量，仍需要在治疗次数中的前3/5加填充物。乳腺癌根治术后的放疗靶区是为沿胸壁分布的不规则形状，目前使用的填充物很难做到与皮肤很好地敷贴。孔栋等[12]在相关研究中报道，对于1 cm厚的Bolus,空腔面积为2 cm×2 cm时,其厚度小于5 mm,对剂量精度影响在2%左右,空腔厚度进一步增加,计划系统会过高评估浅表剂量。计划制订时，对于治疗子野面积较小的空腔,若其厚度大于或等于5 mm应适当提高空腔下浅表剂量;若空腔面积较治疗子野过大或空腔厚度过大,则需重新定位。刘婷婷等[13]通过对比不同空腔大小对乳腺癌根治术后IMRT剂量影响发现，空腔大于10 mm计划与空腔大于5 mm计划在空腔附近靶区聚集不等范围的高剂量区及近皮肤剂量不足区,且10 mm计划较5 mm计划更严重。且对于放疗患者，每天填充物的位置及空腔位置的变化都会增加剂量的不确定性。

由于光子束建成区的存在，浅表剂量的提高存在巨大挑战。LIM-REINDERS等[14]研究发现，对于3、5、7和9野IMRT计划，表面剂量大约是处方剂量的一半，且表面剂量大小也取决于患者的个体解剖。SHIAU等[15]通过比较2野适形放疗(2F CRT)计划和4F IMRT发现，2F CRT计划在正中和横向切入区域有大约3 mm的剂量累积，表面剂量约为处方剂量的52%；4F IMRT计划大部分PTV区域在大于1 mm深度的剂量为处方剂量的94%，平均表面剂量约为处方剂量的65%。

本文中乳腺癌患者均采用体板加体膜进行体位固定，不加组织填充物。采用Monaco计划系统的提供的Surface margin功能，将函数的作用范围覆盖皮下，计算得到的VMATsm计划浅表剂量明显提高。此外，在两种计划均满足临床要求前提下对处方剂量覆盖95%靶区体积进行归一，两组计划的危及器官剂量除对侧肺以外均无统计学差异,且均能达到同期其他机构水平[16-17]。而VMAT计划、VMATsm计划左肺Dmean和机器跳数虽然有统计学差异，但二者均数差别很小，在临床治疗中意义不大。本文中Monaco计划系统采用Monte Carlo算法，VMATsm计划浅表剂量可以达到处方剂量的90%。曹瑛[18]用胶片外推法、Monte Carlo模拟及不同算法对比不同入射角度时浅表剂量，结果显示各种算法会不同程度的高估或者低估皮肤剂量，最大可达到20%。由于设备限制未能在模体上对计划的浅表区域剂量进行验证，也未能在临床治疗计划中应用来观察患者的皮肤反应和远期的皮肤复发情况。若能在模体或者患者皮肤表面进行剂量验证，将会为临床提供更有意义的指导。

综上所述，在乳腺癌根治术后放疗的旋转调强计划中，可以采用Monaco计划系统的Surface margin功能来提高胸壁区浅表剂量，且靶区适形度和均匀性都有提高。除机器跳数略高及对侧肺Dmean略有增加，其他危及器官剂量均无统计学差异。