不同补偿物应用方法对乳腺癌根治术后放疗靶区剂量的影响：一项基于VMAT与IMRT的剂量学研究

《Frontiers in Oncology》：Effect of different bolus application methods on target dose in radiotherapy after radical mastectomy

为解决乳腺癌根治术后放疗中因剂量建成效应导致的胸壁浅表靶区剂量不足、不均匀，以及补偿物（bolus）临床应用缺乏标准化指南的问题，本研究探讨了在CT定位时添加补偿物（Plan2）与在计划系统中使用虚拟补偿物（Plan1及Plan3）三种方法，对容积旋转调强放疗（VMAT）和调强放疗（IMRT）计划靶区及危及器官（OAR）剂量的影响。结果表明，在CT定位时添加补偿物能更准确反映靶区实际剂量分布，且VMAT计划在靶区适形性和治疗效率（减少机器跳数MU）方面更具优势。该研究为临床优化补偿物应用和放疗技术选择提供了重要的剂量学依据。

　　

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，其治疗一直是医学界关注的焦点。随着手术技术和综合治疗的进步，乳腺癌患者的预后得到了显著改善。其中，放射治疗扮演了至关重要的角色，它能有效提高局部控制率和总生存率。然而，对于接受了根治性乳房切除术的患者，术后对胸壁进行放疗时，一个棘手的物理问题浮出水面——“剂量建成效应”。简单来说，放射线在进入人体组织时，剂量并非在皮肤表面就达到最高，而是需要经过一段很短的深度累积。这导致紧贴皮肤的胸壁浅表区域（这里恰恰是肿瘤容易复发的高危区域，特别是皮肤淋巴管网）可能接收不到足够的致死剂量，从而增加了局部复发的风险。

为了解决这个问题，临床上常在患者的胸壁皮肤上放置一种称为“补偿物”（bolus）的材料。它通常由组织等效物质制成，相当于人为增加了皮肤到放射源的距离，迫使放射线在补偿物内就完成剂量建成，从而让皮肤和浅表靶区能得到充足的照射。补偿物的使用能使皮肤剂量增加20-30%，显著降低胸壁复发率。但新的问题也随之而来：这个补偿物该怎么用才最科学？目前临床上缺乏统一标准。主要存在两种做法：一是在做CT定位扫描（为制定放疗计划采集图像）时就把补偿物放上去；二是在定位时不放，只在每次实际治疗时才贴上。第二种方法在制定计划时，需要在计算机系统里模拟一个“虚拟”的补偿物。那么，这两种方法（实际补偿物 vs. 虚拟补偿物）制定的放疗计划，最终照射到病人身上的剂量会有差别吗？哪种技术更能减少这种差别带来的不确定性呢？

为了回答这些问题，一项发表在《Frontiers in Oncology》上的研究开展了深入探索。研究人员招募了30名在2023年1月至8月期间接受乳腺癌根治术后放疗的患者。他们巧妙地设计了实验：为每位患者做了两次CT扫描，一次不放补偿物（CT1），一次放置5毫米厚的补偿物（CT2）。基于这些图像，研究人员制定了三组共六种放疗计划：Plan1（在CT1图像上添加虚拟补偿物进行优化）、Plan2（直接基于带有真实补偿物的CT2图像进行优化）、Plan3（将Plan1的计划直接复制到CT2图像上，模拟治疗时使用真实补偿物但计划基于虚拟补偿物制定的情况）。每种计划又分别采用当今主流的两种精准放疗技术——容积旋转调强放疗（VMAT）和调强放疗（IMRT）来设计。通过对比这些计划的靶区剂量参数[如均匀性指数（HI）、适形性指数（CI）、V_107%（接受107%处方剂量的体积）等]和危及器官（如心脏、肺、脊髓、食管、健侧乳腺等）的受照剂量，来评估不同补偿物应用方法的优劣。

本研究主要应用了以下关键技术方法：1. 研究设计与患者队列：回顾性纳入了30名符合标准的乳腺癌根治术后患者。2. 影像采集与计划设计：使用Philmas大孔径CT机对每位患者进行两次扫描（无补偿物CT1和有补偿物CT2）。所有放疗计划均在Eclipse治疗计划系统（TPS）中完成，并通过Varian Trilogy直线加速器执行。3. 放疗计划与评估：采用VMAT和IMRT技术为三种补偿物应用场景（Plan1, Plan2, Plan3）分别优化计划。处方剂量为50 Gy/25次。利用剂量体积直方图（DVH）评估计划，关键评价指标包括靶区的D_98%、D_2%、HI、CI、V_107%，以及心脏V₃₀、肺V₅/V₃₀、食管D_mean（平均剂量）等危及器官参数。4. 统计分析：使用SPSS 23.0软件，对非正态分布数据采用中位数和四分位数表示，组间比较采用Wilcoxon符号秩检验和Kruskal-Wallis H检验。

3.1 靶区剂量学参数比较

所有VMAT和IMRT计划均满足临床剂量要求。详细数据体现在剂量体积直方图（DVH）中和 。

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  VMAT计划内比较：Plan1和Plan2在HI和CI上显著优于Plan3。Plan2所需的机器跳数（MU）显著少于Plan1和Plan3。Plan3的V_107%值高于Plan1。这表明，在VMAT技术下，使用真实补偿物进行CT定位（Plan2）能获得最好的靶区适形性和治疗效率，而基于虚拟补偿物计划但使用真实补偿物治疗（Plan3）会导致靶区剂量均匀性和适形性下降，且高剂量区（V_107%）体积增大。
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  IMRT计划内比较：与VMAT类似，Plan3的V_107%值高于Plan1和Plan2，而Plan1和Plan2的HI和CI值更优。这说明在IMRT技术下，Plan3同样存在靶区剂量分布变差的问题。
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  VMAT与IMRT技术间比较：在所有三种计划（Plan1, Plan2, Plan3）中，VMAT的V_107%值均高于IMRT，但VMAT的CI更优，且所需的MU显著减少。这意味着VMAT在靶区适形性和治疗效率（缩短治疗时间）方面整体优于IMRT，但可能产生更多的高剂量区。

3.2 危及器官剂量学参数比较

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  计划内比较：在VMAT计划中，三种不同补偿物应用方法对危及器官的剂量影响无显著差异。然而，在IMRT计划中，Plan1的心脏V₃₀剂量显著高于Plan2和Plan3。这表明，在IMRT技术下，使用带有真实补偿物的CT图像进行计划（Plan2/Plan3）可能有助于降低心脏的受照剂量。
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  技术间比较：在Plan1、Plan2、Plan3中，VMAT计划的患侧肺V₅、食管D_mean、患侧肱骨头D_mean和健侧乳腺D_mean剂量均显著高于IMRT计划。此外，在Plan1和Plan2中，VMAT的脊髓D_max（最大剂量）也高于IMRT。然而，VMAT计划的患侧肺V₃₀剂量低于IMRT。所有计划的危及器官剂量均在安全限值内。综合来看，IMRT在保护肺（低剂量区V₅）、食管、肱骨头和健侧乳腺方面有优势，而VMAT在降低肺高剂量区（V₃₀）方面表现更好。两种技术对心脏剂量的影响在不同计划中差异不一致。

4 讨论与结论

本研究主要探讨了在现代精准放疗技术（VMAT/IMRT）背景下，补偿物不同应用方法的剂量学影响，并得出两个核心结论：首先，在CT模拟定位时直接添加补偿物（对应Plan2）是最佳方案。这种方法能最真实地反映治疗时的几何状况，避免因虚拟补偿物与真实补偿物在密度、形状（尤其是空气间隙）上的差异导致的剂量计算偏差，从而获得最优的靶区适形性和剂量均匀性。其次，如果无法在定位时添加补偿物，应优先选择VMAT技术。因为本研究发现，在基于虚拟补偿物制定计划的情况下（Plan1和Plan3），VMAT计划在靶区适形性和减少机器跳数（提高治疗效率）方面的优势比IMRT更明显，这意味着VMAT能更好地减少因补偿物使用不当带来的误差。

研究也指出了VMAT和IMRT各自的剂量学特点：VMAT在靶区适形性、治疗效率和降低肺高剂量区（V₃₀）方面表现突出；而IMRT则在减少肺低剂量区（V₅）和保护食管、肱骨头、健侧乳腺等危及器官方面更具优势。临床选择时需要权衡利弊。

该研究的价值在于为放疗物理师和临床医生提供了明确的实操指导：在条件允许时，应尽量采用“CT定位+真实补偿物”的工作流程。在大型肿瘤中心，由于流程和成本考虑，若难以实现两次CT定位，采用VMAT技术结合虚拟补偿物进行计划设计，是一个能够兼顾靶区剂量和治疗效率的较优选择。这为解决乳腺癌术后胸壁放疗中补偿物应用的临床难题，提供了重要的剂量学证据和决策依据。