保乳手术联合放疗作为早期乳腺癌首选治疗方案^[1-3]。乳腺靶区长窄，最初用切向楔形野进行布野，导致剂量不均匀。随着治疗技术发展，现普遍采用切向调强放疗技术^[4-7]，解决了靶区内剂量不均匀、靶区热点和危及器官(organs at risk，OARs)高剂量等问题。不论何种技术，靶区与OARs间的几何关系都至关重要。为此，Taylor等^[8]研究了最大心脏距离(maximum heart distance，MHD)对心脏剂量的影响。另有研究报道心脏和肺的剂量取决于MHD和中央肺距离(central lung distance，CLD)^[9-12]，MHD和CLD对心肺受量具有预测作用，是两项重要指标。但MHD和CLD仅为一维参数，为进一步补充参数预测作用，本研究根据计划靶区(planning target volume，PTV)三维解剖结构特征选出4个相关几何参数，分别为重叠肺与左侧肺体积比(Rat-L)、重叠心脏与全心脏体积比(Rat-H)、靶区厚度d和曲率ρ，并探讨其与心肺剂量-体积指标的相关性。

本研究采用随机数表法取30例在云南省肿瘤医院行保乳手术的早期左乳腺癌患者(已完成术后放疗)，患者均采用乳腺托架(型号R610-DCF，广州科莱瑞迪医疗器材有限公司)仰卧位姿势进行CT扫描定位，双臂举过头顶，置于臂托上并手握托架支柱，充分暴露胸部，下肢自然屈膝。用德国西门子(Siemens Somatom Sensation Open 24)大孔径CT进行自由呼吸相的CT平扫，扫描范围为C2下缘至L3上缘，层厚为3 mm，将获取的CT扫描图像数据传输至Pinnacle³ 9.10治疗计划系统(treatment planning system，TPS)。

根据肿瘤放射治疗协作组(Radiation Therapy Oncology Group，RTOG)乳腺癌靶区勾画共识^[13]，由经验丰富的放疗医师手动勾画临床靶区体积(clinical target volume，CTV)和OARs，CTV上界始于锁骨下缘，下界至乳腺皱褶下5 mm(约心尖层面消失)，内界到胸骨边缘，外界到背阔肌前缘，后界到乳房组织与胸肌交界处(不超过胸肌浅筋膜)，前界到皮下5 mm处，腺体组织超过或不到参考边界时按可见腺体范围勾画。PTV由CTV各界均匀外扩5 mm生成，且缩回前界皮下5 mm(考虑到剂量建成的影响)，OARs的勾画包括左肺、右肺、心脏、右乳房和脊髓等危及器官。所有计划均在Monaco TPS(version 6.00.11)采用容积旋转调强(VMAT)技术，由同年资物理师完成，并设置相同的目标参数来优化计划。靶区和OARs的限量均应符合临床要求。

某一患者单层CT图像几何参数的定义如图 1所示，每位患者单层乳腺靶区PTV切线野方向分别与内界和外界相切切点的连线为AB，平行该切线与前界边缘最大距离相切的点为C，其组成的三角形ABC被逐层定义，底边AB的长度为l，C到AB的距离为h₂，垂足为P，同时定义平行AB切线与PTV后界最大距离相交的点为N，N到AB的距离为h₁，垂足为Q，h₂与l的比值定义为曲率r，即r = h₂/l，每位患者CT图像所有层面曲率r的算术平均值用ρ表示，其中h₂- h₁定义为PTV的厚度t，即t= h₂- h₁，且每位患者CT图像所有层面厚度t的算术平均值用d表示，三角形ABC与左肺和心脏的重叠体积分别定义为V_L、V_H，V_L和V_H与左肺和心脏体积之比分别为Rat-L和Rat-H，可称之为重叠肺与左侧肺体积比和重叠心脏与全心脏体积比，逐层获取所有ABC后便可测得和收集相关参数数据。其中剂量-体积指标V_5h或V_5LL、V_10h或V_10LL、V_20h或V_20LL、V_30LL和V_40LL分别表示剂量-体积直方图(DVH)统计心脏或左肺在5、10、20、30和40 Gy处相对DVH百分数，角标“h”表示心脏，角标“LL”表示左肺，MCD为平均心脏剂量, MLD为平均肺剂量。

注：玫瑰红色阴影部分VL为三角形ABC与左肺的重叠体积，蓝色阴影部分VH为三角形与心脏的重叠体积 图 1 几何参数定义示意图 Figure 1 Schematic diagram showing geometric parameter definitions

采用SPSS 25.0软件进行数据分析，Pearson和Spearman相关性分析用来描述几何参数和心肺相关剂量-体积指标之间的关系。P < 0.05为差异具有统计学意义。

从表 1可以看出，V_{5 h}、V_{10 h}和MCD均与Rat-H存在相关性(R=0.40~0.43，P < 0.05)且有统计学意义。

表 1(Table 1)

表 1 几何参数与心脏不同剂量-体积指标间的关系 Table 1 Relationships between geometric parameters and various dose-volume metrics of the heart 几何参数 心脏剂量-体积指标 R值 P值 ρ V5h -0.04 0.835 V10h -0.17 0.385 V20h -0.19 0.312 MCD -0.03 0.880 d V5h -0.06 0.756 V10h -0.17 0.384 V20h -0.15 0.445 MCD -0.02 0.929 Rat-L V5h -0.21 0.258 V10h -0.33 0.073 V20h -0.37 0.045 MCD -0.24 0.199 Rat-H V5h 0.43 0.017 V10h 0.40 0.029 V20h 0.31 0.101 MCD 0.43 0.018

表 1 几何参数与心脏不同剂量-体积指标间的关系 Table 1 Relationships between geometric parameters and various dose-volume metrics of the heart

从表 2中可以看到V_5LL、V_10LL、V_20LL、V_30LL、V_40LL和MLD均与Rat-L存在相关性(R=0.44~0.57，P < 0.05)，V_20LL、V_30LL和V_40LL也均与d存在相关性(R=-0.50~-0.39，P < 0.05)，同时V_30LL和V_40LL均与ρ存在相关性(R=-0.37、-0.46，P < 0.05)。

表 2(Table 2)

表 2 几何参数与左肺不同剂量-体积指标间的关系 Table 2 Relationships between geometric parameters and various dose-volume metrics of the left lung 几何参数 左肺剂量-体积指标 R值 P值 ρ V5LL 0.06 0.739 V10LL -0.20 0.287 V20LL -0.31 0.099 V30LL -0.37 0.044 V40LL -0.46 0.011 MLD -0.17 0.377 d V5LL 0.02 0.930 V10LL -0.29 0.118 V20LL -0.39 0.034 V30LL -0.44 0.015 V40LL -0.50 0.005 MLD -0.23 0.220 Rat-L V5LL 0.54 0.002 V10LL 0.47 0.009 V20LL 0.57 0.001 V30LL 0.51 0.004 V40LL 0.44 0.016 MLD 0.55 0.002 Rat-H V5LL -0.07 0.720 V10LL -0.12 0.527 V20LL -0.17 0.372 V30LL -0.18 0.344 V40LL -0.23 0.224 MLD -0.12 0.520

表 2 几何参数与左肺不同剂量-体积指标间的关系 Table 2 Relationships between geometric parameters and various dose-volume metrics of the left lung

本研究将左肺相关的剂量-体积指标V_xLL，MLD与几何参数Rat-L，d，ρ间的关系用最小二乘法拟合成简单线性回归公式，其拟合结果列于表 3。

表 3(Table 3)

表 3 左肺相关剂量-体积指标与几何参数简单线性回归方程拟合结果 Table 3 Fitted simple linear regression equations between the dose-volume metrics of the left lung and geometric parameters 相关剂量-体积指标(自变量) 几何参数(因变量) X(系数) b(常量) R2 P值 V10LL Rat-L 45.237 14.997 0.14 0.039 V20LL Rat-L 38.049 6.369 0.26 0.004 d -1.417 15.077 0.15 0.034 V30LL Rat-L 27.031 3.171 0.23 0.007 d -1.203 9.931 0.19 0.015 ρ -18.905 13.500 0.14 0.044 V40LL Rat-L 13.911 1.277 0.15 0.034 d -0.876 5.503 0.25 0.005 ρ -14.890 8.525 0.21 0.011 MLD Rat-L 15.738 5.889 0.25 0.004

表 3 左肺相关剂量-体积指标与几何参数简单线性回归方程拟合结果 Table 3 Fitted simple linear regression equations between the dose-volume metrics of the left lung and geometric parameters

拟合线性关系见图 2~5，角标“x”表示在10、20、30、40 Gy时不同累积剂量值。拟合结果表明V_xLL，MLD与Rat-L、d或ρ之间有明显的相关性，图 2，3表明V_xLL和MLD随Rat-L增加呈线性增加，图 4，5表明V_xLL随d和ρ的增加呈线性下降，左肺剂量-体积指标V_10LL，V_20LL，V_30LL和V_40LL的剂量百分体积(%)分别约为Rat-L的45、38、27和14倍。

注：VxLL. 10、20、30、40 Gy不同累积剂量的百分体积；Rat-L. 重叠肺与左侧肺体积比 图 2 V10LL、V20LL、V30LL和V40LL与Rat-L的关系 Figure 2 Fitted relationships between dose-volume metrics of the left lung (V10LL, V20LL, V30LL, and V40LL) and Rat-L

注：MLD.左肺平均剂量；Rat-L.重叠肺与左侧肺体积比 图 3 左肺平均剂量MLD与Rat-L的关系 Figure 3 Fitted relationship between MLD and Rat-L

注：VxLL. 20、30、40 Gy不同累积剂量的百分体积；d. 靶区厚度 图 4 V20LL、V30LL和V40LL与厚度d的关系 Figure 4 Fitted relationship between dose-volume metrics of the left lung (V20LL, V30LL, and V40LL) and d

注：VxLL.30、40 Gy不同累积剂量的百分体积；ρ.曲率 图 5 V30LL和V40, LL与曲率ρ的关系 Figure 5 Fitted relationships between dose-volume metrics of the left lung (V30LL and V40LL) and ρ

在本研究中，这些几何参数与心脏剂量-体积相关指标结果表明，心脏与三角ABC重叠体积越大，心脏体积受到更多射线的照射，在DVH上表现出更高的百分体积受量(%)，符合计划设计常理。此外，参数Rat-L与V_20h具有较大的相关性且有统计学意义(P < 0.05)，这可能与计划设计者有关，因为设计物理计划方案时，物理师(剂量师)更关注左肺V₂₀的受量，因此20 Gy等剂量曲线更少经过左肺路径而沉积剂量，这就导致V_20h反而呈现出负相关性，且心脏其他剂量指标与Rat-L，d和ρ均无统计学意义。同样地，几何参数与左肺剂量-体积相关指标结果也表明左肺体积与三角ABC重叠体积越大，左肺体积受照更多，所受剂量也越大，且与心脏剂量-体积相关指标相比，几何参数对左肺剂量-体积指标影响更大。从拟合结果来看，几何参数对左肺剂量-体积指标影响最大的是Rat-L，其次是ρ和d，且ρ、d的影响主要集中在高剂量区(如V_30LL和V_40LL)，这也证明PTV越厚，靶区表面弯曲程度越大，可明显地减少高剂量区的肺体积(≥30 Gy和≥40 Gy)。因此，Rat-L、Rat-H、ρ或d对左乳保乳术后患者左肺或心脏剂量-体积指标的预测具有一定的参考意义^[14-18]，但Rat-L、ρ或d更多地对肺剂量-体积指标影响更大，Rat-H仅有某些特定的影响。

此前，对于左乳放疗相关的解剖特征参数研究主要集中在CLD和MHD这两个方面，且已有多项报道。早期Bornstein等^[19]提出了CLD预测同侧肺照射体积相关的数学模型，Neal和Yarnold^[9]也报道了CLD可作为评价乳腺癌切向野放疗照射肺体积的主要指标，由于当时放疗三维计划还未普及，故该指标可以用来指导规避因过量照射所带来的相关肺炎风险，特别是对于CLD较大的乳腺癌患者尤为重要。这可能由于CLD越大，PTV后界到内界与外界相切切点连线的距离越大，即h₁越大，此时d更小，因此可能有更多的肺体积受到照射，此结果与本研究所得数据是一致的。同时，Hurkmans等^[20]提出MHD是一个临床有用的参数，可用来预测切向乳腺照射技术过高心脏死亡率的正常组织并发症概率(NTCP)值，且只有当MHD或CLD超过一定限度时，才需要三维治疗计划。

Kong等^[11]同样研究表明CLD和MHD影响肺和心脏的体积剂量，即使用乳腺切线方向三维照射计划也不会减少心肺剂量，内侧乳腺技术(medial breast technique，MBT)可显著降低肺和心脏受到的高剂量体积，但这种体积减少程度也取决于CLD，当CLD>3 cm时显著减少。Taylor等^[8]的研究显示，MHD是心脏平均剂量和生物等效剂量(biologically effective dose，BED)的良好预测指标，其报道结果用于指导英国一家大型放疗中心的治疗计划。Song等^[21]研究表示CLD可作为预测因子，电子组织补偿放疗技术对于大的CLD患者，获益将更为显著。Robatjazi等^[12]研究也证实CLD和MHD几何参数和OARs剂量学参数有相关性，且同侧肺V₅与CLD、心脏V₅与MHD具有最佳的相关性。

以上研究均证实了CLD和MHD可用于预测相关心脏和肺的DVH指标，但仍具有其局限性，本研究中的几何参数与CLD和MHD相比，其预测能力得到进一步补充，其研究是以现有三维治疗计划为基础在CT上逐层获取参数，所得结果完全包含三维解剖结构特征。

综上所述，本研究已经证明这四个几何参数与左肺和心脏剂量-体积指标具有一定的相关性，且首次将Rat-L、Rat-H、ρ和d的几何参数应用于左乳保乳术后患者左肺和心脏剂量-体积指标的研究，具有一定的开创性，但也存在其不足，未将CLD和MHD纳入研究，或可作为进一步研究的思路。这些几何参数对左乳保乳术后患者左肺或心脏剂量-体积指标的预测也有望成为一种新的方法，为指导左乳癌保乳放疗的临床工作提供参考。

利益冲突  所有作者均声明不存在利益冲突

作者贡献声明  陈飞虎负责实施研究、数据整理分析、撰写论文；潘香协助研究设计、实验操作、数据采集；吴星娆、刘旭红协助研究实施、指导修改论文；王茹、李前艳负责数据处理；谭嗣盟、孔银武负责数据采集；柏晗指导实验设计修改论文