乳腺癌是我国常见的女性恶性肿瘤之一，近年来我国乳腺癌发病率呈现上升趋势，但我国乳腺癌的临床治疗水平仍与欧美发达国家存在较大差距。当前乳腺癌主要治疗模式为以乳腺癌根治术和乳腺癌保乳术为代表的手术治疗与放射治疗、生物治疗相结合的综合治疗模式^[1]。术后电子线放疗是乳腺癌标准治疗方式之一，据统计，国内大型医院中约60%~90%的乳腺癌患者采用术后放疗治疗^[2]。长期临床研究发现，乳腺癌术后电子线放疗在保证靶区足够的照射剂量之外，须减少肺、心脏等关键敏感器官的剂量的分布，以减少心血管晚期毒性等并发症风险^[3]。但靶区胸壁野形状不规则，且敏感器官患侧肺和心脏靠近靶区，治疗过程中靶区的勾画设计、精准的摆位和重复率直接影响治疗效果。电子线照射方式为二维平面照射，照射野直接对应靶区范围，角度的变化改变靶区和敏感器官的剂量曲线，因此旋转角度的变化对电子线放疗计划的制定较为重要。

蒙特卡罗是波兰数学家乌拉姆所创立的实验统计方法，能够模拟真实的物理过程，在解决复杂系统粒子输送方面应用较广。MCNP5程序的是美国Los Alamos实验室研发的基于蒙特卡罗算法的粒子计算程序包，其对放疗过程模拟的计算精度能够满足临床需要，应用性较强^[4]。本研究使用MCNP5程序包建立乳腺癌术后电子线放疗模型，对角度变化引起的靶区胸壁及敏感器官肺、心脏的剂量分布变化进行蒙特卡罗计算，以期为放疗医师拟定治疗计划提供剂量学依据。

1 材料与方法 1.1 基于Monte Carlo的乳腺癌患者术后放疗模型建立

使用美国Los Alamos实验室研发的MCNP5程序包模拟电子线放疗过程中的粒子输送。根据美国瓦里安23EX型医用电子直线加速器结构建立术中放疗模型，包括括电子线限光筒、铅门、初级准直器、次级准直器、均整器、电离室等构件，在该结构中模拟1 × 109个电子进行运算。首先使用MCSIM程序模拟计算20 cm ×20 cm单向射野，100 cm源皮距垂直照射水模体，记录中心位置0.5 cm × 0.5 cm × 0.5 cm体积内沉积能量，绘制10 cm内百分深度剂量(PDD)曲线。然后使用瑞典IBA Blue phantom2三维水箱系统实测上述条件下10 cm深度内PDD曲线。利用Matlab程序比较两者结果，通过调整高斯径向分布半高宽度、入射电子强度及术中放疗限光筒结构使两者计算误差＜3%。

乳腺癌患者模型采用吉林大学物理学院原子核科学与技术研究中心模拟的简易成年女性胸腔体素模型。该模型高度(Z轴)、宽度(X轴)、厚度(Y轴)分别为30、40、36 cm，体重19.5 kg; 由40层体素组成，每层包含从锁骨下部至肺叶底部3 cm共180 864个体素，每个体素5 mm × 5 mm × 5 mm; 模拟了人体皮肤、胸腔、肺、心脏等器官，各个器官的形状由一定数量的体素构成，主要器官组成详见表 1。

1.2 旋转角度对剂量分布的影响

将编写好的医用电子直线加速器模型文件和成年女性模型文件导入MCNP5程序包中，在MCSIM程序中编写代码，模拟平放于治疗床上的成年左乳乳腺癌患者，模拟放射条件为100 cm源皮距、6 MeV电子束、400 cGy /min剂量率、射野面积为20 cm × 20 cm(射野左界为人体中线，右界为腋中线，上界为前肋下缘，下界为乳腺褶皱之下2 cm)。取平放于治疗床上的成年左乳乳腺癌患者对对照组(即0°旋转)，模拟患者350°、355°、5°、10°四个角度(顺时针)旋转，使用MCSHOW记录靶区胸壁、患侧肺、健侧肺、心脏的剂量分布，见图 1。

1.3 数据处理

应用PASW Statistics 18软件进行数据处理，采用matlab软件绘制笛卡尔坐标图，X轴为人体右腋中线至左腋中线，Y轴为乳腺褶皱之下2cm至前肋下缘，Z轴为胸部前缘至背部后缘。

2 结果 2.1 蒙特卡罗模拟的标定

为验证模拟准确有效性，对瓦里安23EX型医用电子直线加速器进行标定，蒙特卡罗计算结果与三维水箱实测结果见图 2，两者PDD曲线相近，蒙特卡罗模拟略高于实测结果，深度小于10cm时差距均在3%以内，拟合结果良好。

2.2 不同旋转角度对胸壁接受剂量对比

通过对比不同旋转角度的蒙特卡罗模拟的胸壁同层体素的剂量沉积结果发现，0°照射组胸壁接受剂量高于旋转角度组，其中355°组、350组°、10°组、5°组接受剂量依次降低(见图 3)。

2.3 不同旋转角度对敏感器官接受剂量对比

对敏感器官患侧肺、健侧肺、心脏的模拟发现，0°照射组患侧肺、心脏、健侧肺接受剂量沉积分别为0.81 Gy、0.68 Gy、0.19 Gy，旋转后三者接受剂量升高，0°对照组、350°组、355°组、10°组、5°组患侧肺接受剂量依次升高，0°对照组、355°组、350°、10°组、5°组组心脏和健侧肺接受剂量依次升高见表 2，图 4。

3 讨论

今二十年来，乳腺癌的治疗方法取得了令人瞩目的进步，形成了以包括手术治疗和放射治疗在内的局部治疗，与包括全身化疗和生物治疗在内的全身治疗的综合治疗模式。然而，我国乳腺癌治疗手段仍与欧美国家存在较大差距，多项多中心临床试验表明根治术及术后胸壁和内乳区电子线放疗仍是我国乳腺癌的主要治疗模式^[5]。Chopra^[6]等回顾大量文献发现，乳腺癌术后电子线放疗对敏感器官的损伤易产生较高的肺毒性和心血管晚期毒性，这引发的非肿瘤死亡部分抵消了电子线放疗增高的患者生存率。电子线放疗为二维平面照射，精准的摆位是保证电子线放疗疗效的重要因素，刘子毅^[7]等对乳腺癌术后放疗的研究认为放疗计划中的摆位误差影响靶区剂量分布，敏感器官外剂量梯度的锐度决定敏感器官所受损伤大小; 而这些研究均局限于水平位移对靶区和敏感器官接受剂量的影响，国内在角度变化对术后放疗剂量分布的研究相对匮乏^[8]。

本研究应用蒙特卡罗算法和成年女性体素模型研究角度变化对乳腺癌术后的电子线放疗的影响，对靶区胸壁和敏感器官患侧肺、健侧肺、心脏的剂量分布变化进行了探讨。研究使用MNCP5程序包模拟了左乳乳腺癌患者的胸壁接受剂量，0°对照组与350°、355°、5°、10°四个旋转角度的模拟结果中，0°照射组胸壁接受剂量最高，355°组、350°组、10°组、5°组接受剂量依次降低，这与旋转导致部分靶区偏离射野有关。其他对旋转角度的相关研究中也有类似结果，Mongio^[9]等研究了前列腺肿瘤患者的调强放疗，发现三个笛卡尔轴方向的3°以内的旋转角度误差降低了前列腺靶区接受剂量; 姚丽红^[10]等研究了宫颈癌患者术后放疗过程中摆位误差的产生因素，发现三维角度的变化导致鼻咽癌靶区部分偏离放射范围，靶区接受剂量降低; 结合本研究说明，鉴于不同角度变化对靶区接受剂量影响，制定乳腺癌术后放疗计划时应避免偏向人体左臂方向。敏感器官的接受剂量在旋转角度后均有升高，患侧肺和心脏靠近射野，接受剂量和变化程度均较大，0°对照组、350°组、355°组、10°组、5°组患侧肺接受剂量依次升高，0°对照组、355°组、350°、10°组、5°组心脏和健侧肺接受剂量依次升高。原因可能在于电子线照射在5°和10°照射时，射野偏向人体左臂方向，电子束与敏感器官间入射距离发生改变，这提示5°和10°的旋转角度带来的接受剂量提升可能会增大心血管晚期毒性等并发症的风险。该现象与Guckenberger^[11]等对胸部肿瘤的研究一致，该研究发现胸部肿瘤患者的水平旋转误差为1.13° ± 2.78°，其中旋转角度偏向人体左臂方向患者同侧肺接受≥20 Gy照射的百分体积(V₂₀)和同侧肺平均剂量(MLD)显著高于旋转角度较小的患者。董明^[12]等探究了乳腺癌术后放疗患者调强放疗的摆位误差，认为左、腹、足方向，放疗计划剂量变化明显，放射性肺损伤主要是在左、腹、足方向外放的边界，这与5°和10°的旋转角度方向一致。因此，本研究认为5°和10°旋转角度变化对靶区和敏感器官接受剂量影响较大，建议摆位误差难以规避时，可适当向人体中线方向旋转以减少敏感器官接受剂量。

本研究使用蒙特卡罗算法系统的评价角度变化引起的乳腺癌术后电子线放疗剂量分布变化，发现角度的变化降低了胸壁和敏感器官接受剂量，以偏向人体左臂方向旋转角度最为明显。鉴于本研究结果，建议临床上实际摆位过程中应尽量避免偏向人体左臂方向，以提高疗效并降低并发症发生。