深吸氣屏氣技術在肺癌放療中的應用研究進展

黃蘋，姚彬，龐林榮，伍良沛，陳俊

據2020 GLOBOCAN數據顯示，2020年全球預估肺癌病例約220萬例，約占癌癥總病例數的11.4%，在所有癌癥中發病率排名第二，在癌癥死亡病例中，肺癌依舊是最主要的死因[1]。在我國，肺癌發病率依然高居榜首，截止到2020年，我國新發癌癥病例約457萬例，其中新發肺癌約82萬例，占新發癌癥總數的17.9%，癌癥死亡約300萬例，其中肺癌約占癌癥死亡總數的23.8%[2]。目前，臨床上對于肺癌通常采用聯合治療，包括手術、全身治療（化療、免疫治療和靶向藥物）和局部放射治療、介入治療等手段，數據顯示，放射治療在約77%的肺癌患者病程中均有循證適應指證[3]，合理使用放射治療能減輕腫瘤局部負荷，可使5年局部控制率增加8.3%，生存率增加4%[4]。因此，放療在肺癌的治療中擁有舉足輕重的地位。但肺部放療因其照射位置的特殊性，時常受到如心臟、正常肺組織、食管等重要臟器的劑量限量，導致放療計劃設計較困難。而呼吸控制一直是肺癌放療中的一項較重要的輔助手段，本文筆者對深吸氣屏氣（DIBH）技術在肺癌放療中的應用進行綜述。

1 肺癌放療

目前肺癌常用的放療技術主要有適形放射治療、調強放療（IMRT）和立體定向放療（SBRT）等。適形放療是一種在放射治療過程中要求照射野的形狀與靶區的形狀保持一致，已由最初的矩形野放療發展到如今的三維適形放療，更好的貼合形狀不規則的靶區，達到治療的目的。IMRT可通過三維適形技術精確靶區，從而達到在靶區增加治療劑量的同時減少正常組織的受照劑量。SBRT是一種短療程、高精度、大劑量的放射治療技術。雖然放射治療可以提高疾病的局部控制率及患者的總生存期，但是也伴隨著不良反應，嚴重時可出現致死性放射性肺炎、放射性食管炎及放射性心臟病等。精確的放療計劃可以明顯減少放療不良反應的發生率，而良好的呼吸運動管理可以提高肺癌放療計劃的精確性，以達到精確靶區范圍，并減少對周圍正常組織的放療毒性。

2 DIBH技術

2.1 DIBH技術介紹 隨著肺癌放射治療人數的增加，人們對放療帶來的潛在長期影響日益關注。為了在肺癌的放療中能夠更好的避開危及器官，更準確的勾畫靶區，呼吸運動管理是最為高效且最具可執行性的一種肺部放療輔助技術[5]。DIBH技術是屬于呼吸運動管理中的一種特殊類型，在患者達到深吸氣的極點時，開始屏氣并進行高劑量的照射[6]。該方法盡可能地減少呼吸運動對靶區移動的影響，還能降低肺的密度，減少照射范圍內的肺體積，有助于提高腫瘤處方劑量，并且具有較好的可重復性。因此，相對于自由呼吸（FB），在肺癌放療中引入DIBH技術可為更多的患者帶來獲益。

2.2 DIBH技術的應用 DIBH技術的關鍵點是患者的依從性和可重復性。要求患者有良好的肺功能，并進行呼吸訓練，且對治療具有依從性。DIBH技術可分為自主DIBH和非自主DIBH。自主DIBH不一定需要額外的設備，可以使用光場或側面皮膚標記之間的距離或來自室內激光或其他設備的胸部位移來監測呼吸動度[7]。計算機監測系統則可用于增強自主DIBH技術，例如光學表面監測設備或氣流的肺活量計可用于監測肺擴張以及整個呼吸周期[8]。非自主DIBH依賴于主動呼吸控制（ABC）設備，該系統結合了閥門系統關閉氣流和對患者的視覺引導，在預設閾值體積停止氣流，從而導致非自主屏氣。幾項研究均證實該系統可以減少心臟以及左冠狀動脈前降支的受照劑[9-10]。有研究發現，與FB相比，使用主動呼吸控制系統可使肺劑量學參數平均降低18%～25%[11]。放療過程中通過試聽指導患者呼吸運動可進一步減少心、肺的受照體積及治療時間[12-13]，并且可以通過使用圖像引導放療（IGRT）來限制正常心肺組織的受照劑量，進而增加治療靶區的照射劑量。有研究顯示在DIBH下進行SBRT并加入IGRT可明顯降低周圍正常組織的照射劑量[14]。在自主DIBH期間監測呼吸周期可以通過許多不同的方法來完成，例如瓦里安實時位置管理系統使用追蹤指導患者呼吸，還可以與圖像引導結合提高跟蹤系統的一致性[15]。兩者在劑量學上均較自由呼吸下有優勢，但是與非自主DIBH相比，自主DIBH的每日治療時間更短，患者和治療師的滿意度更高，成本也更低[16]。DIBH技術用于SBRT、3DCRT、IMRT及容積弧形放射治療（VMAT）等放療技術，可提高腫瘤的治療劑量，減少對正常組織和器官的受照劑量及損傷，利用DIBH技術能更好地管理在呼吸運動中的劑量變異，可以設計更穩定、可預測的劑量分布[17-20]。

DIBH技術根據體位可分為胸式深吸氣屏氣（TDIBH）和腹式深吸氣屏氣（A-DIBH）。Hirata等[21]研究得出，A-DIBH與T-DIBH較FB均可明顯增加肺體積，且肺容積的增加與平均心臟計量呈正相關，但兩者在平均心臟劑量方面無統計學差異。Chen等[22]運用劑量-體積直方圖（DVH）與劑量-質量直方圖（DMH）參數對比得出，A-DIBH與T-DIBH肺容積擴張與肺劑量無明顯差異，但在心臟劑量方面，TDIBH更有益。Zhao等[23]對比了T-DIBH、A-DIBH及FB下正常組織受照劑量，與FB和T-DIBH計劃相比，采用A-DIBH治療計劃實現了更低的心臟和LAD劑量。這兩種體位DIBH哪一種更有益處，暫時無明確定論，也許在將來越來越多的研究結果公布才可以給出答案。

3 DIBH在肺癌放療中的優勢

3.1 DIBH聯合影像學應用 FB下常規CT掃描瞬間極有可能不是腫瘤在整個呼吸動度中的平均位置，也可能遠離平均位置。若移動誤差達到5 mm及以上，會產生明顯的運動偽影或系統誤差。Rodriguez-Romero等[24]也證實FB下進行CT掃描可導致偽影，改變患者解剖結構形狀、大小、密度及位置，這也為治療靶區的勾畫帶來了較大的困難。所以，通過各種技術手段減少CT圖像上由呼吸運動產生的偽影極為重要，目前常用呼吸相關成像或消除呼吸運動技術來減少圖像偽影。4DCT技術即患者在定位環節保持均勻的自由呼吸，并在呼吸門控的幫助下監測呼吸運動采集患者的呼吸曲線，然后重建出每個呼吸時相的影像信息，重建出4D影像。雖然4DCT技術能有效地解決呼吸偽影問題，但在患者無規律呼吸以及小病灶情況下偽影更甚[25]。而DIBH是在呼吸運動幾乎靜止狀態下進行CT掃描，是消除呼吸運動所產生偽影最有效的方法。運用靶區驗證技術錐形束CT（CBCT）分別掃描患者在DIBH和FB下的圖像，大血管的可見性分別是94%和11%，條紋偽影的影響分別是6%和57%，可以觀察到DIBH下的成像清晰度明顯提高，并且偽影的影響也明顯減少[26]。DIBH技術也可以結合PET/CT，對定量測量和病灶定位更敏感，增加圖像采集的精確性[27]。

3.2 DIBH可精確放療靶區 在放療計劃設計中放療專科醫師通常會通過勾畫計劃靶區（PTV）來減少分次間擺位誤差、器官運動等因素引起的治療誤差。僅管如今以4DCT為代表的自動化呼吸控制技術逐漸在放療中開展應用，但由于治療中患者的呼吸模式會發生變化，仍會導致靶區漏照或者正常組織受照體積過多等。Erridge等[28]發現，不同肺葉內腫瘤在不同方向運動幅度各不相同，腫瘤在縱向上活動最大，在下葉腫瘤活動更顯著；因此即使在同一次放療中，患者的不均勻呼吸會對放療效果以及不良反應的發生率產生一定的影響。研究發現，患者在FB下，膈肌平均動度約為26 mm，而在DIBH狀態下僅為1 mm[29]。Josipovic等[26]的研究分析了15例患者接受CBCT掃描結果顯示，DIBH組較自由呼吸組提高了圖像質量，并降低了頭尾方向的配準不確定性。所以，在肺癌的放療中通過DIBH技術可以經濟、有效的改善呼吸運動對PTV靶區勾畫范圍的影響，并提高了放療過程中照射的精準性。

3.3 DIBH對肺體積的影響 眾所周知，呼吸運動對肺體積的大小具有重要影響，多項研究均顯示DIBH較FB可明顯增加肺體積[30-33]。Ottosson等[34]研究了18名局部晚期肺癌患者，接受了FB和DIBH下的CT成像和治療計劃，相對于FB，DIBH的肺總體積增加了86.8%，而GTV總體積減少了14.8%。一項左側乳腺癌放射治療薈萃分析發現[33]，與FB相比，可顯著增加同側肺體積，并減少同側肺劑量和心臟容積，且差異有統計學意義。Bruzzaniti等[35]發現，DIBH較FB使正常肺組織的照射體積下降20%。最近一項研究胸腺瘤放療的數據顯示，DIBH相比FB使肺總體積增加了31%，心臟體積減少了12%[36]。因此，利用DIBH技術可增加肺體積，進而減少正常肺的受照劑量，以達到降低放射性肺炎以及其他胸部放射性不良反應發生率的目的。

3.4 DIBH的劑量學優勢 DIBH使肺擴張后將心臟從高劑量區推離，同時也減少了正常肺組織的照射劑量[37]。Fjellanger等[38]研究發現在38名局晚期肺癌患者中，DIBH相比FB可獲得更小的臨床靶區體積，更具有劑量學優勢。若患者具有較好的DIBH依從性，聯合IGRT技術可獲得更多的劑量學優勢[15]。在多項研究中證實，相同患者使用DIBH與FB計劃相比，平均心臟劑量和平均左前降支劑量分別降低25%～67%、20%～73%，因此DIBH比FB具有劑量學優勢[39-40]。Kuo等[39]研究發還現，無論高劑量區還是低劑量區DIBH計劃在心臟、左心室（LV）和左冠狀動脈前降支（LAD）的劑量均較深吸氣4DCT明顯降低（P＜0.05）。總而言之，DIBH用于肺癌放療的主要優勢是通過擴張肺體積和增加腫瘤與心臟之間的距離來減少危及器官劑量。

3.5 DIBH對不良反應的影響 DIBH主要是減少正常組織的受照體積及降低放射劑量來降低不良反應發生率。一般當放療劑量在70 Gy左右時，DIBH靶區周圍正常組織的并發癥發生率較FB更低。Simonetto等[41]研究了由放療引起的缺血性心臟病的死亡率，FB下平均預期壽命減少0.11年，DIBH下則僅減少0.07年。Kuo等[39]分析了正常組織的并發癥發生率，結果顯示與深吸氣4DCT計劃相比，DIBH下長期心臟死亡率降低了40%，左肺放射性肺炎的風險降低了37.96%（P＜0.001）。Bruzzaniti等[35]研究也顯示使用DIBH較FB的放射性肺炎發生率和遠期放射性心臟病死亡率均有降低，同時在食管晚期毒性發生率中也能觀察到明顯降低[42]。

4 總結與展望

隨著技術的不斷進步，放療已經朝著靶區高精度以及瘤區高劑量的趨勢發展。但肺癌由于其所處解剖位置的特殊性及呼吸運動的影響，往往使得治療計劃較難規劃。而DIBH技術則可在胸部放療中消除呼吸運動，增加肺體積以精確放療靶區，降低不良反應發生率。但是DIBH技術在臨床的實際應用過程中也存在諸多問題，如患者每次屏氣程度不同、呼吸疲勞及治療時間延長等。因此就需要對患者進行嚴格的呼吸訓練，要求患者每次深吸氣屏氣時實際肺體積及胸廓起伏程度達到盡可能一致。另外，有學者在左乳癌放療的研究中也發現DIBH技術能使患者得到臨床獲益，而且，該獲益無關年齡、腫瘤預后及平均心臟劑量等因素[41]。所以，該研究提出應該在左側乳腺癌患者放療中盡可能應用DIBH技術。目前，DIBH技術已愈來愈多的應用于胸部放療中，在信息化以及數據化時代，更多自動化技術結合DIBH，也使得DIBH技術在臨床應用中日臻成熟，其不足之處也必將獲得改善，從而為更多的腫瘤患者服務。

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