保乳術后調強放療患者3DCT與4DCT的比較研究*

迪麗胡瑪爾·馬木提,王 雪,唐成瓊,艾秀清△

(新疆醫科大學附屬腫瘤醫院:1.乳腺放療科;2.放射物理技術科,烏魯木齊 830011)

乳腺癌是女性發病率最高的惡性腫瘤,目前以約230萬的新增人數位居惡性腫瘤發病數第一,病死率亦呈逐年上升趨勢[1]。隨著醫學診療技術日益發達及國民健康意識的不斷提升,越來越多乳腺癌患者實現了早期預防、早期診斷和早期治療,可行保留乳房手術(breast conserving surgery,BCS)的人數也隨之增加。多項研究表明BCS治療后輔以全乳調強放療(intensity-modulated radiation therapy,IMRT)對降低乳腺癌局部復發風險及病死率的成效明顯[2-4]。伴隨放療技術的不斷發展精進,各種對乳腺癌放療精確度產生影響的因素逐漸受到重視,已有研究發現乳腺癌靶區可能在呼吸運動的作用下發生偏移,致使靶區的劑量遺漏,還可能使鄰近正常結構移入治療區域,導致其毒性高于預期正常限值,進而減弱精確放療的治療效果[5]。與目前常規定位使用的三維CT(three-dimensional CT,3DCT)相比,四維CT(four-dimensional CT,4DCT)技術基于時間分辨與患者呼吸同步,能夠可靠評估呼吸過程中胸腹部器官運動[6]。因此,本研究通過比較乳腺癌患者基于3DCT與4DCT模擬定位、勾畫靶區后制訂的放療計劃中靶區適形度、劑量均勻性及危及器官的劑量體積參數差異,探討呼吸運動對BCS后全乳IMRT的劑量學影響及臨床意義,現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年10月至2020年7月本院乳腺放療科就診的行保乳術后IMRT的15例患者為研究對象。年齡29～55歲,中位41歲,原發病灶分布部位:右側8例,左側7例。本研究經醫院倫理委員會(XJZ-LL-2019-001)審核通過,所有研究對象簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1定位掃描

幫助患者取仰臥位,選用乳腺托架,做到患側乳腺完全暴露,將飛利浦大孔徑CT自帶腹式束帶型壓力傳感器于劍突下方固定,實現患者呼吸平靜并處在舒適姿勢以便于后續診療保持較好的擺位重復性。放置金屬標記,完成3DCT模擬定位掃描。掃描上界在環甲膜上2 cm,下界為胸廓下緣,掃描層厚為3 mm。在掃描完成后維持患者體位固定不變,待腹帶壓力傳感器測量的呼吸運動頻率和幅度保持平穩后行4DCT掃描,其范圍及層厚同3DCT。運動軌跡信號被4DCT工作站轉換成為呼吸運動信息,并整合到4DCT圖像資料中,每個呼吸周期被平均分成10個時相,經4DCT工作站分析處理后得到10個序列,CT0%代表吸氣末,CT50%代表呼氣末,將上述獲得的圖像均傳至Varian Eclipse 11.0治療計劃系統。

1.2.2靶區勾畫

由同一位有臨床經驗的主任醫師先后在3DCT、4DCT的10個時相上,相同的數位窗寬、窗位下,依照統一勾畫標準[7-8]進行靶區勾畫,勾畫方法:依據術腔邊界金屬夾結合術腔血清腫勾畫靶區,邊界外擴0.1 cm即為臨床靶區(clinical target volume,CTV),不包含胸肌、肋骨、皮膚(前界為皮下0.5 cm),將3DCT的CTV邊界外擴0.5 cm形成了計劃靶區(planning target volume,PTV),新命名為PTV3D。將10套呼吸時相上的CTV圖像融合疊加獲得內靶區(internal target volume,ITV),ITV邊界外擴0.5 cm取得PTV4D。同時也勾畫出心臟、健側乳腺、雙肺、患側肺、對側肺等視作危及器官。

1.2.3計劃設計

在醫師完成勾畫的4DCT靶區上,使用美國Varian Eclipse11.0治療計劃系統進行計劃設計及優化,所有計劃均由同一高年資主任醫師確認,以減少差異。IMRT處方劑量為4 256 cGy,266 cGy/次,且均為大分割全乳IMRT,術后瘤床區域另行電子線補量1 000 cGy,200 cGy/次。危及器官限制劑量:心臟Dmean≤8 Gy;患側肺臟:V20<20%,V5<70%;健側乳房:Dmean<1 Gy,Dmax<5 Gy,標準為消除105%處方劑量的高劑量區域,同時確保95%的等劑量曲線至少要包繞>95%的靶區體積,并最大限度地減小雙肺、患側肺、心臟和健側乳腺受照體積。在保持等中心點和劑量歸于一點的空間位置不變,同時也確保各種參數(如射野角度、方向、劑量權重、多葉準直器形狀、處方劑量和QAR限量)保持一致的狀態下,將4DCT的IMRT計劃復制到3DCT融合圖像上,從而獲得3DCT在考慮了呼吸運動的臨床實際照射過程中患者靶區、危及器官的劑量、位置及體積等參數。

1.2.4評價指標

(1)比較PTV3D與PTV4D的體積,比較3DCT與4DCT計劃中腫瘤靶區的D95、D90、Dmin、V100、V95、V90、適形度指數(conformity index,CI)和均勻性指數(homogeneity index,HI)。(2)比較3DCT與4DCT計劃危及器官:患側肺V20、V10、V5、Dmean,7例左側乳腺癌患者兩種計劃心臟V30、V20、V10、V5、Dmean。

1.3 統計學處理

2 結 果

2.1 兩種計劃PTV劑量參數比較

PTV 4DCT因呼吸運動的影響較PTV 3DCT小(36.13 cm3vs.53.35 cm3),差異有統計學意義(P<0.05);4DCT的D95、D90、Dmin、V100、V95、V90低于3DCT,而3DCT的CI、HI優于4DCT,差異有統計學意義(P<0.05),見表1。

表1 兩種計劃PTV劑量參數比較

2.2 患側肺和心臟兩種計劃劑量學參數比較

兩種計劃患側肺V20、V10、V5、Dmean比較,差異無統計學意義(P>0.05);4DCT心臟V30、V20高于3DCT,差異有統計學意義(P<0.05),見表2。

表2 患側肺和心臟兩種計劃劑量學參數比較

3 討 論

作為早期乳腺癌患者的選擇,BSC治療后輔以精確放療可使局部或遠處復發的風險明顯降低,優化遠期生存率的同時極大地提高了患者的生存質量[9-10]。但照射時患者內部器官存在不可避免的客觀運動,這可能導致靶區位移,進而使精確放療某一照射環節產生不同程度的偏差[11-12]。4DCT作為目前可確定腫瘤動度范圍的新技術[13],已廣泛應用于如肺癌、肝癌和胰腺癌等胸腹部惡性腫瘤放射治療研究中[14-15]。而基于4DCT技術評估呼吸運動于乳腺癌放療影響的相關研究較少,且目前仍存在爭議。

為探討平靜呼吸下乳腺癌患者BCS治療后全乳IMRT由于呼吸運動可能產生的劑量學偏差,本研究比較了基于3DCT和4DCT掃描所得圖像下勾畫靶區并分別制訂放療計劃的幾何學與劑量學指標,結果顯示在15例早期乳腺癌患者中,利用4DCT獲得的實際靶區體積PTV 4DCT均小于基于3DCT圖像所制訂計劃下的體積PTV 3DCT(36.13 cm3vs.53.35 cm3),與既往報道[16-18]一致。本研究差異反映了由于呼吸運動的影響,實際放療過程中患者于輻射場下受照靶區的范圍有所移位,未達到計劃所需的照射標準,在3DCT掃描圖像上所勾畫靶區基礎上,按照理論外擴5 mm并不足以包含個體真實經歷的運動信息。為進一步證實乳腺癌患者在實際照射時劑量分布是否滿足計劃理論要求、有無因呼吸運動而使得靶區部分邊界的劑量遺漏,本研究結合腫瘤靶區劑量覆蓋率方面,將3DCT遵循統一等中心點平移至4DCT靶區后,所得4DCT的CI和HI均未滿足理想情況中3DCT的均勻適形度需求,由此可見實際覆蓋于PTV的劑量分布可能在呼吸運動的影響下變得不規則。與上述結果相同的還有ZHANG等[19]研究,其發現3DCT計劃與兩極限時相的4DCT計劃在腫瘤靶區CI和HI方面有明顯差異,說明微小的呼吸運動可能會導致IMRT精度的下降。CHUNG等[20]在計算基于4DCT的劑量分布研究中,同樣也得出呼吸運動將導致CI與HI明顯降低,自由呼吸狀態下的患者在放療期間實際靶區受量和原始3DCT中的劑量差異,可因器官動度的變大而增加。本研究結果與ZHANG等[19]和CHUNG等[20]研究結果一致,加之4DCT中D95、D90、Dmin、V100、V95、V90小于3DCT,提示在乳腺癌患者平靜呼吸狀態下,實際放療過程中靶區劑量覆蓋率、均勻度及適形度均未達到理想3DCT下的要求標準,由此產生的靶區移位對治療中劑量分布是有干擾的,今后或許會成為影響遠期乳腺癌患者臨床放療效果及預后的潛在不良因素。而GUO等[21]在部分乳腺外照射方面的研究則顯示不同結果,即3DCT與4DCT下T0、T50時相間的HI及CI比較,差異無統計學意義(P>0.05)。造成不同研究結果差異的因素可能有很多,如所研究呼吸時相的不同、個體的差異性及不同治療計劃設計方案等。既往相關研究僅分析了完整呼吸周期中兩個特殊的極限時相,即呼吸末與吸氣末[21],本研究則整合了10個呼吸時相的時間信息于同一計劃中,進而與3DCT進行劑量體積直方圖參數對比,更能反映自由呼吸狀態下IMRT過程中實際靶區劑量分布情況。但上述研究在指標90%等劑量線包繞PTV的結果與本研究所得結果類似,即基于3DCT定位的放療可能會因呼吸運動而發生靶區漏照現象。因此,基于4DCT技術定位并勾畫靶區具有重要臨床意義,由此確定包含運動信息的個體化ITV,從而獲取滿足計劃需求的處方劑量,避免因瘤床漏照而導致的局部控制率下降。

隨著乳腺癌患者存活率的提高,肺與心臟等乳腺鄰近正常組織的因輻射可能產生的影響愈加無法忽略,精確放療除需滿足劑量充分、均勻的靶區受照外,治療中應最大限度降低乳腺鄰近正常組織不必要的受照劑量,從而降低遠期心肺放射性損傷的發生率。相關研究已表明,患側肺V20及Dmean是預測放射性肺炎的重要影響指標[22-23]。本研究的兩種計劃中患側肺V20、Dmean比較,差異無統計學意義(P>0.05),但在部分患者4DCT中患側肺的V20、Dmean大于3DCT,可以看出放療過程中患側肺的實際受量因呼吸運動的存在是有所變動的。心臟方面,乳腺癌放療已被證明與治療后10年以上的心力衰竭、冠狀動脈疾病、心肌梗死及最終心血管死亡的長期風險增加有關[24]。VAN等[25]在一項隊列研究中證實平均心臟劑量的增加同未來放射性心臟損傷風險的增加呈線性相關,DUEPPERS等[26]也提出V30為心臟損傷相關生物標志物水平變化的獨立影響因子。本研究中7例左乳癌患者4DCT的心臟V30較3DCT明顯增加,這與CHUNG等[20]研究中相對于3DCT的心臟V30在4DCT明顯升高(P=0.007、0.010)的結果一致,提示在正常呼吸期間,傳遞到心臟的劑量因呼吸運動的影響而高于3DCT的理想設定劑量。綜合二者在患側肺劑量體積參數的比較結果,即使4DCT中均未超出計劃的危及器官限制范圍,也不足以保證心臟和患側肺因呼吸運動所負擔的多余劑量在日后是否會造成遠期不良反應、放射性肺炎及放射性心臟損傷發生率的增加,精確放療在保證靶區充足覆蓋的前提下,最大限度降低心血管和肺臟毒性是極必要的,積極監測和修正危險因素可能會改善患者的預后,因此呼吸運動在乳腺癌IMRT中的影響不可忽略。

綜上所述,傳統基于3DCT定位的放療計劃可能因忽略個體呼吸動度的影響而造成靶區實際照射劑量不理想,在平靜呼吸狀態下的全乳IMRT過程中,因呼吸運動造成的靶區移位不容忽視。而4DCT定位技術在不超出正常組織受照劑量限額的同時,可以準確反映靶區因個體呼吸運動引起的變化,以此獲得更為精準的個體化放射治療計劃,提高乳腺癌患者的腫瘤局部控制率。除此之外,心、肺等危及器官受照劑量分布也因呼吸運動而引起超出規劃的偏差,但由呼吸運動所造成的心肺遠期放療影響,還需在臨床擴充樣本量的基礎上進行更深入的研究證實。總之,日常放療工作中對客觀存在的呼吸運動應予以重視,采取呼吸運動管理策略[27]可能有助于減少由呼吸運動引起的額外劑量增加,以此更為有效地保護患者心肺的正常組織、降低相關放射性損傷的發生。