呼吸狀態對左側乳腺癌根治手術后容積旋轉調強放療劑量的影響

曹舜翔 張 云 黃玉玲 王 俠 袁星星 王小平 龔長飛

乳腺癌在全球女性癌癥發病率中排名第一,中國女性乳腺癌的發病率和死亡率也在不斷上升[1-2]。盡管保乳手術治療早期乳腺癌已成為歐美國家的標準治療方法,但在許多國家,根治性乳房切除術仍然是最被接受的手術方式[3]。乳腺癌根治手術后輔助放射治療(post-mastectomy radiation therapy,PMRT)可減少局部失敗和死亡率,并延長生存期,尤其是在淋巴結轉移的患者中[4]。然而,PMRT通常涉及區域淋巴結,包括乳腺內淋巴結和鎖骨上淋巴結。這些淋巴結區域的覆蓋通常導致更大的照射范圍和體積[5]。因此,危及器官(OARs)可能接受相當大的輻射劑量,這增加了急性和晚期毒性的風險[6]。許多報道表明,盡管對心臟閾劑量的了解甚少,但每增加一個劑量單位(Gy),心臟損傷和缺血性心臟病的可能性就會成比例地增加,臨床研究證明左乳輔助放療(RT)后數年心臟發病率和死亡率增加[7-8]。當下,采用合適的放療技術(RT)和呼吸運動管理方法,既要保證對靶區有足夠的照射劑量覆蓋,又要盡量減少對周圍正常組織的照射劑量,就顯得尤為重要。

當前,有很多方法可以保護心臟免受輻射[7-9]。俯臥位和深吸氣屏氣技術(DIBH)通過分離心臟和輻射野來操作;在低風險病例中,臨床醫生通過減少乳房部分輻照(PBI)期間的輻照體積或取消放療來降低心臟劑量。這些方法對肺部和心臟暴露的影響各不相同:俯臥式放療可顯著降低肺部劑量,但心臟劑量各不相同。 DIBH于2001年首次在乳腺癌放療中被描述[10],直到最近才被廣泛應用[11],其最大的影響是減少心臟和冠狀動脈左前降支(LAD)的劑量,對肺的影響較小。然而,益處的大小因患者的解剖特征和肺活量而異;偶爾也有無療效甚至心臟劑量升高的病例報道[12]。實施DIBH有幾種方法,如主動呼吸控制、外部紅外盒標記和光學表面監視器等[13]。Bartlett等研究表明,對于左側乳腺癌患者,與自由呼吸相比,DIBH可降低心臟劑量[14]。值得注意的是,該技術在整個處理過程中具有很高的重復性和穩定性。

早期我們比較左側乳腺癌術后容積弧形旋轉放療(VMAT)和調強放療(IMRT)的劑量學、正常組織并發癥概率(NTCP)、繼發癌癥并發癥概率(SCCP)和超絕對風險(EAR)的差異研究發現:與IMRT相比,VMAT具有更好的靶標覆蓋率,對側肺和心臟的NTCP,SCCP和EAR的遞送劑量較低,對側肺和乳房的遞送劑量相似,機器跳數較少,遞送時間較短[15]。隨著現代乳腺癌放療技術的發展,DIBH技術已被應用于左側乳腺癌放療中。與自由呼吸(FB)相比,DIBH方案是否是左側乳腺癌的最佳解決方案尚不清楚。本研究旨在進一步闡明PBRT在DIBH與自由呼吸(FB)兩種模式下的劑量學差異,為臨床實踐提供實用參考。

1 資料與方法

1.1 病例選擇

隨機選擇2021年12月至2023年6月在本院放療中心治療的20例左側乳腺癌改良根治術后患者,全部患者均行乳腺改良根治手術和腋窩淋巴結清掃術后,且腋窩淋巴結淋巴結轉移≥4枚,年齡28～65歲;平均年齡49.7歲。

1.2 設備

本研究基于江西省腫瘤醫院放療技術科西門子放療專用模擬定位CT、醫科達Infinity加速器和國產科萊瑞迪光學體表監視系統及配套設備。其中光學體表監視系統可實現前瞻式DIBH和全方位三維影像引導和體表追蹤。其在CT室床腳方向,加速器室治療床左右兩側及治療床床腳方向各安裝了1 臺吊頂攝像機,每臺攝像機上有一個投影裝置和兩個圖像傳感器。投影發射器持續向患者體表發射偽隨機光斑,位于投影發射器兩側的圖像傳感器采集患者圖像和探測光斑信息,利用光學成像技術和上萬個幾何節點進行三維重建形成患者的體表輪廓。

1.3 研究方法

模擬定位及靶區勾畫:本研究所有患者均仰臥在乳房傾斜板上,使胸骨與床板平行,雙臂完全外展(90°或更大)并向外旋轉,頭部固定。所有患者在FB和DIBH兩種模式下進行間隔5 mm CT掃描。靶區、危及器官的勾畫及定義:利用Pinnacle三維計劃系統在每層CT圖像上勾畫出心臟、右側乳腺、雙側肺組織、脊髓、肝臟等正常組織。臨床靶區CTV:依據國家癌癥中心/國家腫瘤質量控制中心發布的乳腺癌術后放療靶區勾畫和計劃設計指南進行臨床靶區勾畫,包括患側胸壁、內乳和鎖上淋巴結。通過在三維上外擴5 mm的邊界,從CTV獲得PTV。在軸位CT切片上勾勒出同側肺、心臟、對側乳腺、肺、肝、脊髓和氣管等OARs。

放療計劃設計:對20例患者分別在FB和DIBH兩種模式掃描的CT圖像下進行VMAT計劃設計,所有計劃才有2個半弧(300°～145°),控制點為每兩度一個控制點,選用6MV X射線,處方劑量為2.0 Gy×25次。

計劃設計目標:95%以上的PTV體積劑量達到處方劑量,PTV照射110%處方劑量的體積低于0.5%。劑量達到處方劑量左側肺V5 Gy<50%、V20<25%和平均劑量<14 Gy,心臟平均劑量<8 Gy,右側肺、右側乳腺、肝臟的平均劑量<3 Gy。V5Gy表示組織照射劑量5Gy的體積百分比。以設計計劃目標照射劑量為依據,給予一定的優化條件,反復調節優化參數達到理想的劑量線分布。

1.4 評估指標

PTV的分析指標:近似最大劑量D2%(2%的PTV的照射劑量),近似最小劑量D98%(98%的PTV的照射劑量),平均劑量Dmean,V47.5 Gy、V50 Gy,均勻性指數(habituation index,HI),適形度指數(coverage index,CI)。

HI計算公式:HI=(D2%-D98%)/D50%,HI值越小,表示靶區劑量均勻性越好。

正常組織照射劑量的評價:左肺參考V5、V20和平均劑量;心臟、右肺、右側乳腺和肝臟參考平均劑量。

1.5 統計學方法

2 結果

2.1 2種呼吸模式靶區及患側肺體積比較

靶區體積在DIBH模式和FB模式下無統計學差異;而左肺體積具有明顯統計學差異(P<0.05)。見表1。

表1 2種呼吸模式靶區及患側肺體積

2.2 FB和DIBH模式下的PTV及OARs的劑量學比較

FB和DIBH模式提供了接近的PTV覆蓋率、HI、CI、右肺、左側乳腺和肝臟受量。對于左肺各個指標和心臟劑量指標,兩種方法具有明顯差異,其中DIBH計劃的左肺 V5Gy和V20Gy都明顯優于FB;DIBH模式的心臟 Dmean[(5.08±1.08)Gy]明顯優于FB模式[(6.63±1.17)Gy]。見表2。

表2 2種呼吸模式靶區及正常組織的照射劑量

3 討論

我們在研究中發現,不是所有的患者都能進行DIBH治療;即使在看似適合該技術的患者中,也有約10%的患者不能進行DIBH治療,還有10%左右的患者由于溝通問題和劑量學問題不得不使用替代技術接受放療。此外,盡管DIBH可降低大多數心臟、LAD和肺部受照劑量,但使用該項技術需要嚴格執行DIBH各項流程,否則可能產生了更差的劑量學結果。

臨床上有許多關于乳腺癌放療引起的心臟病發生率的研究。Darby 等2013年的研究表明,乳腺癌放療過程中心臟暴露于電離輻射會增加隨后缺血性心臟病的發生率[15]。這種增加與心臟的平均劑量成正比,在接觸后幾年內開始,并持續至少20年。先前存在心臟危險因素的婦女放射治療的絕對危險性比其他婦女高。此外,進一步的研究表明,LAD冠狀動脈劑量可能與放射引起的風險相關,因為該動脈是動脈粥樣硬化誘發心肌梗死的常見部位。在許多左乳腺癌放療方案中,它是高劑量的部位,很可能導致輻射誘發的心臟病[12-14]。本文分別對靶區、左肺、右肺和心臟的劑量學指標進行了研究。結果表明,DIBH組心臟和左肺的劑量明顯低于FB組,我們有理由相信,DIBH可能通過減少對心臟和肺的劑量,從而更有效地減少放射引起的疾病,如放射性肺炎、缺血性心臟病、急性冠狀動脈事件和心肌梗死。

肋間肌或橫膈膜的呼吸運動與胸呼吸或腹呼吸相對應。因此,深度吸氣動作由胸式DIBH或腹式DIBH組成,取決于各自肌肉群的工作。表1統計了2種呼吸模式靶區及患側肺體積。其中靶區體積在DIBH模式和FB模式下無統計學差異;而左肺體積具有明顯統計學差異(P<0.05),其中DIBH的左肺達到了(1562.93±211.9)cc,而FB則為(1086.26±157.64)cc。表2顯示了所有患者FB和DIBH模式下的PTV及OARs的劑量學比較結果。從表中得出,兩種模式下的PTV覆蓋率、HI、CI、右肺、左側乳腺和肝臟受量無統計學差異。對于左肺各個指標和心臟劑量指標,兩種方法具有明顯差異(P<0.05),其中DIBH計劃的左肺V5Gy和V20Gy都明顯優于FB,DIBH模式的心臟 Dmean明顯優于FB模式。

我們的研究有一定的局限性。首先,僅使用VMAT進行兩種呼吸模式下的劑量學比較。其次,由于樣本量相對較小,我們的結果不能外推到不同種族和體型的所有女性。我們將在未來使用更大的樣本量基于IMRT和3D-CRT進行兩種呼吸模式下的劑量學研究。

綜上所述,對于接受PMRT的患者,與FB相比,DIBH模式可以顯著降低心臟和左肺的受照劑量。此外,我們特別設計的固定裝置可以提高DIBH的可操作性和重復性。該技術具有良好的臨床潛力,值得在臨床實踐中廣泛應用。