腹式深吸气屏气和自由呼吸在左侧乳腺癌调强放疗中剂量学比较*

张 炎,滕 芸,唐罗勇,徐宝芹,林啸东,胡望远

(温州医科大学附属金华医院放疗科,浙江金华321015)

目前,乳腺癌已成为最常见的女性恶性肿瘤[1],术后辅助放射治疗(放疗)可以明显降低局部复发。但随着乳腺癌患者生存期的延长,长期的心脏相关并发症也受到人们的广泛关注。已有研究对既往有心血管病史的乳腺癌患者死因进行分析,发现心血管疾病引发的死亡率甚至超过了乳腺癌相关死亡率[2],且与右乳腺癌患者相比,左乳腺癌患者放疗后心脏并发症及死亡率都有所增加[3]。同时由于解剖位置的原因,放疗过程中患侧肺不可能避免地受到一定剂量的照射,从而导致放射性肺炎。既往研究表明,辐射肺体积及剂量与放射性肺炎密切相关。如何减少心肺照射体积和剂量,降低心肺毒性成为目前研究的焦点和热点。本研究通过比较左乳腺癌术后调强放疗(intensity-modulated radiotherapy,IMRT)计划中腹式深吸气屏气(abdominal deep inspiration breath hold,ADIBH)和自由呼吸(free breath,FB)两种呼吸模式下心脏、冠状动脉左前降支(left anterior descending coronary artery,LAD)、左肺等剂量学参数,探讨能尽可能减少心脏和LAD照射体积和剂量、同时不增加放射性肺炎风险的呼吸模式,为左乳腺癌术后IMRT中最佳呼吸控制技术的选择提供依据,现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2022年7月至2023年5月本院左乳腺癌术后需行辅助放疗的22例患者为研究对象。纳入标准：(1)年龄≥18岁;(2)经病理诊断明确的左乳腺癌;(3)有术后辅助放疗适应证。排除标准：(1)一般情况较差,不能耐受ADIBH;(2)依从性差、沟通障碍不能配合的患者。研究对象年龄41～64岁,中位年龄50岁;行保乳术14例,行改良根治术8例。在行放疗定位前2周在专业医师的指导下反复训练ADIBH,直到获得满意的可重复性,且每次屏气时间>20 s。本研究为前瞻性研究,定位前所有研究对象签署知情同意书,并通过医院伦理委员会审批(批件号IBR-20220028-R)。

1.2 方法

1.2.1CT模拟定位

CT模拟定位前,再次训练并评估患者是否能较好地按指示完成ADIBH;患者仰卧位平躺于乳腺托架上,双手上举后握于握杆的固定位置,使患者处于最舒适体位并保证左乳腺或胸壁完全暴露;改良根治术后患者皮肤表面需放置0.5 cm厚的放疗用组织补偿物,为保证体位固定不动,所有研究对象使用固定体膜,由GE大孔径定位CT(型号：Discovery RT)扫描,层厚2.5 mm,扫描范围为下颌骨至乳腺皱襞下3～5 cm。采用美国Varian公司呼吸控制设备实时检测系统(real-time position management,RPM)实时监测患者的呼吸情况。监测ADIBH时,将红外线反射标记放于腹部(肚脐与剑突连线的点)。

1.2.2靶区及危及器官勾画

所有研究对象有ADIBH、FB两种呼吸模式的CT图像,每种CT图像均需要勾画计划靶区(planning target volume,PTV)、心脏、LAD、双肺及右乳。放疗医师依据体表定位标志、CT图像及放疗协助组(radiation therapy oncology group,RTOG)乳腺癌图谱[4]勾画乳腺和胸壁及淋巴引流区的临床靶区(clinical target volume,CTV),CTV外放0.5 cm生成PTV,依据乳腺癌放疗靶区勾画计划设计指南[5]图谱勾画LAD。所有靶区均由1名放疗医师勾画,随后由高年资医师审核靶区,以减少不同医师勾画靶区间的差异性,并由1名物理师设计IMRT计划,便于比较患者在不同呼吸模式下的放疗计划。

1.2.3治疗计划设计

使用美国Varian公司的Eclipse治疗计划系统优化放疗计划,分别在ADIBH、FB两种呼吸模式下进行计划设计。照射方式为IMRT,调整优化各野剂量权重,提高靶区剂量均匀性,降低心脏、LAD和双肺的受照体积,要求消除105%处方剂量的高剂量区域,同时95%的等剂量曲线至少包绕>95%的靶区体积。保乳术后：处方剂量为PTV 50.0 Gy,2.0 Gy/次,共25次;PTV瘤床60.0 Gy,2.4 Gy/次,共25次。改良根治术：处方剂量PTV 50.0 Gy,2.0 Gy/次,共25次。

1.2.4剂量参数

通过剂量-体积直方图(dose-volume histogram,DVH)获取两组呼吸模式下的靶区及各危及器官的体积。PTV参数：(1)平均剂量(mean dose,Dmean);(2)均匀指数(homogeneity index,HI)=(D2—D98)/D50,其中D2表示2%靶区体积受到的照射剂量,D98表示98%靶区体积受到的照射剂量,D50表示50%靶区体积受到的照射剂量;(3)适形指数(conformity index,CI)。危及器官参数：(1)心脏：Dmean、最小剂量(minimum dose,Dmin)、V5、V10、V20、V30、V40,其中V5、V10、V20、V30、V40分别表示5、10、20、30、40 Gy剂量所包绕的体积;(2)LAD：Dmean、最大剂量(maximum dose,Dmax)、Dmin、V40;(3)左肺Dmean、V5;(4)右肺Dmean;(5)右乳Dmean。

1.3 统计学处理

2 结 果

2.1 两种呼吸模式下PTV剂量学参数比较

ADIBH和FB的PTV Dmean、HI、CI比较,差异无统计学意义(P>0.05),见表1。

表1 两种呼吸模式下PTV剂量学参数比较

2.2 两种呼吸模式下心脏及LAD剂量学参数比较

与FB比较,ADIBH的心脏Dmean、V5、V10、V20、V30、V40的平均值分别下降2.95 Gy、12.21%、8.26%、6.56%、5.41%、3.48%,LAD Dmean、Dmax、Dmin、V40的平均值分别下降15.99 Gy、16.10 Gy、0.82 Gy、13.73%,差异有统计学意义(P<0.05),见表2。与FB比较,ADIBH的同一层面心脏受照剂量和体积明显降低,见图1。

A：ADIBH的横断位;B：FB的横断位。

表2 两种呼吸模式下心脏及LAD剂量学参数比较

2.3 两种呼吸模式的相关性分析

Pearson相关性分析显示：ADIBH的心脏Dmean与LAD Dmean呈正相关(r=0.72,P<0.05),FB的心脏Dmean与LAD Dmean也呈正相关(r=0.69,P<0.05),见图2。

A：ADIBH的心脏Dmean和LAD Dmean呈线性相关;B：FB的心脏Dmean和LAD Dmean呈线性相关。

2.4 两种呼吸模式下双肺及右乳剂量学参数比较

与FB比较,ADIBH的左肺Dmean下降0.99 Gy,差异有统计学意义(P<0.05);但两种呼吸模式左肺V5、右肺Dmean、右乳Dmean比较,差异无统计学意义(P>0.05),见表3。

表3 两种呼吸模式下双肺及右乳剂量学参数比较

3 讨 论

乳腺癌目前已成为全球范围发病率最高的恶性肿瘤,术后放疗是综合治疗中至关重要的组成部分。但由于胸腔内重要器官暴露在照射野内,放疗可导致靶区周围危及器官发生相应的并发症,其中最常见的是放射性心脏损伤和肺损伤。

深吸气屏气(deep inspiration breath hold,DIBH)是一种呼吸控制技术,通过减少或消除呼吸运动,从而提高放疗的精度。近年研究发现该技术可以使心脏移向后下方,以减少左乳腺癌保乳术后放疗心脏照射体积和剂量[6-8]。LOCKE等[9]研究表明,2018年呼吸控制技术就已经广泛应用于乳腺癌辅助放疗中,其心脏保护作用已得到临床实践的认可。于舒飞等[10]研究结果发现,DIBH可以降低放疗患者的摆位误差,减小PTV边界从而降低心脏的放射剂量和损伤风险。还有研究显示,相较于胸式DIBH,ADIBH可以进一步降低心脏剂量[11]。此外,既往研究表明,乳腺癌术后放疗患者中放射性肺炎的发生率约为3.7%,且发生率与肺组织受照体积及剂量相关。然而国内外研究中关于左乳腺癌术后放疗中DIBH对肺的剂量学研究较少,其是否可以降低患侧肺剂量还存在争议。因此本研究比较ADIBH、FB两种呼吸模式下心肺的剂量学参数,探索ADIBH在左乳腺癌术后放疗中的应用优势。

心脏的辐射暴露是肿瘤治疗中发生冠心病的一个危险因素。乳腺癌放疗导致早期放射性心血管并发症达20%～40%。既往研究已发现,心血管发生并发症概率与心脏受照剂量相关。BANFILL等[12]研究发现虽然许多不同的心脏剂量体积参数被认为与心脏损伤和生存有关,但并没有达成共识。一项回顾性研究发现,心脏Dmean≥10 Gy会明显增加心脏不良事件的发生率[13],且心脏Dmean每增加1 Gy,发生冠状动脉疾病的概率会增加7.4%。多项研究结果显示,心脏V30、V40是与患者总生存密切相关的剂量学参数[13-15]。因此,虽然不同心脏剂量体积参数与心脏损伤和生存的关系没有达成共识,但乳腺癌术后放疗可增加心脏病变的风险,且呈剂量依赖性是目前公认的。因此,任何对心脏辐射剂量减少的方式都可能降低心脏损伤的风险。本研究发现,两种呼吸模式心脏Dmin无差别,但ADIBH的心脏Dmean、V5、V10、V20、V30、V40均明显更低,因此认为与FB比较,ADIBH可以全面降低心脏受照剂量,这与既往研究[11,16-17]结果相似。虽然心脏Dmean是晚期心脏毒性的最重要的预测因素,然而越来越多研究关注心脏亚结构剂量。这是因为心脏内部的剂量分布并不均匀,高剂量多分布在心脏上半部分,其中就包括LAD,而LAD病变是缺血性心脏病的重要起源之一。尽管IMRT计划可以降低心脏Dmean,但LAD仍有存在剂量热点的风险[18]。因此在IMRT计划优化时需要特别关注。GARG等[19]研究指出,LAD可能是导致放疗晚期心脏毒性的重要结构。KNÖCHELMANN等[20]研究显示,心脏Dmean与LAD Dmean、Dmax呈正相关性,为避免额外的心脏风险,应尽量降低LAD的剂量。本研究结果显示LAD Dmax为48.69 Gy,与GARG等[19]研究结果相似(48.22 Gy),高于KNÖCHELMANN等[20]研究结果,可能与本研究的研究对象包括改良根治术后及瘤床区局部加量有关。本研究结果提示,同一患者采用ADIBH模式可以明显降低LAD的剂量,包括Dmean、Dmax及Dmin;相关性分析结果显示心脏Dmean与LAD Dmean呈线性相关,特别是在ADIBH中呈高度正相关(r>0.7),这与近期一项研究[21]的结果相似。同时根据国际辐射单位与测量委员会83号报告,HI越小均匀性越好,CI越接近于1适形性越好。本研究中ADIBH、FB的HI、CI均符合质控要求。两种呼吸模式的PTV、HI、CI差异无统计学意义(P>0.05),提示ADIBH不会影响靶区剂量和适形性。因此本研究认为ADIBH可以降低心脏和LAD的受照剂量,与IMRT联合可以起到很好的保护心脏和LAD的作用,有望降低放疗导致的心脏远期并发症。

肺Dmean是目前临床中常用的和放射性肺炎发生相关的指标。既往研究发现,双肺V5与放射性肺损伤的发生明显相关,且认为“小剂量大体积”比“大剂量小体积”对肺部造成的损伤更严重[22]。虽然既往研究结果显示,DIBH并不能减少患侧肺受照射剂量[23-25]。但本研究结果显示,左肺Dmean在ADIBH时明显更低,且并不增加患侧肺V5,提示ADIBH可以降低患侧肺受照剂量,可能与ADIBH时左肺体积增大有关,这与近期几项研究结果一致[26-27]。本研究还发现虽然IMRT中右肺Dmean已经很低,但与FB比较,ADIBH右肺Dmean仍下降了48.63%(32.52 cGy),差异无统计学意义的原因可能与样本量少有关。两种呼吸模式中右乳Dmean无差别,提示ADIBH不会增加健侧乳腺的辐射剂量,这与既往研究[26]结果一致。

综上所述,ADIBH可以明显降低心脏及LAD的受照剂量,且不增加双肺及健侧乳腺的剂量,是左乳腺癌患者术后IMRT中呼吸控制方式的较好选择,也是一种简单、可重复并易于临床应用的技术,可以在适合的患者使用以期降低远期心脏并发症,改善患者的长期生活质量。