深吸气屏气技术在肺癌立体定向放射治疗中的应用

2022-10-27 06:33单书灿周晖王玉洁贺晓东
中国医疗设备 2022年10期
关键词:屏气靶区器官

单书灿,周晖,王玉洁,贺晓东

上海交通大学医学院附属瑞金医院 放射治疗科,上海 201801

引言

根据2019年国家癌症中心发布的数据,肺癌位居我国恶性肿瘤发病首位,2015年我国新发肺癌病例约为78.7万例,发病率为57.26/10万,因肺癌死亡人数为45.87/10万[1]。放射治疗是治疗肺癌的常见方法,其中立体定向放射治疗(Stereotactic Body Radiation Therapy,SBRT)技术是治疗尚未淋巴转移的非小细胞肺癌患者的一种常见手段,具有单次剂量高、治疗次数少、适形度高、剂量跌落快等特点[2-3],可以在给肿瘤靶区更高剂量的同时,更好地保护正常组织[4-5]。对于胸部肿瘤,呼吸运动是引起肿瘤运动的主要原因,在自由呼吸下,肺部肿瘤和危及器官的呼吸动度可以达到3 cm,也是放射治疗中最大的不确定因素[6]。目前对于胸部肿瘤呼吸运动常见的管理方法有以下两种[7-9]:一种是呼吸门控系统,射束根据呼吸时相切换触发或中断治疗,如Varian的被动呼吸门控RPM系统,Elekta的主动呼吸门控ABC系统;另一种是追踪系统,在患者体内或体表放置标记,在靶区运动时持续出束。深吸气屏气(Deep Inspiration Breath-Hold,DIBH)技术属于第一种,患者在治疗时要求吸气屏气并保持在一定吸气状态,进行呼吸运动管理一方面可以减少靶区的运动,另一方面可以减少靶区体积,增大肺体积,使心脏远离胸壁,目前DIBH技术在乳腺癌放射治疗中应用广泛[10-11]。本研究旨在探究对于肺部小体积靶区应用SBRT治疗技术的肿瘤患者对照射靶区和正常危及器官照射的影响,以期使患者获益。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2019年11月至2020年3月在我院接收放射治疗的10例非小细胞肺癌SBRT治疗的患者,所有患者在DIBH状态下进行CT采集,同时所有患者均采集4D-CT图像作为备用CT,其中9例患者采用DIBH技术进行SBRT治疗,1例患者由于呼吸屏气重复性差,最终在4D-CT上进行计划设计,并进行计划实施。10例患者中男性7例,女性3例,平均年龄62.9岁;患者在进行CT图像采集前对其呼吸功能进行评估,要求深吸气屏气时间超过30 s,并且要求患者在平时锻炼自己的呼吸屏气,以保证在CT扫描和治疗过程中的平常心态。其中4D-CT图像的采集是在患者自由呼吸状态下进行的。肺癌患者SBRT治疗流程图如图1所示。

图1 患者治疗流程图

1.2 CT图像采集

患者的体位固定装置采用全身真空垫,CT图像采集选用16排Philips大孔径CT(飞利浦公司,荷兰),DIBH的CT图像采集的管电压为120 kV,电流为229 mAs;4D-CT图像采集的管电压为120 kV,管电流为600 mAs。扫描范围包括全肺且头脚方向超出靶区5 cm的范围,扫描层厚为2 mm。

选用光学体表追踪系统(C-RAD公司,瑞典)对患者进行呼吸运动监测,CT端的Sentinel™监测患者定位轮廓,采集呼吸曲线并进行呼吸训练,最后进行门控定位。Catalyst负责患者治疗时摆位,实时监控和呼吸门控治疗,用于治疗过程中的呼吸运动管理。该系统可以实时追踪患者治疗过程中的体表轮廓变化,通过C-RAD系统确保每次治疗在规定的呼吸幅度内完成,并反馈给加速器系统,控制加速器继续或中断治疗。在剂量率1400 MU/min的情况下,一次屏气超过30 s,一个治疗弧如果能在一次屏气时间内能完成,可极大地提高治疗效率。治疗时患者通过视频眼镜可以观察到吸气状态的动态变化,并自行控制深吸气屏气幅度,在深吸气屏气状态下进行DIBH定位CT扫描、CBCT影像验证和治疗。患者还会采集一套平静呼吸状态下的4D-CT,扫描序列波形图如图2所示。

图2 4D-CT和DIBH-CT扫描序列波形图

1.3 靶区和危及器官的勾画

由医生在DIBH的CT上进行靶区和危及器官的勾画。医生在4D-CT的各时相上进行靶区的勾画,并累及到最大密度投影图像(Maximum Intensity Projection,MIP)上进行修改确认,最后刚性配准到平均时相(Averaged Phase Image,AVG)上,再进行危及器官的勾画。在DIBH图像上临床靶体积(Internal Target Volume,ITV)到计划靶体积(Planning Target Volume,PTV)的外放边界为3 mm,在AVG上ITV到PTV的外放边界为5 mm。危及器官包括肺、心脏、胸壁、大血管。

1.4 计划设计和评估

计划设计时加速器的机型为瓦里安的edge,120对多叶准直器,选用6X FFF,剂量率选择1400 MU/min,采用容积旋转调强(Volumetric Modulated Arc Therapy,VMAT)技术,AXB计算算法,1.25 mm的计算网格。两组CT选用相同的计划设计参数及计划优化参数,处方均覆盖相同的靶区体积,单词处方剂量为6~15 Gy,治疗分次为3~5次。根据靶区位置不同,给予≥180°的双弧VMAT,处方归一设置为100%的处方剂量包绕95%的靶区,靶区体积小于13 cc的计划,D2cm要求小于0.5。对于相邻的气管树、食管、大血管和胸壁按照医生要求对其最大剂量和体积剂量进行限量,原则上气管食管最大剂量不超过处方剂量的105%。

两组计划评估参数中危及器官包括患侧的肺(lung-t)的V5Gy、V10Gy、V20Gy;心脏的平均剂量Dmean;胸壁的D1cc和D5cc;大血管的D10cc。靶区的评估参数包括靶区适形度指数(Conformity Index,CI)为处方剂量线包绕的体积与靶区体积之比[12];剂量梯度指数(Gradient Index,GI)为50%的剂量线包绕的体积与靶区体积之比[13];D2cm定义为距PTV边界2 cm处各方向最大剂量与处方剂量的比值。

1.5 统计学分析

应用SPSS 21.0统计学软件对数据进行分析,符合正态分布的计量资料采用±s表示,并采用Wilcoxon符号秩检验方法进行数据统计分析,P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 DIBH组与4D-CT组患者正常组织和靶区的体积之比

DIBH和自由呼吸状态下,患者靶区和危及器官的体积变化如图3所示,其中,DIBH组的ITV和PTV的体积相对于4D-CT组减少了35%和48%,心脏的体积减少了18%;而DIBH组的患侧肺的体积和健侧肺的体积分别增加了56%和64%,两组差异有统计学意义(P<0.05)。

图3 DIBH组与4D-CT组患者正常组织和靶区的体积之比

2.2 两组危及器官受照量比较

两组计划在相似的射野和优化参数下完成,均满足SBRT计划设计要求,高于处方105%的剂量均未落在靶区以外的危及器官上,靶区外正常组织所有超过处方剂量105%的体积小于PTV体积的15%,120%的处方剂量尽量分布在ITV内。

对两组计划的结果进行评估,两组计划危及器官所受剂量如表1所示,由于DIBH技术使得患者肺的体积变大,同时心脏、胸壁和大血管远离靶区,所以危及器官所受照射剂量均有不同程度的降低。其中DIBH组患侧肺的V5Gy、V10Gy、V20Gy的值比4D-CT组降低了10.4%、10.3%和4.2%,具有统计学差异(P<0.05);同时,DIBH组心脏所接受的平均剂量降低了34.6%,具有统计学差异(P<0.05);胸壁和大血管的照射剂量,DIBH组也明显低于4D-CT组,具有统计学差异(P<0.05)。

表1 两组危及器官照受量(±s)

表1 两组危及器官照受量(±s)

危及器官 参数 DIBH组 4D-CT组 P值肺V5 Gy/% 23.6±12.0 34.0±17.1 0.005 V10 Gy/% 11.2±6.1 21.5±13.3 0.005 V20 Gy/% 2.9±1.3 7.1±3.7 0.005心脏 Dmean/cGy 210.2±212.8 317.6±215.8 0.037胸壁 D5 cc/cGy 2692.3±924.9 3083.6±1087.9 0.012 D1 cc/cGy 3170.5±937.0 3696.4±880.2 0.012大血管 D10 cc/cGy 1287.7±955.7 1658.7±1123.0 0.009

2.3 两组计划靶区参数比较

两组计划靶区的CI、GI、D2cm如表3所示,两组计划均能满足临床的要求,其中两组计划的CI和GI和机器跳数无统计学差异(P>0.05),DIBH组的D2cm明显优于4D-CT组(P<0.05)。两组计划的机器跳数虽然无统计学差异,但由于DIBH技术需要患者在治疗过程中控制自己的呼吸,相对于平静呼吸的4D-CT技术其需要更长的治疗时间,经统计9例DIBH患者治疗时间为14~32 min,平均治疗时间为22.8 min。

表2 两组计划靶区参数(±s)

表2 两组计划靶区参数(±s)

注:CI:适形度;GI:梯度指数;D2 cm:靶区外2 cm外最大剂量。

指标 DIBH组 4D-CT组 P值CI 0.98±0.09 0.97±0.10 0.241 GI 4.51±1.31 4.05±1.64 0.059 D 2cm 0.51±0.03 0.56±0.04 0.017机器跳数 2298.4±637.2 2189.5±629.4 0.333

3 讨论

SBRT技术由于单次剂量大,运用于肺癌中时对靶区周围的正常组织损伤也相对较大。Trovo等[14]随访了68例进行SBRT的肺癌患者,结果发现在治疗后2~6周内,有30%左右的患者肺部出现毛玻璃改变的放射性肺炎,这与Zhu等[15]的研究结果类似,其随访了106例患者肺癌患者,发现治疗后有36.8%的患者会出现急性肺损伤。SBRT也会对肺癌患者胸壁造成损伤,如相关研究显示,采用SBRT治疗后胸壁疼痛和肋骨骨折的发生率分别为11.0%和6.3%,且女性的发生率大于男性[16-17]。也有研究显示,胸壁疼痛和肋骨骨折与胸壁1 cc和5 cc及肋骨1 cc体积所接受的照射剂量相关。表明靠近胸壁的肺癌,选择DIBH技术可以减少胸壁和肋骨的照射,进一步降低胸壁疼痛和肋骨骨折的发生率。SBRT对血管的损伤与其所受剂量相关[18],以上研究结果也显示,DIBH技术相对于自由呼吸4D-CT技术,能一定程度降低血管所受剂量。

DIBH作为一种呼吸管理的技术,在乳腺癌等胸部肿瘤中应用较广泛[19-20],可以减少心肺的剂量,本研究中DIBH技术相对4D-CT技术,可以减少靶区的体积,增加肺的体积,使心脏远离胸壁,从而可以减少对正常危及器官如肺、心脏、胸壁及血管等的损伤。

虽然DIBH技术较复杂性且治疗时间较长,但对于胸SBRT,治疗次数较少。DIBH技术在进行CT扫描前,需对患者进行呼吸训练,但仍可能出现在治疗时难以重复定位时的情况,本研究中纳入的10例患者中,其中有1例患者出现治疗时屏气不能达到CT定位时的状态,最后采取4D-CT的计划治疗方案,其他9例患者顺利完成了DIBH状态下的治疗,患者整体的依从性和完成度相对较高。Gallo等[21]对肺癌的Cyberknife和Truebeam加速器的出束时间的研究中指出,Cyberknife的平均出束时间为45.8 min,Truebeam的出束时间为4.4 min,在不考虑呼吸管理的情况下,Cyberknife的出束时间远超过常规加速器的出束时间,本研究中,9例DIBH患者治疗时间为14~32 min,平均治疗时间为22.8 min,且随着治疗经验的丰富,可使患者在1个屏气时间内完成1个治疗弧的出束,在呼吸调整的时间内完成治疗弧的切换。DIBH技术在对于SBRT肺癌患者可以在减少照射靶区的体积的同时,降低正常器官和组织的照射,并且随着相应配套设施的更新,患者会获得更精准的放射治疗。

随着呼吸管理设备和技术的发展及普及,DIBH技术在国内各医疗单位得到更加广泛应用[22-24],但在除乳腺癌外其他胸部肿瘤的放射治疗中的研究相对较少[25-26],但在相关研究中患者表现出较好的依从性,同时这些研究显示了较大的剂量学优势。Josipovic等[25]的文献中显示,DIBH状态下肺的体积与平静呼吸状态下肺的体积相比增加了55%,这与本研究结果相似;Paumier等[26]对纵隔霍奇金淋巴瘤的研究结果显示,与自由呼吸相比,DIBH组大血管、心脏和肺的辐射剂量均有所减少,其中肺的V20Gy降低了近1/3,本研究患侧肺V20Gy降低超过1/2,其中差异与靶区体积大小有一定的相关性。但本研究患者数量相对偏少,后续将增加病例数,使得结果更具科学性;另外,本研究未对靶区的位置象限进行统计,对于周围性和中央型肺癌是否有差异需要进一步的研究。

4 结论

两组计划均能满足临床要求,DIBH技术可以很大程度上减少靶区照射;DIBH技术同时增加肺的体积,减少了心脏的体积,且使心脏远离胸壁,从而减少心脏和肺等正常组织的照射剂量。DIBH技术可以在保证靶区照射剂量的同时减少危及器官的照射剂量,DIBH技术将给肺癌SBRT的患者提供更好的治疗。

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