中华放射医学与防护杂志  2017, Vol. 37 Issue (11): 821-825   PDF    
引用本文
赵峰, 陆中杰, 姚国荣, 卜路懿, 葛迦, 宁丽华, 严森祥. 深吸气屏气技术在左侧乳腺癌保乳术后放疗中的应用[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2017, 37(11): 821-825, DOI: 10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2017.11.004.
深吸气屏气技术在左侧乳腺癌保乳术后放疗中的应用
赵峰 , 陆中杰 , 姚国荣 , 卜路懿 , 葛迦 , 宁丽华 , 严森祥     
310003 杭州, 浙江大学医学院附属第一医院放疗科
收稿日期: 2017-05-13
基金项目: 浙江省自然科学基金（LQ15H180001）
通信作者: 严森祥, Email:yansenxiang@zju.edu.cn
[摘要] 目的 比较3种呼吸模式在左侧乳腺癌保乳术后全乳放疗中的剂量学差异，以探索能最大程度地减少靶区周围重要组织器官照射体积和剂量的呼吸模式。方法 前瞻性选取18例左侧早期乳腺癌保乳术后需行放疗的患者，采集自由呼吸（FB）、胸式深吸气屏气（T-DIBH）及腹式深吸气屏气（A-DIBH）3种呼吸模式下的CT图像，随后行适形放疗计划设计，比较3种呼吸模式下的剂量学参数，包括剂量-体积直方图、靶区平均剂量及靶区剂量均匀指数、危及器官平均剂量等。结果 3种呼吸模式下，计划靶区体积、计划靶区平均剂量及计划靶区剂量均匀指数等差异均无统计学意义（P > 0.05）；FB、T-DIBH及A-DIBH3种模式下的危及器官受量在心脏Dmean分别为（3.21±1.02）、（1.74±0.51）及（1.31±0.41）Gy，差异有统计学意义（W=171，P < 0.05）；冠状动脉左前降支（LAD）Dmean分别为（34.61±13.51）、（14.38±10.20）及（9.21±6.53）Gy，差异有统计学意义（W=171，P < 0.05）；左侧肺Dmean分别为（8.31±2.75）、（7.46±1.96）及（6.89±1.79）Gy，差异有统计学意义（W=171，P < 0.05）。结论 两种深吸气屏气技术（T-DIBH或A-DIBH）可显著降低心脏、LAD及左肺等危及器官的照射剂量，且不影响放疗靶区剂量；而A-DIBH比T-DIBH在降低各危及器官的照射剂量方面更具优势。
[关键词] 乳腺癌     放射治疗     深吸气屏气     危及器官     辐射剂量    
Application of deep inspiration breath hold in postoperative radiotherapy for left-side breast cancer
Zhao Feng, Lu Zhongjie, Yao Guorong, Bu Luyi, Ge Jia, Ning Lihua, Yan Senxiang     
Department of Radiation Oncology, First Affiliated Hospital, College of Medicine, Zhejiang University, Hangzhou 310003, China
Fund programs: Zhejiang Provincial Natural Science Foundation(LQ15H180001)
[Abstract] Objective To investigate the dosimetric differences among three types of breath hold mode (free breath:FB, thoracic deep inspiration breath hold:T-DIBH, abdomen deep inspiration breath hold:A-DIBH) and to explore the optimal breath hold method in the postoperative radiotherapy of left-side breast cancer patients with minimum dose to normal tissues and organs at risk. Methods A total of eighteen patients with left-side breast cancer patients who underwent postoperative radiotherapy were enrolled in this study. Three CT simulation scans with three different breath hold method (FB, T-DIBH, and A-DIBH) were performed for each patient. Dosimetric differences were compared among plans generated on these three different CT image sets. Results There was no significant difference in the volume, mean dose, and homogeneity of planning target volume (PTV) among plans generated from three different image sets (P > 0.05). The mean heart dose, mean LAD dose and mean ipsilateral lung dose in plans generated from CT image sets with FB, T-DIBH and A-DIBH were (3.21±1.02), (1.74±0.51), (1.31±0.41) Gy (W=171, P < 0.05), (34.61±13.51), (14.38±10.20), (9.21±6.53) Gy (W=171, P < 0.05), and (8.31±2.75), (7.46±1.96), (6.89±1.79) Gy (W=171, P < 0.05), respectively. Conclusions Compared with plans with FB, plans with DIBH (T-DIBH and A-DIBH) achieved lower cardiac, LAD and pulmonary doses. A-DIBH achieved a better normal dose reduction than T-DIBH.
[Key words] Breast cancer     Radiotherapy     Deep inspiration breath hold     Organs at risk     Radiation dose    

放射治疗是乳腺癌综合治疗的重要组成部分，保乳术后行辅助放射治疗已成为早期乳腺癌的标准治疗方式[1]。辅助放射治疗可以显著提高疾病的局部控制率和总体生存率[2]。然而，由于心脏和肺部分暴露在照射野内，可导致照射靶区周围危及器官如心脏及肺脏等的并发症[3]，尤其对于左侧乳腺癌患者。

为减少乳腺癌患者心脏的照射体积和照射剂量，目前国际上常用深吸气屏气技术(deep inspiration breath hold, DIBH)，其过程主要可分为：胸式深吸气屏气(thoracic deep inspiration breath hold, T-DIBH)，即吸气时主要通过膈肌和胸肌运动而实现的深吸气屏气过程；腹式深吸气屏气(abdominal deep inspiration breath hold, A-DIBH)，即吸气时主要通过腹肌运动而实现的深吸气屏气过程[4]。文献报道T-DIBH与A-DIBH导致不同程度的胸廓扩张度，有近2 cm的高度差[5]。

本研究目的是前瞻性研究自由呼吸(free breath, FB)、T-DIBH与A-DIBH3种呼吸模式下，心脏、冠状动脉左前降支(left anterior descending coronary artery, LAD)、肺等危及器官(organ at risks, OARs)的平均受照剂量及受照体积等剂量学参数，重点探索最适用于左侧乳腺癌辅助放射治疗的最佳DIBH模式。

资料与方法

1.研究对象：本研究为前瞻性研究，经浙江大学医学院伦理委员会审核通过，所有患者均签署知情同意书。自2016年2月起共连续纳入左侧乳腺癌保乳术后行辅助全乳放疗的患者18例。年龄29~69岁，平均46.9岁，中位年龄48岁。所有患者在行放射治疗定位前两周在专业医师的指导下反复训练DIBH，并实现患者可自由切换两种DIBH模式; 每种DIBH模式均获得满意的可重复性; 每次屏气时间不少于20 s。

2.CT模拟定位：行正式CT模拟定位前，再次训练并评估患者是否能较好的按指示完成T-DIBH和A-DIBH两种深吸气屏气模式；患者仰卧位平躺于体位固定架上(AIO solution)，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侧乳腺完全暴露；本研究为了减少对患者呼吸运动的束缚与限制，在此阶段不使用固定体膜；由德国西门子大孔径CT扫描，层厚3 mm，扫描范围为锁骨上区至乳腺皱襞下3~5 cm。所有患者采集3组CT图像，分别为FB组、T-DIBH组和A-DIBH组。采用美国瓦里安公司的实时位置管理系统(real-time position management, RPM)实时监测患者的呼吸情况。监测T-DIBH时，将红外线反射标记放于胸部(剑突下)；监测A-DIBH时，将红外线反射标记放于腹部(肚脐与剑突连线的中点)。

3.靶区及危及器官勾画：所有患者均有FB、T-DIBH及A-DIBH模式下的3组CT图像，每组CT图像均需要勾画全乳靶区、心脏、冠状动脉左前降支及左侧肺脏。放射治疗医师依据体表定位标志、CT图像及丹麦乳腺癌协作组(DBCG)图谱勾画全乳腺临床靶区CTV[6]。所有靶区均由1名放射治疗医师勾画，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，便于比较患者在不同呼吸模式下的放射治疗计划。

4.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FB、T-DIBH及A-DIBH模式下进行计划设计。照射方式为适形放疗，设置2个主切线野，采用野中野技术，每个切线野分为2~3个子野，调整优化各野剂量权重，提高靶区剂量均匀性，降低心脏、冠状动脉左前降支和肺脏的受照体积，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。处方剂量为50 Gy，200 cGy/次，共25次。

5.研究参数：不同呼吸模式下的靶区及各危及器官的体积；不同呼吸模式下的靶区平均剂量及均匀指数(homogeneity index, HI), HI=(D2%-D98%)/D×100%；不同呼吸模式下心脏、LAD、同侧肺的平均受照剂量，以及受照大于相应剂量的体积百分比，如V10(%)即为受照大于10 Gy的体积百分比等。

6.统计学处理：采用SPSS 17.0统计软件进行数据分析。剂量参数非正态分布，所有数据用x±s表示。采用配对秩和检验(2-sided Wilcoxon signed rank test)分析各组间参数。P＜0.05为差异有统计学意义。

结果

1.靶区及各危及器官的空间变化：心脏在不同的呼吸模式中所处的空间位置发生变化，心脏在T-DIBH状态下较FB状态下更加向足侧下移，在A-DIBH状态时较T-DIBH状态下进一步向足侧下移，见图 1。以T7椎体作为参照物，在T-DIBH状态下，心脏、LAD均向足侧下移，且在A-DIBH状态时，进一步下移。心脏及LAD这两个危及器官与乳腺靶区的距离也随着心脏及LAD的下移而进一步增大，见图 2。

图 1 3种呼吸模式下，心脏所处不同空间位置示意图 A.冠状位; B.矢状位 注：红色.自由式呼吸模式；蓝色. T-DIBH呼吸模式；绿色. A-DIBH呼吸模式 Figure 1 The relative spatial position relationships of the heart during 3 different breathing maneuvers A.Coronal section; B.Sagittal section

图 2 3种呼吸模式下乳腺靶区、心脏及LAD相对第7胸椎的位置 注：银色.第7胸椎；红色.心脏；黄色.冠状动脉左前降支(LAD)；橙色.乳腺；FB.自由呼吸模式，T-DDBH.胸式深吸气屏气模式，A-DIBH.腹式深吸气屏气模式 Figure 2 The relative spatial position relationships of the breast CTV (orange), heart (red), LMCA (green), and (LAD) (yellow) in a typical patient during 3 different breathing maneuvers. A vertebral body (T7) (silver) is contoured as a position marker in the shown case

2.靶区及各危及器官的体积变化：FB、T-DIBH及A-DIBH 3种呼吸模式下，靶区的体积、LAD体积变化差异均无统计学意义(P＞0.05)；心脏的体积在T-DIBH与A-DIBH状态下显著小于其在FB状态下(W=171，P＜0.05)，而在T-DIBH与A-DIBH状态下心脏的体积差异无统计学意义(P＞0.05)；同侧肺的体积在T-DIBH与A-DIBH状态下显著大于在其FB状态下(W=171，P＜0.05)，且其在A-DIBH状态下显著大于其在T-DIBH状态下(W=171，P＜0.05)。见表 1。

表 1 乳腺癌保乳术后行辅助全乳放疗的患者3种呼吸模式下靶区及危及器官剂量学比较(x±s) Table 1 Dose and volume comparisons among 3 different breathing models of 18 patients(x±s)

3.靶区剂量分布：FB、T-DIBH及A-DIBH3种呼吸模式下，乳腺的靶区体积、平均受照剂量、均匀指数差异均无统计学意义(P＞0.05)。

4.危及器官剂量分布：如表 1所示，T-DIBH及A-DIBH两种呼吸模式下的心脏、LAD、同侧肺的平均受照剂量均明显低于FB状态(W=171，P＜0.05)；T-DIBH与A-DIBH两种呼吸模式比较，A-DIBH呼吸模式在心脏、LAD及同侧肺的平均受照剂量明显低于T-DIBH呼吸模式(W=171，P＜0.05)。

讨论

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤，严重危害女性健康[1]。与乳腺癌根治术或改良根治术相比，保乳术后辅助放疗取得相同的疗效，并可以最大程度的保留良好的乳房外形，可促进患者取得较为满意的生活质量，故具有巨大的临床价值与社会意义。随着放疗技术及放疗设备的发展进步，心脏的照射剂量在不断降低，由于放疗造成的放射性心脏损伤需要在相当长的时间才能表现出来。因此，放疗实际过程需在不降低靶区受照剂量的均匀性、覆盖性、保证剂量强度的前提下，尽量降低心脏的受照剂量，特别是心脏前区(有LAD)的受照剂量，从而进一步降低患者远期出现缺血性心脏病的死亡风险[2-3]。其关键的心前区结构，如冠状动脉左前降支与胸壁距离较近，受照后更易导致心脏灌注异常而导致远期心血管病发病率增加，甚至可导致死亡[3]。研究表明，心脏受照剂量与发生缺血性心脏病的比例呈剂量效应关系，心脏平均受照剂量每增加1 Gy会增加4%的患心脏病风险，并增加7.4%的患冠状动脉相关事件的风险[3]。放疗对于心脏产生的不良反应通常发生在放疗后数十年，临床表现主要以心肌梗死和冠状动脉狭窄为常见[3]。

既往的研究表明，深吸气屏气技术在乳腺癌放疗中的应用，不仅可以减少或消除因呼吸而造成的靶区位移，更重要的是能减少靶区周围重要组织器官如心脏、LAD的照射体积和剂量，减少辐射损伤[4, 7-13]。DIBH技术首次由Sixel等[14]于2001年提出，其实现形式包括主动呼吸控制(active breathing coordinator, ABC)[14]、实时位置管理系统(real-time position management, RPM)[15]、自主呼吸配合(voluntary breath-hold)[16]等。本研究中，采用RPM方式，患者依从性好，可以很好的配合。

本研究中，T-DIBH和A-DIBH均可以使心脏和LAD向足侧下移，从而远离乳腺靶区，减少受照剂量。A-DIBH由腹肌带动深吸气后屏气，心脏和LAD可以更好的向足侧下移，远离乳腺靶区。而T-DIBH由膈肌及胸肌带动深吸气后屏气，心脏和LAD虽然也会向足侧下移，但下移的程度较A-DIBH少，本文首次比较T-DIBH与A-DIBH间的差别。在DIBH状态下，心脏体积均有所减少，这和深吸气后肺部压力增大而导致心脏受压有关。在DIBH状态下，左肺的体积明显增加，尤其是A-DIBH模式下，肺部体积增加超过70%，可以有效的降低实际收到照射的肺部体积占比，而减低肺的受量，这与既往单纯研究FB与DIBH两种状态的文献报道基本相符[7-8]。

本研究建立在靶区受照剂量及靶区剂量均匀性不影响的大前提下。重点比较了3种呼吸模式下，心脏、LAD及左肺的受照剂量，其中心脏的平均剂量从FB状态下的3.21 Gy降至T-DIBH状态下的1.74 Gy(约45.79%)，再降至A-DIBH状态下的1.31 Gy(约59.19%)；LAD的平均剂量从FB状态下的34.61 Gy降至T-DIBH状态下的14.38 Gy(约58.45%)，再降至A-DIBH状态下的9.21 Gy(约73.39%)；左肺的平均剂量从FB状态下的8.31 Gy降至T-DIBH状态下的7.46 Gy(约10.23%)，再降至A-DIBH状态下的6.89 Gy(约17.09%)。

综上所述，相比于FB呼吸模式，左侧乳腺癌保乳术后行深吸气屏气呼吸(T-DIBH或A-DIBH)管理具有显著降低各危及器官照射剂量的优势，具有广阔的临床应用价值；相比于T-DIBH呼吸模式，A-DIBH呼吸模式展现出了更加显著的降低各危及器官照射剂量的优势，在临床工作中应加强患者呼吸模式培训及训练，尽量训练患者采用A-DIBH呼吸模式，以期获得最佳的保护乳腺周围正常组织的效果；A-DIBH在乳腺癌放疗中的应用，不仅可以减少或消除因呼吸而造成的靶区位移，更重要的是能进一步减少靶区周围重要组织器官如心脏、LAD及同侧肺的照射体积和剂量，减少辐射损伤，有望进一步减少放疗并发症的发生，提高放疗的精确性，改善患者的长期生存质量。

利益冲突 所有作者以及基金无任何利益冲突，未接受任何不当的职务或财务利益
作者贡献声明 赵峰负责患者宣教培训、靶区勾画及论文撰写；陆中杰负责数据统计及论文撰写；姚国荣、卜路懿、葛迦及宁丽华负责患者招募及患者宣传培训、呼吸模式验证及数据采集；严森祥负责靶区勾画确认为、整体实验设计、论文撰写指导及修改
参考文献
[1] Kirova YM. Radiation therapy (RT) after breast-conserving surgery (BCS) in 2015-The year of radiation therapy advances[J]. Eur J Surg Oncol, 2016, 42 (4): 437-440. DOI:10.1016/j.ejso.2016.01.017.
[2] Darby S, McGale P, Correa C, et al. Effect of radiotherapy after breast-conserving surgery on 10-year recurrence and 15-year breast cancer death:meta-analysis of individual patient data for 10, 801 women in 17 randomised trials[J]. Lancet, 2011, 378 (9804): 1707-1716. DOI:10.1016/S0140-6736(11)61629-2.
[3] Darby S C, Ewertz M, Mcgale P, et al. Risk of ischemic heart disease in women after radiotherapy for breast cancer[J]. N Engl J Med, 2013, 368 (11): 987-998. DOI:10.1056/NEJMoa1209825.
[4] Boda-Heggemann J, Knopf AC, Simeonova-Chergou A, et al. Deep inspiration breath hold-based radiation therapy:a clinical review[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2016, 94 (3): 478-492. DOI:10.1016/j.ijrobp.2015.11.049.
[5] Plathow C, Zimmermann H, Fink C, et al. Influence of different breathing maneuvers on internal and external organ motion:use of fiducial markers in dynamic MRI[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2005, 62 (1): 238-245. DOI:10.1016/j.ijrobp.2005.01.042.
[6] Nielsen MH, Berg M, Pedersen AN, et al. Delineation of target volumes and organs at risk in adjuvant radiotherapy of early breast cancer:national guidelines and contouring atlas by the Danish Breast Cancer Cooperative Group[J]. Acta Oncol, 2013, 52 (4): 703-710. DOI:10.3109/0284186X.2013.765064.
[7] Lin A, Sharieff W, Juhasz J, et al. The benefit of deep inspiration breath hold:evaluating cardiac radiation exposure in patients after mastectomy and after breast-conserving surgery[J]. Breast Cancer, 2017, 24 (1): 86-91. DOI:10.1007/s12282-016-0676-5.
[8] Hepp R, Ammerpohl M, Morgenstern C, et al. Deep inspiration breath-hold (DIBH) radiotherapy in left-sided breast cancer:dosimetrical comparison and clinical feasibility in 20 patients[J]. Strahlenther Onkol, 2015, 191 (9): 710-716. DOI:10.1007/s00066-015-0838-y.
[9] Register S, Takita C, Reis I, et al. Deep inspiration breath-hold technique for left-sided breast cancer:An analysis of predictors for organ-at-risk sparing[J]. Med Dosim, 2015, 40 (1): 89-95. DOI:10.1016/j.meddos.2014.10.005.
[10] Mulliez T, Veldeman L, Speleers B, et al. Heart dose reduction by prone deep inspiration breath hold in left-sided breast irradiation[J]. Radiother Oncol, 2015, 114 (1): 79-84. DOI:10.1016/j.radonc.2014.11.038.
[11] Swamy S T, Radha C A, Kathirvel M, et al. Feasibility study of deep inspiration breath-hold based volumetric modulated arc therapy for locally advanced left sided breast cancer patients[J]. Asian Pac J Cancer Prev, 2014, 15 : 9033-9038. DOI:10.7314/apjcp.2014.15.20.9033.
[12] Rong Y, Walston S, Welliver MX, et al. Improving intra-fractional target position accuracy using a 3D surface surrogate for left breast irradiation using the respiratory-gated deep-inspiration breath-hold technique[J]. PloS One, 2014, 9 : e97933 DOI:10.1371/journal.pone.0097933.
[13] Alderliesten T, Betgen A, Elkhuizen PHM, et al. Estimation of heart-position variability in 3D-surface-image-guided deep-inspiration breath-hold radiation therapy for left-sided breast cancer[J]. Radiother Oncol, 2013, 109 (3): 442-447. DOI:10.1016/j.radonc.2013.09.017.
[14] Sixel KE, Aznar MC, Ung YC. Deep inspiration breath hold to reduce irradiated heart volume in breast cancer patients[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2001, 49 (1): 199-204. DOI:10.1016/s0360-3016(00)01455-3.
[15] Pedersen AN, Korreman S, Nyström H, et al. Breathing adapted radiotherapy of breast cancer:reduction of cardiac and pulmonary doses using voluntary inspiration breath-hold[J]. Radiother Oncol, 2004, 72 (1): 53-60. DOI:10.1016/j.radonc.2004.03.012.
[16] Nakamura K, Shioyama Y, Nomoto S, et al. Reproducibility of the abdominal and chest wall position by voluntary breath-hold technique using a laser-based monitoring and visual feedback system[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2007, 68 (1): 267-272. DOI:10.1016/j.ijrobp.2006.12.046.