2024, Vol. 44
2. 海南医学院第一附属医院放疗科 海口 570102;
3. 深圳市第三人民医院感染二科, 深圳 518112
2. Department of Radiation Oncology, First Affiliated Hospital of Hainan Medical University, Haikou 570102, China;
3. Second Department of Infectious Disease, Shenzhen Third People's Hospital, Shenzhen 518112, China
乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤，其发病率和死亡率均居恶性肿瘤的前列[1]。放射治疗在降低乳腺癌的局部复发率、改善总生存率方面优势明显[2]。放疗对心脏的照射会导致心血管缺血性疾病的发病率升高，诱发放射性肺炎、肺癌等疾病。据统计，左侧乳腺癌术后患者因放疗引起相关疾病事件的风险更高[3-4]。即便使用先进的设备和技术，冠状动脉左前降支(left anterior descending coronary artery, LAD)因解剖位置特殊性仍会存在高剂量区，控制心脏和LAD的剂量在计划设计中显得尤为重要[5]。
呼吸门控系统的临床应用，使乳腺癌放疗迈进精准放疗门槛。目前，常见的呼吸门控系统有美国瓦里安实时位置管理(realtime position management，RPM)系统、瑞典医科达自主呼吸门控系统(active breathing coordinator，ABC)和瑞典C-RAD公司光学体表追踪设备Catalyst呼吸门控系统。研究表明，呼吸门控引导的深吸气屏气(deep inspiration breath hold，DIBH)模式乳腺癌放疗在保证靶区剂量覆盖的前提下，减少了危及器官的照射体积和剂量，较好地保护了患侧乳腺周围正常组织[6-8]。
本研究利用瑞典医科达治疗计划系统(Monaco 5.1)对比ABC和Catalyst呼吸门控DIBH模式调强放疗(intensity modulated radiation therapy，IMRT)计划的靶区、心脏、患侧肺等危及器官的剂量学差异。
资料与方法 1、临床资料回顾性选取深圳市人民医院放疗科2020年11月至2021年8月收治的左侧乳腺癌保乳术后患者48例，ABC和Catalyst每组各24例。ABC组年龄31~57岁，中位年龄47.5岁，卡氏评分≥80分；Catalyst呼吸门控组患者年龄34~58岁，中位年龄48岁，卡氏评分≥80分。美国癌症联合委员会(AJCC)第8版乳腺癌分期：患者病理分期范围Tis-3N0-3M0，两组患者病理分组差异无统计学意义(P＞0.05)。入组标准：①对呼吸门控无恐惧心理。②患侧上肢经训练后上抬外展充分。③屏气时间≥30 s。④无呼吸系统疾病史。排除标准：①哮喘、支气管炎等肺部疾病史。②患者无法配合设备进行呼吸训练。③经训练后患侧上活动仍受限。
2、体位固定及CT模拟定位模拟定位前进行屏气训练，屏气时间＞30 s。ABC与Catalyst 2组均使用真空垫固定体位，双手上举置于头顶。铅丝标记患侧胸壁照射范围，CT外置激光灯标记靶区中心，贴铅点。2种呼吸门控均采用患者最大吸气量的80%作为屏气阈值，CT为德国西门子SOMATOM Definition AS 64排大孔径CT模拟机。扫描范围包括整个胸壁至乳腺皮肤褶皱下7 cm，锁骨上淋巴转移者上界为下颌骨下缘、环状软骨水平，层厚5 mm。2组患者采集自由呼吸(free breath, FB)和DIBH 2套CT图像，图像传至MONACO 5.1物理工作站。
3、靶区勾画与计划设计2组患者由同一医师采用瑞典医科达公司的MONACO 5.0计划系统进行靶区和危及器官勾画，上级主任医师审核。由同一物理师进行计划设计，2组计划靶区和危及器官剂量参数设置一致。
(1) 计划设计：Axesse直线加速器，6 MV X射线，剂量率600 MU/min，蒙特卡罗算法，计算网格0.2 cm。2组患者计划均采用四野，1野与2野选择包含肺组织最少的切线方向入射；3野与4野在1野和2野角度的基础上改变20°，机头铅门方向调整为与靶区长轴一致。锁骨上区淋巴结转移患者采用3野照射，机架角度分别为330°、0°及30°(图 1)。
|
图 1 IMRT计划胸壁及锁骨上区照射野分布 A.1、2射野入射方向; B.3、4野入射方向; C.锁骨上区1、2、3野入射方向; D.铅门长轴方向 Figure 1 Distribution of radiation beams in the chest wall and supraclavicular region of IMRT plans A. Incident directions in radiation fields 1 and 2; B. Incident directions in radiation fields 3 and 4; C. Incident directions in radiation fields 1, 2, and 3 of the supraclavicular region; D. The long axis direction of the lead gate |
(2) 胸壁靶区(planning target volume of chest wall, PTV_CW)的处方剂量：4 050 cGy，270 cGy/次，15次。ABC与Catalyst呼吸门控组锁骨上靶区(planning target volume of supraclavicular, PTV_SU) 患者病例数不一致，不纳入本研究数据统计。
(3) 危及器官剂量参数限值：患侧肺V5＜50%、V20＜20%、V30＜18%(分别为5、20、30 Gy剂量的体积)；心脏Dmean＜5 Gy，D2%(分别为心脏平均剂量和2%心脏体积的照射剂量)在不影响靶区剂量分布前提下限制到最小值；冠状动脉左前降支(left anterior descending coronary artery, LAD)Dmean、Dmax(LAD接受到的最大照射剂量)及D2%在不影响靶区剂量分布前提下限制到最小；对侧乳腺V5＜1%。
(4) 心脏胸壁间距离(heart chest wall distance, HCWD)：以心脏外侧缘作一条平行于靶区切线野内界的切线，在切线与心脏外侧缘切点处作垂线，垂线与胸壁内侧的交点与切点的距离即为心脏至胸壁间的最大距离[9]。
| $ \Delta \text {Volume}=\text {Volume}_{\text{DIвH}}-\text{Volume }_{\mathrm{FB}} $ | (1) |
式中，VolumeDIBH、VolumeFB为医师在MONACO计划系统在DIBH和FB 2套CT图像分别勾画的患侧肺野，物理计划工作站根据勾画肺野生成体积参数。
4、统计学处理采用SPSS 26.0软件对数据进行分析。数据服从正态分布采用配对样本t检验，连续变量以x ± s表示，非正态分布数据采用非参数Wilcoxon秩和检验，以M(Q1, Q3)表示。P＜0.05为差异有统计学意义。
结果 1、靶区剂量学差异表 1中ABC与Catalyst 2组呼吸门控的D90%、D98%、Dmax、Dmean方面剂量参数差异没有统计学意义(P＞0.05)。ABC与Catalyst呼吸门控组DIBH模式下IMRT计划的均匀性(homogeneity index, HI)和适形度(conformity index, CI)参数差异无统计学意义(P＞0.05)。DIBH模式下IMRT计划Axesse加速器出束跳数(monitor unit，MU)为787.59(656.73，1 209.67)vs. 790.09(724.72，1 156.47)MU，差异无统计学意义(P＞0.05)。
|
表 1 ABC与Catalyst呼吸门控组IMRT计划PTV_CW剂量参数[x ± s/M(Q1, Q3)] Table 1 PTV_ CW dosimetric parameters in IMRT plans for ABC and Catalyst respiratory gating groups [x ± s/M (Q1, Q3)] |
2、患侧肺剂量学差异
如表 2所示，2种呼吸门控下IMRT计划患侧肺V5、V20、V30、Dmean方面差异无统计学意义(P＞0.05)。ABC与Catalyst呼吸门控组患侧肺体积剂量学参数为(1 756.72±245.27)vs.(1 907.82±225.00)cm3(t=-2.36, P＜0.05)。Catalyst呼吸门控组患侧肺体积平均值比ABC呼吸门控组平均高出8.61%。ABC与Catalyst 2种呼吸门控DIBH模式下患侧肺扩大的体积ΔVolume参数为(616.96±135.53)vs.(902.39±217.23)cm3，Catalyst呼吸门控组DIBH模式下患侧肺体积变化比ABC呼吸门控组平均增大(285.69±54.44)cm3，差异有统计学意义(t=-4.04, P＜0.05)。
|
|
表 2 ABC与Catalyst呼吸门控组IMRT计划患侧肺剂量参数(x ± s) Table 2 Dosimetric parameters of the ipsilateral lung in IMRT plans for ABC and Catalyst respiratory gating groups (x ± s) |
3、心脏剂量学差异
表 3中，ABC与Catalyst呼吸门控组DIBH模式下IMRT计划心脏剂量参数V10、V30、Dmean、D2及Dmax差异均无统计学意义(P＞0.05)。ABC呼吸门控与Catalyst呼吸门控在HCWD和ΔHCWD方面差异均有统计学意义(t=-2.17、-4.06, P＜0.05)，Catalyst组比ABC平均增大(0.32±0.14)cm。
|
|
表 3 ABC与Catalyst呼吸门控组IMRT计划患侧心脏剂量参数[x ± s/M(Q1, Q3)] Table 3 Dosimetric parameters of the ipsilateral heart in IMRT plans for ABC and Catalyst respiratory gating groups [x ± s/M (Q1, Q3)] |
4、LAD剂量学差异
ABC与Catalyst 2种呼吸门控DIBH模式LAD的平均照射剂量Dmean为(1 047.72± 1 401.84) vs. (454.48±206.26)cGy(t= -2.07, P＜0.05)。Dmax方面2种呼吸门控剂量参数为(1 619.28±809.05)vs.(1 068.53±419.63)cGy (t=-3.18, P＜0.05)。LAD受照射剂量Catalyst组较ABC组平均降低550.75 cGy。D2方面的剂量参数为(1 405.85±798.30) vs.(1 016.54±592.00)cGy (t=-2.07, P＜0.05)。
5、对侧乳腺的照射剂量Dmean方面ABC与Catalyst 2种呼吸门控剂量参数为[231.90(181.20，259.66)vs.236.10(192.58，271.13)]cGy，差异无统计学意义(P＞0.05)。DIBH模式V5剂量学参数为[5.64(1.90，9.86)vs. 10.57(5.94，15.34)]cGy，差异有统计学意义(z=-2.96, P＜0.05)；ABC呼吸门组V5比Catalyst呼吸门控组平均降低42.17%。
讨论近年来，乳腺癌放疗技术的提高和设备的更新影响着乳腺癌患者靶区局部控制率和生存率[10]。大量的回顾性研究对左侧乳腺癌保乳术后放疗剂量的分析表明，DIBH模式可以显著降低心脏、LAD和患侧肺等危及器官的受照射剂量[10-13]。IMRT计划可以降低LAD底部区域剂量，在保护心脏和LAD方面起到重要作用[13-14]。随着放疗辅助设备的更新发展，多种呼吸门控辅助技术被应用到乳腺癌的治疗中，有效降低了患侧肺、心脏等危及器官的受照射剂量[14-15]。不同呼吸门控DIBH模式下动态IMRT剂量学的研究相对较少，本研究针对ABC和Catalyst 2种呼吸控进行DIBH模式下的IMRT计划设计。宁丽华[16]通过研究不同的呼吸门控DIBH模式乳腺癌靶区覆盖度与剂量学差异无统计学意义，本研究的结果与其一致。
Santos等[17]研究结果表明，患侧肺V5受照射体积是放射性肺炎的主要诱因，肺平均照射剂量超过1 000 cGy便可诱发Ⅱ级肺炎，其照射剂量是影响患者生存率的重要因素。刘洋等[11]研究表明患侧肺的V20也是造成放射性肺炎的重要因素，且存在显著相关性。本研究两种呼吸门控患侧肺的受照射体积和剂量均优于临床评价标准，能够有效保护患侧肺叶。Catalyst呼吸门控通过监测患者体表运动幅度绘呼吸制幅度曲线，ABC呼吸门控通过监测患者吸入空气体积绘制呼吸曲线，加之Catalyst呼吸门控细小的胸廓移动幅度无法被差别，导致2组呼吸门控ΔVolume出现差别。Catalyst呼吸门控系统患侧肺ΔVolume大于ABC呼吸门控组，2组患侧肺受照射剂量差异无统计学意义。Finazzi等[18]研究表明，IMRT和VMAT技术较其他照射技术虽增加了患侧肺剂量，但患侧肺的受照射剂量与其受照射体积并没有显著相关性，本研究结果与其一致。
Wollschläger等[19]研究表明，保乳术后放疗引起的心血管疾病是与放疗相关的晚期不良反应事件，其发病率随着时间推移而逐年升高。2组心脏Dmean、Dmax、D2、V10和V30等参数差异无统计学意义，但Catalyst组心脏各剂量学参数均低于ABC组，患者心脏所接受照射剂量更低。Yamauchi等[20]研究表明，不同国家地区左侧乳腺癌放疗，心脏接受到的照射剂量存在差异；亚洲国家中，日本女性乳腺癌的平均照射剂量最低(340 cGy)；乳腺腺体组织相对越小，放疗中心脏等危及器官的获益越大。Taylor等[21]报道呼吸门控DIBH模式引导下的乳腺癌切线野放疗，心脏的平均剂量可以降低到130 cGy。放疗引起的心脏缺血性疾病与心脏或LAD的平均剂量、最大剂量间的联系仍存在争论；此外，心脏的解剖结构中受剂量影响最大的结构野不明确；目前约有70%的研究集中在LAD剂量引起的心血管疾病事件上[7]。Marks等[22]研究结果表明2年内接受过放疗约40%的患者存在心脏灌注异常。尽管心血管事件的发生率与心脏、LAD照射剂量间的关联机制还不明确，但两者存在紧密联系，LAD的受照射剂量随心脏的剂量而改变。Salvestrini等[23]研究表明DIBH技术在降低心脏等器官放疗不良反应方面起着重要作用。ABC与Catalyst 2组呼吸门控LAD在Dmean、Dmax、D2方面均存在差异，由于Catalyst呼吸门控组在屏气量大于ABC组，LAD被患侧肺推移到更远的区域，因此Catalyst在保护LAD方面有显著优势。
综上，Catalyst呼吸门控心脏各参数剂量均低于ABC组，LAD方面Catalyst组受照射剂量明显低于ABC组。因此，Catalyst呼吸门控在心脏及LAD保护方面优于ABC呼吸门控。
利益冲突 所有作者声明没有相关利益冲突
作者贡献声明 史亚滨负责论文撰写及修改；陈伟思负责数据准备，协助撰写论文；徐逸负责患者评分及病理分期统计；李隆兴、陈洪涛负责数据核对；李子煌负责整体方案设计与论文修改
| [1] |
Siegel RL, Miller KD, Fuchs HE, et al. Cancer statistics, 2022[J]. CA Cancer J Clin, 2022, 72(1): 7-33. DOI:10.3322/caac.21708 |
| [2] |
胡皓, 李敏儿, 肖光莉. 深吸气屏气技术在左侧乳腺癌术后放疗中的应用(附41例)[J]. 现代肿瘤医学, 2020, 28(13): 2318-2322. Hu H, Li ME, Xiao GL. Implementing deep inspiration breath hold(DIBH)in clinical practice: A dosim-etric comparison for left－sided breast cancer(41 cases)[J]. J Mod Oncol, 2020, 28(13): 2318-2322. DOI:10.3969/j.issn.1672-4992.2020.13.030 |
| [3] |
Wang W, Purdie TG, Rahman M, et al. Rapid automated treatment planning process to select breast cancer patients for active breathing control to achieve cardiac dose reduction[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2012, 82(1): 386-393. DOI:10.1016/j.ijrobp.2010.09.026 |
| [4] |
Henson KE, McGale P, Darby SC, et al. Cardiac mortality after radiotherapy, chemotherapy and endocrine therapy for breast cancer: Cohort study of 2 million women from 57 cancer registries in 22 countries[J]. Int J Cancer, 2020, 147(5): 1437-1449. DOI:10.1002/ijc.32908 |
| [5] |
Mast ME, van Kempen-Harteveld L, Heijenbrok MW, et al. Left-sided breast cancer radiotherapy with and without breath-hold: does IMRT reduce the cardiac dose even further?[J]. Radiother Oncol, 2013, 108(2): 248-253. DOI:10.1016/j.radonc.2013.07.017 |
| [6] |
Lai J, Hu S, Luo Y, et al. Meta-analysis of deep inspiration breath hold (DIBH) versus free breathing (FB) in postoperative radiotherapy for left-side breast cancer[J]. Breast Cancer, 2020, 27(2): 299-307. DOI:10.1007/s12282-019-01023-9 |
| [7] |
Joo JH, Kim SS, Ahn SD, et al. Cardiac dose reduction during tangential breast irradiation using deep inspiration breath hold: a dose comparison study based on deformable image registration[J]. Radiat Oncol, 2015, 10: 264. DOI:10.1186/s13014-015-0573-7 |
| [8] |
Wolf J, Stoller S, Lübke J, et al. Deep inspiration breath-hold radiation therapy in left-sided breast cancer patients: a single-institution retrospective dosimetric analysis of organs at risk doses[J]. Strahlenther Onkol, 2023, 199(4): 379-388. DOI:10.1007/s00066-022-01998-z |
| [9] |
王升晔, 杜向慧, 白雪, 等. 左侧乳腺癌改良根治术后切线野放疗中心脏最大距离预测心脏剂量探讨[J]. 中华放射肿瘤学杂志, 2015, 24(2): 180-183. Wang SY, Du XH, Bai X, et al. Use of maximum heart distance to evaluate heart dosimetry for tangential field radiotherapy in left-sided breast cancer after modified radical mastectomy[J]. Chin J Radiat Oncol, 2015, 24(2): 180-183. DOI:10.3760/cma.j.issn.1004-4221.2015.02.018 |
| [10] |
Gaál S, Kahán Z, Paczona V, et al. Deep-inspirational breath-hold (DIBH) technique in left-sided breast cancer: various aspects of clinical utility[J]. Radiat Oncol, 2021, 16(1): 89. DOI:10.1186/s13014-021-01816-3 |
| [11] |
刘洋, 冯革, 张振勇, 等. VMAT和IMRT在早期右侧乳腺癌保乳术后放射治疗中的比较剂量学研究[J]. 现代肿瘤医学, 2020, 28(12): 2117-2122. Liu Y, Feng G, Zhang ZY, et al. Comparative dosimetric study of VMAT and IMRT in radiation therapy for early right breast cancer after breast conserving surgery[J]. J Mod Oncol, 2020, 28(12): 2117-2122. DOI:10.3969/j.issn.1672-4992.2020.12.027 |
| [12] |
Jo IY, Kay CS, Kim JY, et al. Significance of low-dose radiation distribution in development of radiation pneumonitis after helical-tomotherapy-based hypofractionated radiotherapy for pulmonary metastases[J]. J Radiat Res, 2014, 55(1): 105-112. DOI:10.1093/jrr/rrt080 |
| [13] |
Simonetto C, Eidemüller M, Gaasch A, et al. Does deep inspiration breath-hold prolong life? Individual risk estimates of ischaemic heart disease after breast cancer radiotherapy[J]. Radiother Oncol, 2019, 131: 202-207. DOI:10.1016/j.radonc.2018.07.024 |
| [14] |
Lu Y, Yang D, Zhang X, et al. Comparison of deep inspiration breath hold versus free breathing in radiotherapy for left sided breast cancer[J]. Front Oncol, 2022, 12: 845037. DOI:10.3389/fonc.2022.845037 |
| [15] |
Chen H, Piao Y, Yang D, et al. The effect of respiratory capacity for dose sparing in left-sided breast cancer irradiation with active breathing coordinator technique[J]. Front Oncol, 2022, 12: 989220. DOI:10.3389/fonc.2022.989220 |
| [16] |
宁丽华. 不同呼吸门控技术对早期左侧乳腺癌保乳术后调强放疗的剂量学影响[D]. 衡阳: 南华大学, 2016. DOI: CNKI:CDMD:2.1016.318637. Ning LH. impact of different gating techniques for early left side breast cancer with intensity modulated radiation therapy after breast-conserving surgey[D]. Hengyang: University of South China, 2016. DOI: CNKI:CDMD:2.1016.318637. |
| [17] |
Santos AM, Marcu LG, Wong CM, et al. Risk estimation of second primary cancers after breast radiotherapy[J]. Acta Oncol, 2016, 55(11): 1331-1337. DOI:10.1080/0284186X.2016.1185150 |
| [18] |
Finazzi T, Nguyen VT, Zimmermann F, et al. Impact of patient and treatment characteristics on heart and lung dose in adjuvant radiotherapy for left-sided breast cancer[J]. Radiat Oncol, 2019, 14(1): 153. DOI:10.1186/s13014-019-1364-3 |
| [19] |
Wollschläger D, Karle H, Stockinger M, et al. Radiation dose distribution in functional heart regions from tangential breast cancer radiotherapy[J]. Radiother Oncol, 2016, 119(1): 65-70. DOI:10.1016/j.radonc.2016.01.020 |
| [20] |
Yamauchi R, Mizuno N, Itazawa T, et al. Dosimetric evaluation of deep inspiration breath hold for left-sided breast cancer: analysis of patient-specific parameters related to heart dose reduction[J]. J Radiat Res, 2020, 61(3): 447-456. DOI:10.1093/jrr/rraa006 |
| [21] |
Taylor CW, Wang Z, Macaulay E, et al. Exposure of the heart in breast cancer radiation therapy: a systematic review of heart doses published during 2003 to 2013[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2015, 93(4): 845-853. DOI:10.1016/j.ijrobp.2015.07.2292 |
| [22] |
Marks LB, Yu X, Prosnitz RG, et al. The incidence and functional consequences of RT-associated cardiac perfusion defects[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2005, 63(1): 214-223. DOI:10.1016/j.ijrobp.2005.01.029 |
| [23] |
Salvestrini V, Iorio GC, Borghetti P, et al. The impact of modern radiotherapy on long-term cardiac sequelae in breast cancer survivor: a focus on deep inspiration breath-hold (DIBH) technique[J]. J Cancer Res Clin Oncol, 2022, 148(2): 409-417. DOI:10.1007/s00432-021-03875-1 |