基于锥形束CT 的深吸气屏气技术在左侧乳腺癌患者放射治疗危及器官保护中的应用

蒋明华，王朵朵，刘雅恬，高瀚，吴建峰（通信作者）

南京医科大学附属肿瘤医院·江苏省肿瘤医院·江苏省肿瘤防治研究所 （江苏 南京210009）

放射治疗是一种用于乳腺癌的辅助治疗方法[1]。接受全乳放射治疗患者的心脏性死亡发生率比单纯手术治疗高1.7 倍[2]，且主要冠状动脉事件发生率与心脏平均受照射剂量呈线性增加（7.4%/Gy）[3]。Grantzau 等[4]研究表明，乳腺癌治疗后5 年或更长时间，患者被诊断为第二原发性肺癌的相对风险以8.5%/Gy 的比例增加。相关研究认为，深吸气屏气（deep inspiration breath hold，DIBH）是一种有效的运动管理技术，可在左侧乳腺癌患者的放射治疗中降低心脏和肺的受照射剂量[5-8]。但采用DIBH技术采集定位CT 图像时，患者常由于紧张或过度追求屏气量最大化而不由自主地抬高背部，导致实际治疗时的肺轮廓与定位CT 不一致，从而导致危及器官的受照射剂量与放射治疗计划不一致。本研究通过比较患者治疗前采集的锥形束CT（cone beam computed tomography，CBCT）图像与定位CT 图像上的肺轮廓，探讨基于CBCT 的DIBH 技术在左侧乳腺癌患者放射治疗危及器官保护中的应用价值，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析2019 年1 月至2022 年10 月于我院采用DIBH 技术行放射治疗的46 例左侧乳腺癌患者的临床资料。46 例患者均为女性，年龄30～68 岁，中位年龄45 岁。

1.2 定位CT 扫描

定位CT 扫描前2 天，由主管医师指导患者进行DIBH 训练。定位CT 扫描前由物理师评估患者DIBH 的稳定性、重复性和屏气时间是否符合以下要求：稳定性要求体表呼吸曲线下降<5 mm、重复性要求屏气量同一水平能够连续复现5 个周期及以上，屏气时间要求大于定位CT 扫描时间。患者DIBH 满足以上要求后，采用西门子大孔径CT 和瓦里安呼吸运动管理系统（real-time position management，RPM）获取DIBH 状态下的增强CT 图像。

1.3 靶区勾画及计划设计

将患者的定位CT图像传至瓦里安Eclipse 15.5治疗计划系统，由主任医师或高年资带组副主任医师勾画靶区和危及器官，由物理师设计调强适形放射治疗（intensity-modulated radiation therapy，IMRT）或容积弧形调强放射治疗（volumetric intensity modulated arc therapy，VMAT）计划，计划采用6 MV FFF能量模式，使用瓦里安VitalBeam 或TureBeam 直线加速器进行治疗。计划处方为计划靶区（planning target volume，PTV）4 680～5 040 cGy/25 次，肿瘤靶区（gross target volume，GTV） 5 600～6 020 cGy/25 次。

1.4 治疗前CBCT 扫描

所有患者均采用DIBH 技术完成25 次放射治疗。治疗前由同一组（2 名）治疗师摆位，采用瓦里安VitalBeam 或TureBeam 直线加速器机载千伏级CBCT 获取CBCT 图像，由高年资治疗师在线行CBCT 与定位CT 的图像配准，配准原则以靶区为主。本研究所有患者的CBCT 扫描频率为1 次/d。

1.5 治疗前CBCT 和定位CT 肺轮廓比较

由于直线加速器机载CBCT 扫描范围有限，无法获取全肺图像，因此选择患者胸骨角水平横断面和胸骨体与剑突交界处横断面比较CBCT 和定位CT 图像上的肺轮廓。分别以胸骨角水平横断面和胸骨体与剑突交界处横断面左肺近背侧最下点处为起点，作垂直床板垂线与近腹侧边界交界处为终点，利用瓦里安Eclipse 15.5 治疗计划系统的标尺和毫米方格线测量起点与终点的距离，分别记为HL 和FL。取患者奇次CBCT 与定位CT 图像进行比较，第n次治疗的差异用ΔHLn和ΔFLn表示，计算公式如下：

所有数据测量均由1 名医师和1 名物理师完成，意见不统一时请第3 位研究者共同讨论得出数据，以消除数据采集的组间差异。

2 结果

46 例患者共进行552 次CBCT 扫描。其中，CBCT 胸骨角水平横断面肺轮廓大于定位CT 432 次（占78.26%），小于定位CT 120 次（占21.74%），且120 次中5 次差异大于呼吸门控阈值（占0.91%）；CBCT 胸骨体与剑突交界处横断面肺轮廓大于定位CT 428 次（占77.54%），小于定位CT 124 次（占22.46%），且124 次中10 次差异大于呼吸门控阈值（占1.81%），见表1。

表1 46 例患者552 次CBCT 与定位CT 图像的肺轮廓差异（次）

46 例患者中，ΔHLn<0 次数超过9 次的2 例（占4.35%），ΔFLn<0 次数超过9 次的2 例（占4.35%）；ΔHLn<0 次数超过6 次（包括6 次）的7 例（占15.22%），ΔFLn<0 次数超过6 次（包括6 次）的6 例（占13.04%）；ΔHLn<0 次数不超过3 次的38 例（占82.61%），ΔFLn<0 次数不超过3 次的32 例（占69.57%）。

所有ΔHLn<0 和（或）ΔFLn<0 次数超过6 次（包括6 次）的患者中，仅患者18 和患者29 的ΔHLn均值超过呼吸门控阈值；另外，其他ΔHLn<0和（或）ΔFLn<0 的患者中，患者9 的ΔHLn均值和ΔFLn均值均超过呼吸门控阈值，患者38 的ΔHLn均值超过呼吸门控阈值，见表2。

表2 差异均值超过呼吸门控阈值的患者分布

3 讨论

相关研究显示，DIBH 技术可以降低左侧乳腺癌患者放射治疗中心脏、左前冠状动脉降支和肺的受照射剂量，进而降低放射性心脏、肺并发症的发生风险[3-4，9-11]。本研究主要关注的危及器官是心脏和左前冠状动脉降支。

本研究共纳入46 例患者，分析了552 次CBCT图像与定位CT 图像的肺轮廓差异。由于CBCT 扫描无法采集全肺轮廓，因此本研究选择胸骨角水平横断面作为肺上部层面、胸骨体与剑突交界处横断面作为肺下部层面来进行肺轮廓的比较，减少了因头角方向旋转导致肺上、下部轮廓与定位CT 不一致而引入的肺轮廓比较误差。此外，本研究所有数据均由固定人员在相同层面使用相同工具按照相同测量原则进行采集，采集结果存在差异时引入第三方讨论后确定实际测量值，减少了人为测量误差。

本研究结果显示，两个层面肺轮廓CBCT 大于定位CT 的占比分别为78.26%和 77.54%，小于定位CT 的占比分别为21.74%和22.46%。CBCT 肺轮廓大于定位CT 表明实际治疗时患者心脏和左前冠状动脉降支与靶区的距离大于定位CT 扫描时，可对心脏和左前冠状动脉降支起到积极保护作用；反之则说明无法有效保护心脏和左前冠状动脉降支。本研究主要关注CBCT肺轮廓小于定位CT的情况。两个层面肺轮廓CBCT 小于定位CT 时，两者差异大于呼吸门控阈值的占比分为0.91%和1.81%，且随机分布于46 例患者中；其中患者3 和患者18 所占次数最多，均为2 次，分别占16.7%。本研究约80%的治疗分次对心脏的保护与放射治疗计划一致性高，与Dunkerley 等[9]研究结果相似，该研究发现80%CBCT 实际心脏平均剂量与放射治疗计划心脏平均剂量的差值较小。

本研究结果显示，46 例患者中，ΔHLn<0、ΔFLn<0 次数超过9 次的占比均为4.35%，超过6 次（包括6 次）占比分别为15.22%和13.04%，不超过3 次的占比分别为82.61%和69.57%。以上结果表明，多数患者实际治疗时心脏和左前冠状动脉降支得到有效保护，少数患者存在心脏和左前冠状动脉降支保护未完全达到放射治疗计划水平的情况，可能与患者在定位CT 扫描时过度追求屏气量最大化导致治疗时屏气阈值重复性下降有关，也可能与CBCT 扫描时屏气量恰好位于呼吸门控阈值下限导致肺轮廓变小有关，具体原因还需进一步探讨。同理，CBCT 扫描时屏气量位于呼吸门控阈值上限时，会导致CBCT 肺轮廓大于定位CT。

本研究结果显示，仅1.81%的CBCT 可能存在心脏和左前冠状动脉降支保护未能完全达到放射治疗计划水平，相对总的治疗分次影响不大，总的来说，左侧乳腺癌患者经训练合格后基于RPM 呼吸运动管理系统使用DIBH 技术行放射治疗时，保护心脏和左前冠状动脉降支与放疗计划比较是准确的，与McIntosh 等[12]和Mulliez 等[13]的研究结果相似。

综上所述，采用基于CBCT 的DIBH 技术行左侧乳腺癌放射治疗时，治疗前CBCT 肺轮廓多数大于定位CT，而在小于定位CT 的治疗分次中，相差大于呼吸门控阈值的占比小于2%。因此，基于CBCT 的DIBH 技术对患者危及器官的保护准确性较高。但本研究受CBCT 扫描范围所限，无法完全获得全肺轮廓，因此未对肺受照剂量的准确性进行研究，后续研究将予以考虑。此外，本研究未发现肺轮廓的变化与患者之间的相关性，这可能与样本量不足有关，后续研究将扩大样本量探讨影响患者肺轮廓改变的因素，以寻找适宜人群并建立呼吸训练指标。