乳腺癌保乳术后调强放疗影像引导技术的研究进展.pdf
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1、国际医学放射学杂志 23 Jul鸦46穴4雪:462-467乳腺癌保乳术后调强放疗影像引导技术的研究进展梁广立,杜武*,蒋胜鹏,徐利明【摘要】乳腺癌保乳术后调强放疗可出现摆位误差,由此可增加放射性损伤,引起放射性心脏病或放射性肺炎,甚至导致肿瘤控制失败。随着影像引导放疗技术()的发展,多种影像引导技术已广泛用于临床以解决放疗过程中各种摆位误差,包括二维X线影像引导、三维X线影像引导、MR影像引导、光学体表引导等技术。就多种影像引导技术在乳腺癌保乳术后调强放疗中的应用进展及优缺点作一综述。【关键词】乳腺癌保乳术;影像引导放疗技术;调强放疗;摆位误差中图分类号:R737.9;R815.6文献标志码
2、:AResearch progress on image-guided radiotherapy after breast-conserving surgery for breast cancerLIANGGuangli,DU Wu,JIANG Shengpeng,XU Liming.Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital,National ClinicalResearch Center for Cancer,Key Laboratory of Cancer Prevention and Therapy,Tianjin,
3、Tianjins Clinical Research Centerfor Cancer,Key Laboratory of Breast Cancer Prevention and Therapy,Tianjin Medical University,Ministry of Education,Tianjin 300060,China.Corresponding author:XU Liming,E-mail:【Abstract】Intensity-modulated radiotherapy(IMRT)following breast-conserving surgery can be as
4、sociated withpositional errors that may increase the risk of radiation-induced complications such as radiation heart disease,radiationpneumonia,and compromised tumor control.To address these challenges,image-guided radiotherapy technology(IGRT)hasbeen developed and various image guidance techniques
5、have been implemented in clinical practice.These techniquesinclude 2D X-ray image guidance,3D X-ray image guidance,MR image guidance,optical body guidance,and otherapproaches.We reviews the progress,advantages,and limitations of these image-guided techniques in the application ofIMRT after breast-co
6、nserving surgery for breast cancer.【Keywords】Breast conserving surgery;Image guided radiotherapy;Intensity modulated radiotherapy;Setup error ,23,46(4):462-467作者单位:天津医科大学肿瘤医院,国家恶性肿瘤临床医学研究中心,天津市肿瘤防治重点实验室,天津市恶性肿瘤临床医学研究中心,乳腺癌防治教育部重点实验室,天津300060通信作者:徐利明,E-mail:*审校者基金项目:中华国际医学交流基金会肿瘤精准放疗星火计划()DOI:10.1930
7、0/j.2023.Z20065综述放射治疗学乳腺癌是国内外最常见的女性恶性肿瘤之一,发病率较高且在女性癌症死亡率中占比达15%1。手术、放疗和化疗是当前乳腺癌治疗的3种主要方式。目前,乳腺癌保乳术治疗尚不能完全避免肿瘤复发,术后行放射治疗可以显著降低复发率。保乳术后肿瘤复发多发生在肿瘤切缘附近,术后行调强放疗能够提高局部控制率,降低复发,可有效提高病人的总生存率2。放疗时肿瘤靶区照射位置的精确度和剂量分布是决定放疗效果的主要因素。放疗过程中病人不自主移动或体位固定模具的不稳定等因素可导致摆位误差较大,造成靶区照射剂量不足,从而可导致肿瘤复发3。此外,肿瘤照射位置不精确还会引起射线过多投照在靶区
8、周围正常组织或重要器官上,造成放射性肺炎、放射性心脏病等严重放射性损伤,导致病人放疗中断或终止,最终无法控制肿瘤生长。目前,临床上乳腺癌放疗主要通过各种影像引导技术对肿瘤照射位置进行验证与校对,从而保证治疗精确度,提高肿瘤局部控制率,并降低放射性肺炎及心脏损伤的发生率4。本文从乳腺癌的放疗方式及主要放射性损伤、影像引导技术及临床应用进展等方面进行综述。1乳腺癌放疗方式及常见放射性损伤1.1乳腺癌放疗方式乳腺癌的放疗方式种类繁多,各有优势和不足。随着计算机技术和影像信息462国际医学放射学杂志 23 Jul鸦46穴4雪技术的进步,从传统的二维楔形板放疗、三维适形放射治疗(three-dimens
9、ional conformal radiation therapy,3D-CRT),发展到调强适形放射治疗(intensity-modulated radiation therapy,IMRT)、容积弧形调强放射治疗(volumetric intensity modulated arc therapy,VMAT)、质子束治疗(proton beam therapy,PBT)等,技术的迭代使得放疗靶区剂量分布的均匀性显著提高,放射性损伤进一步降低4。1.2常见放射性损伤乳腺癌放疗后常会引起放射性心脏病和放射性肺炎,主要原因是放疗时摆位误差较大,心脏和肺受到过多射线照射,从而引起放射性损伤。心脏毒
10、性反应随着心脏平均受照剂量而增加,但尚未有明确的照射剂量阈值限制5。Hamood等6对乳腺癌放疗病人进行5年和13年的随访研究,分别有21.52%、33.6%的病人发生了心脏疾病。由于乳腺解剖位置的关系,左侧乳腺癌放疗后的心脏损伤风险高于右侧。研究7发现左侧乳腺癌病人放疗时心脏的平均受照剂量每增加1 Gy,其晚期心血管疾病的发生率会提高7.4%,甚至可达到19%。Lee等8也指出放射治疗相关的心脏疾病已成为胸部肿瘤病人发生非肿瘤性死亡的主要原因之一。Xiao等9发现左侧乳腺癌放疗时靶区摆位误差大小对心脏照射剂量的影响较为明显,随着摆位误差的增大,心脏平均受照剂量从()cGy增加至()Gy。因此
11、,在放射治疗中应及时发现并校正靶区的摆位误差,可最大程度减少心脏受照剂量,降低远期心脏放射性损伤发生风险。放射性肺炎同样也是乳腺癌放疗最常见的放射性损伤。放疗时患侧肺的受照体积(V)和累积照射剂量(D)决定了其损伤程度。若乳腺癌放疗时摆位误差较大,会导致射线高剂量区过多投照于肺,从而大幅增加放射性肺炎的发生率。Lee等10研究发现乳腺癌放射性肺损伤发生率为2%3%。Karlsen等11指出肺的平均照射剂量和照射剂量为20 Gy的肺体积(V20)增加时,急性肺损伤风险也会增加,且易增加肺纤维化风险。Yakar等12同样发现,与放射性肺炎密切相关的主要参数为总共接受5 Gy照射剂量的肺体积(V5)
12、、患侧肺最大照射剂量(Dmax)、健侧肺Dmax、全肺Dmax等。近年来,国内外各放疗中心的乳腺放疗主要通过影像引导校正来减小摆位误差13。Lai等14在减小放射性肺炎方面做出新的探索研究,通过采用深吸气屏气(ep inspiration breathhold,DIB)技术来降低左侧乳腺癌术后放疗时左肺的受照剂量,一定程度上减小了发生急性肺损伤的风险。综上,在放射治疗中应尽最大程度减小危及器官和组织的受照剂量,降低远期放射性肺炎的发生风险。2乳腺癌放疗摆位误差乳腺癌放疗摆位误差是指在CT模拟定位时的位置与治疗实际位置的差异,放疗前准确评估并减小摆位误差尤为重要。引起摆位误差的原因较多,主要包括
13、病人年龄、体质量指数(BMI)、乳腺腺体轮廓、定位固定方式、呼吸运动、单次治疗用时等方面。研究15发现年龄60岁且BMI24 kg/m2的乳腺癌病人摆位误差明显大于60岁且BMI24 kg/m2的病人。Meyer等16研究发现在摆位过程中乳腺轮廓形变角度每改变1,摆位误差可达到2.12.3 mm,最大形变角度和摆位误差可达7和16 mm。由于摆位误差的客观存在,为了减小照射时靶区脱靶的概率,临床医生常需要增加计划靶区(planning targetvolume,PTV)外放值来抵消摆位误差导致的靶区照射剂量不足,但增加PTV外放值的同时会增加危及器官的受照体积和照射剂量,从而增大了危及器官放疗
14、损伤的概率。Shen等17研究发现乳腺癌放疗时采用130 cm大尺寸自制真空垫固定后,摆位误差在左右、头脚、前后这3个方向分别为0.24、0.23、0.22 cm,而小尺寸真空垫固定的摆位误差分别为0.39、0.51、0.48 cm,2种固定方式下PTV外放范围大小分别为、m,可见稳定可靠的体位固定能有效减小摆位误差。Liao等18在乳腺癌调强计划中逆向导入左右、前后方向摆位误差来评估剂量学改变,结果显示摆位误差10 mm时肿瘤临床靶区(clinical target volume,CTV)的95%靶区体积照射剂量(D95)、98%靶区体积照射剂量(D98)和靶区平均照射剂量(Dm)分别减少了
15、12.8%、18.0%和2.9%,5 mm时分别减少了3.2%、5.2%和0.9%,3 mm时分别减少了1.0%、1.7%和0.6%,提示摆位误差对靶区剂量的影响不容忽视。乳腺癌保乳术后需多次行调强放疗,随着治疗次数增加及时间推移,病人往往会出现体质量变化,部分病人患侧乳腺软组织可发生放射性炎症性改变、血清肿退缩等,从而引起治疗靶区变形。Alderliesten等19研究发现早期乳腺癌保乳术后,病人在全乳放疗过程中血清肿体积可能会明显减少,若依据放疗前全乳CT影像中的血清肿大小来勾画瘤床照射靶区,则会增大射线照射范围。因此,在463国际医学放射学杂志 23 Jul鸦46穴4雪放疗期间应考虑到照
16、射靶区体积会发生变化,靶区和周围正常组织受照剂量也会受到一定程度影响。此外,呼吸运动对摆位误差的影响不容忽视。Hirata等20指出可采用主动呼吸控制和DIBH等技术控制呼吸运动来辅助放疗,进而减小摆位误差。靶区周围正常组织间相对位置的移动会引起剂量偏差,进而影响最终照射的精确性。Hoekstra等21研究分析了单次治疗用时对摆位误差的影响,结果显示8 min以内的摆位误差在0.6 mm以内,30 min时增加至2 mm,PTV外放需要由 mm增加至2.5 mm来减少摆位误差,避免照射脱靶风险。3常用影像引导方法针对放疗过程中存在的各种摆位误差,目前最有效的解决办法是采用影像引导放疗技术(ag
17、eguided radiation therap,)。国内外各放疗中心已广泛应用的影像引导方法主要包括二维X线影像引导、三维X线影像引导、MR影像引导、光学体表引导、实时影像跟踪等技术,每种影像引导技术各有优缺点。3.1二维X线影像引导技术二维X线影像引导技 术 是 指kV级 或MV级 电 子 射 野 影 像 系 统(ectronic portal imaging devic,P),主要在早期放疗直线加速器上使用,通过0和90采集病人正交体位影像,与放疗计划系统生成的数字重建影像相对比,在二维层面上分析病人肿瘤靶区摆位误差并进行校正。EPID成像具有价格低廉、操作简单、采集时间短、辐射剂量低等
18、优势,在临床上得到一定程度的应用。MV级EPID与kV级EPID相比,成像能量较高,在辐射剂量、影像分辨率、信噪比均不如kV级EPID,主要在早期调强放疗设备上装备,目前临床应用极少22。当前kV级EPID临床应用较为广泛。Jones等23对3 775幅乳腺癌EPID影像分析,发现分次间胸壁摆位误差明显高于分次内,但平均摆位误差均可控制在5 mm以内,认为EPID可有效减少摆位误差。此外,Ono等24利用EPID监测采用DIBH技术进行放疗的25例左侧乳腺癌病人胸壁摆位误差,结果显示胸壁前后方向摆位误差为 mm,PTV外放可缩小至3.59 mm。De Boer等25基于EPID研究504例乳腺
19、癌病人摆位误差,发现左侧病灶和右侧病灶摆位误差间差异无统计学意义。EPID在乳腺癌保乳术后放疗影像引导应用中也存在一定的不足,如无法清晰地显示软组织。EPID在头部或腹盆部等骨性结构简单、相对固定的区域运用较多且结果较为可靠,在呼吸幅度影响较大且骨性结构叠加较多的胸部成像效果欠佳。为弥补乳腺成像的不足,有研究者26通过在乳腺周围放置多个“铅点”构建肿瘤靶区刚性对比区域,利用kV级EPID进行靶区位置校验,结果显示在左右、腹背、头脚方向的摆位误差校正前为(51)、()、(),校正后为()、()、(),由于摆位误差的减小可以缩小PTV的外放范围,进而减小了肿瘤周围正常组织和器官的受照体积,降低了相
20、关放疗放射性损伤的发生率。董芳芬等27在拟照射胸壁皮肤较平坦处粘贴3个铅点标记,利用iSCOUT影像引导定位系统结合胸骨位置影像获得了清晰的乳腺靶区位置信息。操作只需数十秒,照射剂量为0.21.0 mGy,该方法具有影像配准快速准确,且病人接受的额外辐射剂量较低。相关研究21也进一步证实单次正交EPID成像照射剂量约为0.01 cGy。3.2三维X线影像引导技术三维X线影像引导技术包括kV级锥形束C(-cone beam CT,kV-)、级扇形束(,)。此类技术通过采集多幅二维投影影像进行重建,生成三维结构影像,能清晰显示组织或器官的三维结构,密度分辨率较高,操作便捷,目前在临床上广泛应用。k
21、V-CBCT临床应用优势明显,扫描成像清晰并具有较高的密度分辨力,尤其在软组织器官方面,清晰度优于传统的EPID成像,在线校正的几何精度可达1 mm。CBCT是目前乳腺癌放疗常规影像引导技术方法,分次放疗过程中放疗技师在线采集的验证影像与CT影像进行配准,利用骨性标记、手术银夹、特殊器官结构等对靶区位置进行验证,然后校准摆位误差。Xiao等9对597次乳腺癌CBCT影像分析,摆位误差在上下、前后和左右方向大小分别为()、()和(),外放范围分别为0.63、0.88、1.10 cm,提示CBCT的应用能有效减小摆位误差。Fu等28基于CBCT技术研究发现乳腺癌俯卧位固定比仰卧位固定摆位误差和旋转
22、误差均变大,可能与俯卧位病人的乳腺体积比较大有关。艾秀清等29研究报道乳腺癌保乳术后调强放射治疗中自动灰度配准结合手动骨性标志配准在左右、头脚方向的配准精度和稳定性均优于自动灰度配准及自动骨性标志配准,更有助于临床上精确放疗的实现。临床上基于瘤床内置银夹464国际医学放射学杂志 23 Jul鸦46穴4雪的影像引导摆位误差校正应用存在争论,尚需多中心、大样本临床数据进一步验证。此外,CBCT与诊断级CT相比,影像分辨率还存在较大差距,同时还存在扫描时间较长,成像辐射剂量较高等缺点。Cazoulat等30研究显示乳腺癌病人每次放疗前行CBCT扫描,乳腺照射剂量为1.723.2 mGy,而心脏和肺的
23、受照剂量为0.4 1.6 mGy和0.822.8 mGy,增加了心脏、肺等重要器官的放射性损伤风险。对于CBCT的使用频率,目前也存在不同观点。Borm等31研究CBCT使用频率对靶区覆盖率和危及器官照射剂量的影响,结果显示每周1次与每日1次CBCT在靶区覆盖率和危及器官的照射剂量均增大,但不推荐必须执行每日1次CBCT。Junker等32计算了45例乳腺癌病人放疗前3次CBCT的平均和最大摆位误差,并分析其与后续治疗平均摆位误差的相关性,三者间未见明显的相关性;但前3次CBCT平均和最大摆位误差与肿瘤靶区和危及器官的剂量呈低度相关。由此可见,CBCT的使用频率不宜由前3次的摆位误差决定,为保
24、证整个放疗周期靶区位置的精确度,后续放疗分次间应继续行CBCT监测,CBCT频率可减少至每周1次。MVCT是采用螺旋断层扫描的方式重建靶区三维结构,射线源采用加速器MV级X射线,主要在螺旋断层放疗中应用。Huang等33报道了仿真人体模型每日的MVCT(6 MV)的吸收剂量为84.5 mGy,因此认为临床治疗时,病人整个疗程中受到的额外辐照剂量尤其需要重视。Mayorov等34利用MVCT对乳腺癌病人螺旋断层放疗摆位误差进行监测,结果发现87%的摆位误差5 mm,监测到的最大摆位误差为1.5 cm,MVCT的应用能及时发现并校正摆位误差。Inan等35研究认为MVCT可以辅助螺旋断层放疗技术减
25、小乳腺癌病人的放射性损伤,经21个月(1128.5个月)的中位随访后发现局部复发率约为1%。但与CBCT相比,MVCT成像剂量、影像分辨率、信噪比等方面处于劣势。3.3MR影像引导技术MR影像引导放疗(Rguided radiotherapy,MRgR)技术具有无电离辐射、软组织分辨力高等优势,被用于临床放射治疗。Price等36基于机载1.5 T MR放疗加速器对67例乳腺癌病人摆位误差分析,结果显示在左右、前后、上下方向的摆位误差分别为()、()、(),靶区覆盖百分比为(),提示MRgRT在乳腺癌立体定向放疗中是安全可靠的。由于MRgRT可以对软组织清晰成像,因此可以实时连续观察肿瘤的运动
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