肺癌放療中的呼吸運動問題解決對策

王 強，葉 濤，陳宏林，章龍珍

肺癌放療中的呼吸運動問題解決對策

王 強，葉 濤，陳宏林，章龍珍

目的：研究一種個體化的定位及靶區(qū)確定方法，解決肺癌放療中準確包全腫瘤及相對減少肺損傷的矛盾問題。方法：選擇30例肺癌患者，先予以體位固定，熱塑體膜塑型，帶膜在X線模擬定位機下觀察測量呼吸時腫瘤的上下運動數據，之后帶膜在CT模擬定位機下分別于平靜吸氣末、平靜呼氣末均屏氣CT掃描全肺，圖像資料傳至Prowess工作站。由一位經驗豐富的醫(yī)師在吸氣末圖像上勾畫腫瘤靶區(qū)（gross target volume，GTV）后，主要以預先測量的個體化呼吸動度外放形成內靶區(qū)（internal target volume，ITV）。其他程序按常規(guī)方法進行。結果：實驗組的方法可減少ITV、計劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）的體積，并且使雙肺V20減少，最終減輕放射性損傷。結論：該方法既能滿意地包全呼吸運動中的腫瘤，又能減少正常組織照射受量，適用于沒有4DCT的基層醫(yī)院，不需要額外增加人員及設備，值得推廣。

腫瘤放療；呼吸運動；解決對策

0 引言

肺癌是世界范圍內最為常見的惡性腫瘤之一。肺癌需要綜合治療，放射療法是治療肺癌的主要手段之一。以往的放療設備和技術落后，并且無客觀劑量分布曲線，相關的放療損傷抵消了放療對生存的獲益，一度使放療在肺癌治療中的地位較低。近幾年來，調強放療的出現使我們能夠針對病變按要求對靶區(qū)形狀及劑量分布進行調整，肺癌單純放療及術后放療的療效正在逐漸被認可，其療效與劑量呈正相關。在實際臨床工作中，由于不同研究所用的分級標準和治療方案不一，有報道稱發(fā)生于放療后的急性放射性肺損傷的發(fā)生率為13%～44%[1]，它是影響放療療效的主要劑量限制性因素。胸部呼吸運動的特殊性以及心肺重要臟器的耐受性問題，使放療醫(yī)師們一直在最大程度地殺滅腫瘤與最小程度地引起正常組織的放療損傷之間摸索著。目前通常做法是在腫瘤病灶的基礎上外放一個所謂的“標準邊緣”形成臨床靶區(qū)（clinic target volume，CTV），但是由于CT模擬定位機掃描只是取得了體內腫瘤和正常危及器官運動的瞬間圖像，而且不同患者的呼吸運動是不一樣的，即使同一患者不同呼吸之間也會變異。因此現已有研究證實這種方法既會造成腫瘤遺漏，又會讓正常組織受到不必要的照射[2-3]。目前，針對這方面問題的解決方法有主動呼吸控制（active breath control，ABC）技術、呼吸門控技術、4DCT、慢CT等，但所有的這些控制技術，都需要相應的設備，過程比較復雜，需要更多的時間和人力投入，各有缺陷，一些方法患者不能耐受，而另一些方法國內還未能普及。故筆者在基層醫(yī)院現有的條件下設計一種可操作的實驗方法，盡量地形成個體化的CTV，以包全腫瘤又減少正常組織的放射損傷。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2011年1月至2012年6月30例經病理學或細胞學確診的肺癌患者的臨床資料，卡氏評分均＞70分。其中男性18例、女性12例；年齡31～72歲，中位年齡60歲。包括鱗癌22例，腺癌8例；中葉癌12例，下葉癌18例。

1.2 機器設備

X線三維調強適形放射治療（intensity-modulat ed rediation therapy，IMRT）使用的主要設備為德國西門子公司生產的Primuls Plus雙光子醫(yī)用直線加速器、四川成都核動力研究所生產的模擬定位機、美國Prowess公司生產的Panter放射治療計劃系統(tǒng)及相關設備和日本東芝Xpress螺旋CT等。

1.3 CT定位

放療采用調強放射（IMRT）技術，將體架置于CT模擬定位機上，患者仰臥于定位體架上，雙手交叉上舉置于前額部，采用激光擺位，熱塑膜體模固定；用螺旋CT機定位掃描。于患者平靜吸氣末屏氣后與平靜呼氣末屏氣后分別掃描，層厚3 mm，掃描范圍上界至環(huán)甲膜，下界至腎上極，2套數據通過網絡傳輸至放療計劃室。計劃設計采用美國Prowess公司生產的Panter放射治療計劃系統(tǒng)。

1.4 病變運動測量

倪蓉暉等[4]研究發(fā)現，用胸腹體罩可減小呼吸所產生的器官上下（Z軸）移動的范圍，與不用體罩相比差異顯著。而肖鋒等[5]研究指出減小呼吸運動幅度，可以有效減小劑量誤差。因此在患者開始正式放療前，我們先對患者進行平靜均勻呼吸訓練以減小呼吸運動幅度。王培合等[6]通過建立預測數學模型等相關研究指出呼吸控制可減小計劃靶區(qū)（planning target volune，PTV）外擴邊界，進而減輕放射損傷。因為放療是在熱塑膜固定條件下實施的，所以我們在測量每個患者個體化的呼吸運動時是在模體固定下測量的，這樣得到的數據應該更準確。操作過程：測量前訓練患者平靜自然呼吸。開始測量后囑患者仰臥于定位體架上，雙手交叉上舉置于前額部，采用激光擺位，熱塑膜體模固定；平靜呼吸3～5 min后，前面已述呼吸運動在前后左右動度幅度及差異相對不大，而在頭腳上下方向動度較大，故我們只在模擬定位機下測量肺部病變隨呼吸在頭腳方向的動度。個別患者的不可見病灶以相近解剖區(qū)域的可見結構，如支氣管、血管影或鈣化灶為參照。

1.5 靶區(qū)設計及勾畫

具體步驟：每個患者的靶區(qū)都在吸氣末圖像上勾畫，CT參數選擇窗位-750 HU，窗寬850 HU。由同一高年資醫(yī)師勾畫正常器官和病變靶區(qū)。腫瘤靶區(qū)（gross target volume，GTV）為肺部CT肺窗可見腫物，包括邊緣密集而短的毛刺，臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV）為GTV外放6～8mm（鱗癌外放6mm，腺癌外放8mm）。包及淋巴引流區(qū)，并適當修改CTV。CTV外放形成內靶區(qū)（internal target volume，ITV）時，實驗組在四周外放0.5 cm，向上（頭部方向）外放預先測量的呼吸動度，向下（腳部方向）外放0.3 cm，形成ITV1。對照組按照常用的經典方法，四周外放0.5 cm，中葉上下均外放1 cm，下葉上下均外放1.5cm，形成ITV2。ITV1、ITV2分別均勻外放0.5cm后形成計劃靶區(qū)PTV1、PTV2，并適當修改。

分別對PTV1、PTV2制訂調強適形放射治療計劃：為了便于比較，每例患者的2個計劃的照射野數目、方向及各照射野權重一致。采用常規(guī)分割，單次劑量2 Gy，5次/周，95%PTV 60～70 Gy。采用劑量-體積直方圖（dose-volume histograms，DVH）圖進行優(yōu)化，95%等劑量線完全覆蓋PTV，正常組織限量：脊髓最大劑量＜45 Gy；食管V50＜50%，無高劑量；心臟V30＜40%，V40＜30%；雙肺V20＜28%。提交物理師行計劃設計。

1.6 靶區(qū)驗證

（1）把吸氣末CT圖像上實驗組勾畫出的最終靶區(qū)融合在呼氣末的CT圖像上，亦可以完全包及瘤體。（2）所有的電子射野影像系統(tǒng)（electronic portal imaging device，EPID）實時成像與治療計劃系統(tǒng)（treament planning system，TPS）提供的數字重建圖像（digitally reconstructed radiography，DRR）情況吻合，EPID未發(fā)現腫瘤運動到照射野外。

1.7 觀察指標

根據劑量-體積直方圖（DVH）統(tǒng)計每一例患者2個計劃的GTV、CTV、ITV、PTV、雙肺V20（V20（%）為組織接受照射劑量≥20 Gy的體積占該組織總體積的百分比）及Dmean（Dmean為組織接受的平均劑量）。

1.8 統(tǒng)計學處理

采用SPSS20.0統(tǒng)計軟件包進行分析，2個計劃觀察指標CTV、ITV、PTV、雙肺V20及Dmean組間比較采用單因素方差分析，差異顯著性采用LSD檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

從對正常組織的保護性角度來分析，實驗組的ITV、PTV均小于對照組，且P值小于0.05，差異具有統(tǒng)計學意義（見表1）。說明實驗組正常組織受照射的體積較少，放射性損傷減少，肺組織的保護性較好。

表1 實驗組和計劃組的ITV、PTV比較cm3

從對放射性肺損傷的指標來分析，實驗組肺放射性損傷的指標V20小于對照組，實驗組肺的平均放射劑量Dmean也小于對照組，且P值均小于0.05，差異具有統(tǒng)計學意義（見表2）。說明實驗組的方法可使放射性肺損傷的幾率相應減小。

表2 實驗組和計劃組的V20及肺的平均放射劑量Dmean比較

3 討論

該實驗方法的第一步是預先在模擬定位機上測量出每位患者腫瘤的個體化運動幅度。第二步是平靜吸氣末屏氣進行定位CT掃描，以使腫瘤固定在呼吸運動的一側極限位置。外放CTV形成ITV時，因為吸氣末腫瘤在頭腳方向的腳部極限位置，所以主要向頭部方向外放預先測量的呼吸動度，向腳部方向外放3 mm以包及可能存在的微小運動。同等條件下再次進行呼氣末屏氣定位CT掃描，與之前吸氣末的圖像融合，驗證之前在吸氣末圖像上勾畫靶區(qū)并按試驗方法外放得到的PTV是否可以完全覆蓋另一個運動極限（呼氣末）位置。第三步在吸氣末CT上按常規(guī)經典方法外放形成ITV、PTV，重新制作計劃，采集參數CTV、ITV、PTV、雙肺V20及Dmean，同實驗方法對應的參數進行比較分析。

眾所周知，許多情況下，放療體積內正常組織的耐受量決定了靶區(qū)可給予的最高劑量，因此縮小放射野而不遺漏腫瘤，必將有利于腫瘤控制概率（tumor control probability，TCP）的提高。胸部腫瘤的放療，尤其是精確放療需要盡可能地明確靶區(qū)，減少對正常組織的損傷，而胸部呼吸及心臟運動使得以上要求難度更大。目前我們常規(guī)做法是在GTV的基礎上外放一個所謂的“標準邊緣”形成PTV，這種均勻外放是假設腫瘤在呼吸上下運動的中間（如圖1所示），如果假設成立，這種外放是可以的。但實際上如圖2、3所示，如果掃描時腫瘤在運動的2個極端，是不需要均勻外放的。這時如果還是均勻外放，將會造成一側漏照，另一側正常組織受到不必要的照射。

該實驗之所以選擇肺中葉及下葉的腫瘤為主，是因為目前文獻報道肺部腫瘤在頭足方向的位移顯著大于前后及側位方向，且下葉大于上葉[7-8]。Seppenwoolde等[9]使用實時跟蹤放療系統(tǒng)研究肺癌的運動情況，也得出同樣的結果。所以胸部的呼吸運動對精確放療提出了更高的要求。目前在沒有4DCT的情況下，針對中、下葉肺部腫瘤，考慮到呼吸位移較大，常規(guī)上下外放1～1.5 cm來形成ITV，但是，可以想象在定位掃描的瞬間獲取的圖像，腫瘤恰好在呼氣末或者吸氣末，都只要以單方向外放為主即可。常規(guī)外放方法都是以腫瘤為中心上下外放同樣距離，這樣勢必造成一側靶區(qū)漏照，一側正常組織受到不必要的照射，增大放射損傷，治療增益比下降。而且目前多排CT的普及使得掃描速度較快，導致掃描出的腫瘤結果只是在呼吸時相中的某個位置。由于瘤體自身隨呼吸在做沿身體長軸方向為主的上下往返周期性運動，而開始掃描的時相沒有選擇性，掃描隨機開始于靶區(qū)運動的任何時刻。如圖4所示如果把呼吸往返運動分成上、中、下3段的話，那么按概率來說，隨機掃描時腫瘤靶區(qū)運動在上段、下段區(qū)域的機會占2/ 3，腫瘤靶區(qū)在中間位置時的機會只占1/3。目前CTV外放ITV時都是三維均勻外放，就是基于假設掃描時腫瘤位于呼吸運動的中間，實際上腫瘤位于兩端的概率肯定更多，而位于兩端的時候，腫瘤的位移只向另一側做單方向運動，這樣我們在CTV外放形成ITV及PTV時，其實大部分情況下主要以恰當的一側方向外放為主更合適。

故我們首先個體化地測量出每位患者的呼吸動度，然后把呼吸運動固定在一個極端位置，這樣呼吸基本上只向另一端運動，我們只需向一側外放預先測量的距離，這樣既可以減少正常組織的照射，也可以盡可能地包全腫瘤。經過我們的實驗得出，這種

圖2 腫塊位于呼吸運動的上端

圖3 腫瘤位于呼吸運動的下端

圖4 肺部腫塊的呼吸運動

（????）（????）方法可以使靶區(qū)包全腫瘤，并且相對于經典的外放方法，我們在包全瘤體的情況下，可以減少ITV、PTV的體積，減少雙肺V20、Dmean的量，從而減少對正常組織的損傷，結果表明其與常規(guī)方法比較，差異有統(tǒng)計學意義。此方法簡單易操作，不需要增加設備及人力，可以在基層醫(yī)院普遍應用。

[1]Rodrigues G，Lock M，D`Souza D，et al.Prediction of radiation pneumonitis by dose-volume histogram parameters in lung cancer—a systematic review[J].Radiotherapy and Oncology，2004，71（2）：127-138.

[2]Shimizu S，Shirato H，Ogura S，et al.Detection of lung tumor movement in real tumor-tracking radiotherapy[J].Int J Radiat Oncol Biolphys，2001，51：304-310.

[3]吳健雄，陳龍.減少呼吸運動在適形放射治療中的研究進展[J].現代腫瘤醫(yī)學，2008，16（3）：481-483.

[4]倪蓉暉，雷新，王東.胸腹體罩對呼吸器官運動的影響[J].現代腫瘤醫(yī)學，2006，14（1）：47-48.

[5]肖鋒，譚麗娜，孫曉歡.呼吸運動對肺癌動態(tài)調強放療劑量分布的影響[J].現代腫瘤醫(yī)學，2012，20（3）：608-611.

[6]王培合，馬瑞忠.肺癌精確放療中PTV外擴邊界的研究進展[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2011，32（9）：86-88.

[7]石芳，于金明.非小細胞肺癌放療靶區(qū)研究進展[J].腫瘤預防與治療，2008，21（1）：8-11.

[8]王培合，郝福榮，馬瑞忠.肺部腫瘤在呼吸運動過程中三維實時位移曲線的建立探索[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2009，30（7）：82-83.

[9]Sppenwoolde Y，Shirato H，Kitamura K，et al.Precise and real-time measurement of 3D tumor motion in lung due to breathingand heartbeat，measured during radiotherapy[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys，2002，53（4）：822-834.

（收稿：2013-05-06 修回：2014-02-07）

Countermeasures to respiratory movement during lung cancer radiotherapy

WANG Qiang1，2,YE Tao2,CHEN Hong-lin2,ZHANG Long-zhen3
(1.Xuzhou Medical College,Xuzhou 221002,Jiangsu Province,China;2.Department of Radiation Oncology,Xuzhou Cancer Hospital,Xuzhou 221005,Jiangsu Province,China;3.Department of Radiation Oncology,the Affiliated Hospital of Xuzhou Medical College,Xuzhou 221006,Jiangsu Province,China)

ObjectiveTo develop an individualized method for positioning and target assigning to conquer the contradiction between covering the tumor body and reducing lung injury.MethodsTotally 30 lung cancer patients were selected as the subjects,who underwent postural immobilization and film remodeling.X-ray simulation localization machine was used to observe the movement of the tumor body when breathing,and then CT scanning of the lung was performed with CT simulation localization machine at end inspiration and end expiration.The images were transmitted to Prowess workstation.An experienced physician outlined GTV at the images at end inspiration,and ITV formed on the basis of the individualized breathing movement.Other programs were carried out according to conventional flow.Results The volumes of ITV and PTV could be reduced in the experimental group with V20 of both lungs decreased,and then the radiation injury could be relived.ConclusionThe method can cover the tumor body with the radiation to adjacent tissues reduced,which can be used in the primary hospital without 4DCT.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（11）：75-77，94]

cancer radiation oncology;respiratory movement;countermeasure

R318；R445

A

1003-8868（2014）11-0075-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.11.075

王 強（1980—），男，主治醫(yī)師，主要從事腫瘤調強放療方面的研究工作，E-mail：doctorwang618@126.com。

221002江蘇徐州，徐州醫(yī)學院（王 強）；221005江蘇徐州，徐州市腫瘤醫(yī)院放療科（王 強，葉 濤，陳宏林）；221006江蘇徐州，徐州醫(yī)學院附屬醫(yī)院放療科（章龍珍）

章龍珍，E-mail：jsxzzlz@126.com