主动呼吸控制技术在非小细胞肺癌放射治疗中的几何学和剂量学的研究

摘要

目的:拟将主动呼吸控制系统(Active Breathing Control,ABC)应用于非小细胞肺癌模拟定位中,并将基于ABC技术CT定位的三维适形计划与自由呼吸(Free Breathing FB)状态计划和基于4D-CT技术确定内靶体积(intemal gross target volume,IGTV)的放疗计划进行比较,观察ABC技术对靶区剂量、肺体积及正常肺组织受量的影响,评价ABC技术在非小细胞肺癌放疗中的几何学和剂量学优势,为ABC技术的临床应用提供理论依据。
　　 方法:对15例有周围孤立病灶的未能手术或者拒绝手术的非小细胞肺癌患者分别进行自由呼吸状态下常规增强CT扫描(FB-CT)、4D-CT扫描(4D-CT)和ABC状态下的屏气CT扫描(ABC-CT),,并分别在FB-CT图像和ABC-CT图像上勾画靶区和正常器官,同时在4D-CT图像每个扫描层次所包含的10个呼吸时相的CT序列逐一勾画靶区获得IGTV,保存到4D-CT的20％序列上,并在20%CT序列上勾画正常器官,制定基于三种定位图像上勾画靶区的治疗计划,分别称为FB-plan,4D-plan和ABC-plan。比较三套计划的肿瘤靶体积、计划靶区体积和肺组织体积差异,并对正常肺组织的V20,V30和肺平均剂量(meanlung dose,MLD)进行剂量学比较,同时应用lyman模型推算应用ABC-plan可以达到的最大肿瘤照射剂量(Dmax-ABC)及其与4 D-plan最大剂量(Dmax-4D)的差异。
　　 结果:
　　 1GTV的体积:FB-plan的靶区(GTV-FB)体积为27.29土18.27cm3,IGTV体积为40.07土20.92 cm3,ABC-plan的靶区体积(GTV-ABC)为26.52土16.08cm3,IGTV体积较GTV-FB增大12.78土6.11 cm3,差别具有统计学意义(p=0.000),GTV-ABC体积虽然较GTV-FB减小,但不具有统计学意义(P=0.541)。本研究对应用了ABC技术从而使肿瘤相对静止的GTV-ABC与充分考虑呼吸动度的IGTV不同肺叶的肿瘤体积减少百分比进行了比较,结果显示中下叶肿瘤减少的更多。
　　 2PTV的体积:FB-plan的PTV(PTV-FB),4D-plan的PTV(PTV-4D)和ABC-plan的PTV(PTV-ABC)的体积分别为114.82土50.00 cm3,93.85土42.58和92.88土40.21 cm3.PTV-ABC和PTV-4D体积较PTV-FB分别减少21.93土11.62 cm3和20.96土10.38 cm3,且差别均具有统计学意义(P值均为0.000).而PTV-ABC体积和PTV-4D虽然具有差别,但差别不具有统计学意义(P=0.479)。
　　 3正常肺体积:ABC技术一般要求在吸气状态的某个呼吸时相屏气,故肺体积因吸气膨胀而增大,由FB状态的3468.46土672.73cm3扩大到ABC状态下的4388.93土979.65 cm3,增加了920.46土459.22cm3(P=0.000):同样结果,ABC状态下的肺体积也明显大于4D状态下的肺体积,其差别具有统计学意义(P=0.000);4D状态和FB状态下的肺体积分别为3488.90土665.46 cm3和3468.46土672.73cm3,差别不明显(P=0.239)。
　　 4两肺V20、V30、和MLD:4D-plan和ABC-plan中V20、V30、和MLD均较FB-plan降低。与FB-Plan相比,4D-plan中肺的V20由17.88土6.28%下降至15.85土5.89%(P=0.000),V30由11.47%土3.43%下降至10.11%土3.02%(P=0.000),MLD由1036.40土352.12 cGy下降至939.47土330.56 cGy(p=0.000)。同样ABC-plan的肺V20、V30、和肺MLD均也较FB-plan降低。与FB-plan相比,ABC-plan中肺的V20由17.88土6.28%下降至14.78土5.89%(P=0.000),V30由11.47土3.43%下降至8.77土3.17%(P=0.000),MLD由1036.40土352.12cGy下降至922.33土319.16cGy(p=0.000)。由于ABC-plan肺体积的增大,使其在肺组织受量方面较4D-plan也具有明显优势。
　　 5计划靶区最大照射剂量推算:以不超过FB-plan的正常组织(包括肺组织、心脏组织、食管组织和脊髓)并发症概率(Normal tissuecomplication probability NTCP)为前提,运用lyman模型计算,Dmax-ABC发现可以推量至7212.47土328.70cGy,Dmax-4D的最大推量6888.19土406.10 cGy(P=0.003)。
　　 结论:
　　 1应用ABC技术可以使肿瘤的计划靶区体积缩小,肺体积增大,使正常组织的受量减少;
　　 2ABC技术有望在不增加肿瘤的NTCP的情况下使肿瘤的照射剂量增加;
　　 3和FB技术相比,4D技术也表现出同样的优势,但ABC技术的优势更为明显;
　　 4 ABC技术可以使肺体积明显增大,和4D技术相比能更好地保护正常肺组织,提高肿瘤照射剂量;
　　 5如果患者肺功能允许,在肺癌放疗中应用.ABC技术有明显的几何学和剂量学优势,尤其适用于病变位于中下肺叶的患者。