左侧乳腺癌放射治疗的心脏剂量学研究

发布时间：2020-09-26 19:11

　　乳腺癌位居女性恶性肿瘤发病率的首位。放射治疗在乳腺癌的综合治疗中具有重要地位,成为乳腺癌治疗的不可或缺的治疗手段。有辅助放疗指征者术后行患侧胸壁或全乳放疗可明显降低肿瘤的复发率。然而放疗也可能会增加心脏疾病引起的死亡风险,而通过现代精确放疗技术可以减少心脏的受照剂量和范围。本文从四个方面来阐述和探讨乳腺癌放疗带来的心脏问题。前三个章节从放射物理学角度,阐述左侧乳腺癌放疗的心脏剂量学相关研究;最后一章从动物实验角度出发,浅探放射治疗对小鼠心脏的病理学改变。在第一章节里,我们探讨在左侧乳腺癌患者行切线野放疗时,用心脏最大距离(maximum heart distance,MHD)来预测心脏照射剂量的可行性。以40例左侧乳腺癌改良根治术后行辅助性左胸壁切线野放疗的患者为研究对象,用曲线拟合的方法分析MHD与全心脏、冠状动脉左前降支(left anterior descending coronary artery,LAD)、左心室(left ventricle,LV)及心前区(anterior myocardial territory,AMT)的平均照射剂量、等效均一剂量(equivalent uniform dose,EUD)的关系。结果提示MHD与全心脏平均剂量、全心脏EUD的拟合一次、二次和三次方程的决定系数R2均0.8。MHD与心前区平均剂量的拟合一次、二次和三次方程的决定系数R2均0.7。该模型提示MHD是预测左侧乳腺癌切线野放疗中全心脏和AMT平均剂量、全心脏EUD的可靠指标。在第二章节中,我们探讨了非刚性图像配准方法在精确放疗时代图像引导放疗中的应用。不同的非刚性图像配准方法在剂量精确评估中所带来的误差是研究的热点。我们采用商用计划系统Ray station提供的两种非刚性配准算法(ANACONDA与MORFEUS),对其在剂量精确评估中所带来的误差进行对比。结果提示在乳腺癌放疗中,两种不同的非刚性配准方式的选择带来的误差均较小。其次,我们结合四维计算机断层摄影(four dimensional computer tomograph,4DCT)和锥形束计算机断层摄影(cone-beam computer tomograph,CBCT),研究左侧乳腺癌患者在呼吸运动、体态变化的影响下,心脏的剂量评估误差。考虑了呼吸动度的4DCT实际剂量与计划剂量相比,心脏平均剂量、V10和心脏最大剂量的误差最大值分别达到10.33%、18.86%和2.50%。因此,在计划评估时将呼吸运动考虑在内是必要的。基于CBCT的实际剂量与计划剂量相比,心脏平均剂量、V10和心脏最大剂量的误差最大值分别达到32.40%、29.43%和7.10%。因此,在放疗计划的实施期间重新计算心脏的受量对放射性心脏损伤的预防和评估也是必要的。在第三章节中,我们对8例早期左侧乳腺癌保乳术后患者在自由呼吸(free breathing,FB)时相和深吸气屏气(deep inspiration breath hold,DIBH)时相下行大分割左侧全乳联合瘤床区同期加量放疗,设计适形和调强不同的放射治疗计划,并进行相关剂量学对比。对心脏相关感兴趣器官组织(如全心脏,AMT,LV和LAD)的各剂量参数比较可以看出,DIBH相下的大部分剂量参数小于FB时相上的同一剂量参数。在同一个时相上,反映高剂量为主的或是高剂量小体积的各参数在适形放疗(conformal radiotherapy,CRT)计划的数值要大于调强放疗(intensity modulation radiated therapy,IMRT)的各参数(P 值均0.05),如 mean(Gy),D1%(Gy),D2%(Gy)和V40Gy(%)等,提示在对于高剂量区的调控上,IMRT优于CRT。而从反映小剂量大体积的参数如V5Gy(%)来看,IMRT的参数数值往往是大于CRT的,提示IMRT计划时低剂量区范围更广。本章的结论是DIBH相下行IMRT能减少左侧乳腺癌放疗时的心脏受量。在第四章节中,我们试图初步了解小鼠心脏在受到较高剂量照射时心脏的病理学改变。于是我们对小鼠设计了空白对照组和高剂量单次16Gy放疗组,观察小鼠心脏在12周和30周时的病理改变,观察其在HE染色、CD34+和vWF免疫组化染色下的病理学特征。本研究提示小鼠心脏经高剂量单次放疗后,在30周的随访时间中,HE染色中微血管密度(microvasculardensity,MVD)出现渐进性的下降(P0.05),提示内皮细胞成分的减少;CD34+和vWF标记的MVD分别呈渐进性增加(P值均0.05),提示内皮细胞的损伤。这为人类放疗所致心脏和微血管的损伤及其发生机制提供一部分依据。综上,我们通过研究经放疗后的小鼠心脏的病理学变化,为人类心脏的放射损伤机制提供依据;我们也通过用切线野切心脏最大距离来预测左侧乳腺癌心脏照射剂量、非刚性图像配准在乳腺癌精确放疗中的应用及误差分析、DIBH时相下联合IMRT行大分割瘤床区同期加量放疗等多个放射物理剂量学研究,探讨了左侧乳腺癌放疗背景下影响心脏剂量和照射范围的因素,为乳腺癌精确放疗中减少心脏的受照提供更多依据。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R737.9
【部分图文】：

心前区,左心室,器官,心脏

图１．１邋ＭＨＤ示意图及与邻近器官的关系逡逑

示意图,心脏,器官,心前区

ＭＨＤ逡逑ｉＡ邋／邋Ｉ逡逑图１．１邋ＭＨＤ示意图及与邻近器官的关系逡逑Ｓｉ逡逑Ｉ心前区逡逑全心菔逡逑左心室逡逑图１．２心脏各危及器官（ＯＡＲ）图示逡逑６逡逑

拟合曲线,照射剂量,人心,拟合曲线

图１．３邋Ｍ邋ＨＤ与心脏平均照射剂量之间的拟合曲线逡逑

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