肺癌に対する定位体放射線治療における4DCT-イメージング誘導陽子線治療の影響

The impact of 4DCT-ventilation imaging-guided proton therapy on stereotactic body radiotherapy for lung cancer.

• Yoshiro Ieko
• Noriyuki Kadoya
• Takayuki Kanai
• Yujiro Nakajima
• Kazuhiro Arai
• Takahiro Kato
• Kengo Ito
• Yuya Miyasaka
• Ken Takeda
• Takeo Iwai
• Kenji Nemoto
• Keiichi Jingu

抄録

放射線治療中の機能的な肺回避は、肺毒性の軽減に役立つ可能性がある。本研究では、4次元コンピュータ断層撮影法（4DCT）-換気画像誘導陽子線治療（PT）が定位放射線治療（SBRT）に及ぼす潜在的な影響を、光子ビームを用いた3次元コンフォーマル放射線治療（3D-CRT）および体積変調アーク治療（VMAT）と比較して評価した。本研究では、3次元CTを用いたSBRTを受けた13例の肺癌患者を対象とした。患者の4DCTデータ、変形可能な画像登録、密度変化ベースのアルゴリズムを用いて4DCT換気を計算した。3D-CRT、VMAT、PTを用いて、各患者の肺機能領域を残した3つの機能的治療計画を作成した。処方された線量と線量制約は、放射線治療腫瘍学グループ0618プロトコルに基づいた。4DCT換気と照射線量について、関心領域（ROI）と機能マップに基づいた線量機能指標を評価した。3D-CRT、VMAT、PTを用いて、≧5Gy（fV5）を受けた肺機能領域の割合はそれぞれ26.0％、21.9％、10.7％、fV10はそれぞれ14.4％、11.4％、9.0％、fV20はそれぞれ6.5％、6.4％、6.6％であり、機能的平均肺線量（fMLD）はそれぞれ5.6Gy、5.2Gy、3.8Gyであった。これらの結果から、PTはfMLD、fV5、fV10を有意に減少させたが、fV20は減少しなかった。PTの使用は、すべての線量制約を満たしながら、3D-CRTやVMATと比較して、高機能肺領域への放射線量を減少させた。

Functional lung avoidance during radiotherapy can help reduce pulmonary toxicity. This study assessed the potential impact of four-dimensional computed tomography (4DCT)-ventilation imaging-guided proton radiotherapy (PT) on stereotactic body radiotherapy (SBRT) by comparing it with three-dimensional conformal radiotherapy (3D-CRT) and volumetric modulated arc therapy (VMAT), which employ photon beams. Thirteen lung cancer patients who received SBRT with 3D-CRT were included in the study. 4DCT ventilation was calculated using the patients' 4DCT data, deformable image registration, and a density-change-based algorithm. Three functional treatment plans sparing the functional lung regions were developed for each patient using 3D-CRT, VMAT, and PT. The prescribed doses and dose constraints were based on the Radiation Therapy Oncology Group 0618 protocol. We evaluated the region of interest (ROI) and functional map-based dose-function metrics for 4DCT ventilation and the irradiated dose. Using 3D-CRT, VMAT, and PT, the percentages of the functional lung regions that received ≥ 5 Gy (fV5) were 26.0%, 21.9%, and 10.7%, respectively; the fV10 were 14.4%, 11.4%, and 9.0%, respectively; and fV20 were 6.5%, 6.4%, and 6.6%, respectively, and the functional mean lung doses (fMLD) were 5.6 Gy, 5.2 Gy, and 3.8 Gy, respectively. These results indicated that PT resulted in a significant reduction in fMLD, fV5, and fV10, but not fV20. The use of PT reduced the radiation to highly functional lung regions compared with those for 3D-CRT and VMAT while meeting all dose constraints.