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心臓下部構造に対する放射線量が全生存期間に及ぼす影響を調べるための新しい方法論
Novel methodology to investigate the impact of radiation dose to heart sub-structures on overall survival.
PMID: 32585334 DOI: 10.1016/j.ijrobp.2020.06.031.
抄録
はじめに:
放射線治療を受けた肺がん患者では、心臓への線量は過剰死亡率と関連している。しかし、心臓全体を温存することはしばしば不可能である。したがって、我々の目的は、早期死亡率を最適に減少させる心臓の下位構造と線量閾値を定義することである。
INTRODUCTION: For lung cancer patients treated with radiotherapy, dose to the heart is associated with excess mortality. However, it is often not feasible to spare the whole heart. Therefore, our aim is to define cardiac sub-structure(s) and dose thresholds which optimally reduce early mortality.
方法:
代表的な解剖学的テンプレートを持つ5人の患者について、14の心臓下部構造を定義した。1,161人の非小細胞肺がん患者を、これら5つのテンプレート解剖学に非固定的に登録し、放射線治療の線量をマッピングした。各サブ構造に対する平均および最大線量が抽出され、その平均値が予測モデルへの入力として評価された。コホートは、弾性ネットLASSOとランダムフォレスト生存モデルの2つの変数削減手法にブートストラップされた。それぞれが、全体の生存に最も寄与する変数を抽出するために最適化され、モデル係数が評価されて、これらの部分構造が選択されました。両モデルに共通する最も重要な変数を選択し、多変量コックス比例ハザードモデルで評価した。閾値線量を定義し、Kaplan-Meier生存曲線をプロットした。
METHOD: 14 cardiac sub-structures were delineated on 5 template patients with representative anatomies. 1,161 non-small cell lung cancer patients were non-rigidly registered to these 5 template anatomies, mapping their radiotherapy dose. Mean and maximum dose to each sub-structure were extracted and the means evaluated as input to prediction models. The cohort was bootstrapped into two variable reduction techniques: elastic-net LASSO and random forest survival model. Each was optimised to extract variables contributing most to overall survival, model coefficients were evaluated to select these sub-structures. The most important variables, common to both models, were selected and evaluated in multivariable cox-proportional hazard models. A threshold dose was defined and Kaplan-Meier survival curves plotted.
結果:
978 名の患者が登録の視覚 QA 後に残った。ブートストラップを横断したモデル係数の順位付けにより、右心房、右冠動脈、上行大動脈への最大線量が生存に関連する最も重要な因子として選択された。腫瘍体積（p<0.001）、Nステージ（p<0.01）およびパフォーマンスステータス（p=0.01）を考慮した後の多変量モデルでは、複合心臓領域への最大線量は有意であり、ハザード比1.01Gy-1、p=0.03であった。最大線量（2Gy分割での等価線量）の最適閾値は23Gyであった。Kaplan-Meier生存曲線は有意な分岐を示し、log-rank p=0.008であった。
RESULTS: 978 patients remained after visual QA of the registration. Ranking the model coefficients across the bootstraps selected the maximum dose to the right atrium, right coronary artery and ascending aorta as the most important factors associated with survival. The maximum dose to the combined cardiac region showed significance in the multivariable model, hazard ratio 1.01Gy-1, p=0.03 after accounting for tumour volume (p<0.001), N-stage (p<0.01) and performance status (p=0.01). The optimal threshold for the maximum dose, equivalent dose in 2Gy fractions, was 23Gy. Kaplan-Meier survival curves showed a significant split, log-rank p=0.008.
結論:
右心房、右冠動脈、上行大動脈を含む心臓領域を合わせた最大線量が患者の生存に最も大きな影響を与えることがわかった。EQD2の最大線量は23Gyであることが確認されており、今後の研究では線量制限として考慮すべきである。
CONCLUSION: The max dose to the combined cardiac region encompassing the right atrium, right coronary artery and ascending aorta was found to have the greatest impact on patient survival. A maximum EQD2 dose of 23Gy was identified and should be considered as a dose limit in future studies.
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