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肺がんの放射線治療計画における肺換気画像と肺血流画像を用いた線量指標の解析

中島 祐二朗 東北大学

2020.09.25

概要

【目的】
胸部への放射線治療は有害事象として放射線肺臓炎を引き起こす可能性がある。放射線肺臓炎は患者の生活の質を下げるだけでなく、稀に生命に関わる重篤な合併症となるため、正確にリスクを把握する指標が必要である。放射線肺臓炎の発症は照射される肺の線量と体積に依存することが報告されており、その予測指標として線量-体積指標が用いられる。また近年はより正確な指標として、肺機能画像を用いて局所の肺機能を考慮した線量-機能指標が提案されている。肺機能画像は換気画像と血流画像があり、それぞれと線量分布との関係を解析することで、線量-換気指標と線量-血流指標を取得することができる。先行研究より、肺がん患者の39%で換気と血流のミスマッチすることが報告されているが、換気画像と血流画像の両方を治療計画に考慮することの有用性については知られていない。本研究の目的は、線量-換気指標と線量-血流指標が異なるかを検討することである。また、線量-換気指標と線量-血流指標を用いることで、従来から用いられる線量-体積指標よりも放射線肺臓炎の予測精度が向上するかを検討することである。

【方法】
広島大学病院で放射線治療が行われた60 名の肺がん患者を対象とした。換気画像は、治療前の呼気相と吸気相の CT 画像間の変形画像位置合わせを行い、呼吸による CT値の変化を定量化することで取得した。血流画像はテクネチウム大凝集人血清アルブミン (99mTc-MAA) を用いた SPECT 撮影により取得した。6 つの線量-換気指標と線量-血流指標(例えば、肺機能を重みづけした肺平均線量 (fMLD) や、20 Gy 以上の線量が照射される肺機能の割合 (fV20) )を算出し、それぞれの指標をピアソンの相関係数の算出および対応のあるt 検定を行った。また、Grade 2 以上あるいはGrade 3 以上の肺臓炎に対して、線量-体積指標、線量-換気指標、線量-血流指標を用いてロジスティック回帰分析を行った。受信者操作特性 (ROC) 解析のROC 曲線下面積 (AUC) を用いて、Grade 2 以上あるいはGrade 3 以上の肺臓炎の予測に対する精度を評価した。また、従来のモデルに対して、線量-換気指標と線量-血流指標を用いたモデルの有効性を検討するために χ2 検定を行った。

【結果】
全体的には線量-換気指標と線量-血流指標は強い相関を示した (r = 0.94‐0.97)。一方で、線量-換気指標と線量-血流指標の一致度は患者間で異なっていった。例えば換気ベースと血流ベースの fMLD と fV20 の差は、最大で 6.6 Gy, 11.1%であった。線量-換気指標と線量-血流指標の全ての指標が対応のあるt 検定で統計的に有意であった (P < 0.01)。Grade 2 以上の肺臓炎の予測は線量-体積指標を用いた場合、AUC が 0.78 であった。一方で、線量-換気指標と線量-血流指標を組み合わせることで AUC が 0.82 に増加した。また、Grade 3 以上の肺臓炎の予測は線量-体積指標を用いた場合、AUC が 0.56 であった。一方で、線量-換気指標と線量-血流指標を組み合わせることで AUC が 0.67 に増加した。ただし、従来の肺臓炎予測モデルと肺機能画像を用いたモデルとの有意差はなかった。

【結論】
本研究は線量-換気指標と線量-血流指標の一致度は患者間で異なり、線量-換気指標と線量-血流指標の違いは統計的に有意であることを示した。この結果から、換気画像を用いた放射線治療計画と血流画像を用いた計画は等価ではないことが示唆された。一方で、線量-換気指標と線量-血流指標を用いることで放射線肺臓炎の予測精度は向上したが、従来のモデルに対する有意差は示さなかった。今後より大きな患者群での解析および臨床試験によって肺機能画像を用いた放射線治療の有用性を検討する必要がある。

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