肺灌注顯像在優(yōu)化肺癌三維適形放射治療計(jì)劃中的價(jià)值*

林 琳 鄭 容②* 王綠化 耿建華② 陳盛祖 李曄雄

肺灌注顯像在優(yōu)化肺癌三維適形放射治療計(jì)劃中的價(jià)值*

林 琳①鄭 容①②*王綠化③耿建華①②陳盛祖①李曄雄③

目的：將肺灌注顯像的功能信息整合到三維適形放射治療計(jì)劃的制定過(guò)程中，探討能否優(yōu)化放射治療計(jì)劃，從而更好地保護(hù)正常肺組織。方法：將行三維適形放射治療的18例肺癌患者按缺損區(qū)與腫瘤病灶的大小分為4級(jí)。①0級(jí)：無(wú)灌注受損；②1級(jí)：腫瘤及其周圍局部肺灌注受損；③2級(jí)：達(dá)1葉肺灌注受損；④3級(jí)：超過(guò)1葉肺灌注受損。選擇患者單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像術(shù)(SPECT)斷層圖像中放射性計(jì)數(shù)最大值≥30%作為閾值，由計(jì)算機(jī)在各個(gè)斷層上自動(dòng)生成感興趣區(qū)(ROI)，界定為功能正常的肺組織區(qū)域(FL)。分別參照和不參照三維肺灌注圖像制定三維放射治療計(jì)劃并進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果：18例患者均有不同程度的肺動(dòng)脈血流灌注受損，其中1級(jí)5例，2級(jí)7例，3級(jí)6例。在10 Gy、13 Gy、20 Gy、25 Gy、30 Gy及40 Gy的放射性劑量受量水平上，所有患者受量＞x Gy的全肺容積接收劑量的百分?jǐn)?shù)(≥x Gy，WLVx)和功能性正常肺容積接收劑量的百分比(≥x Gy，F(xiàn)LVx)均有降低，并且FLVx的降低幅度均＞W(wǎng)LVx；在10 Gy、13 Gy、20 Gy及25 Gy的劑量受量水平上，2級(jí)以上患者的FLVx降低幅度均＞1級(jí)患者；在30 Gy、40 Gy的劑量受量水平上，2級(jí)以上患者的FLVx降低幅度輕微＜1級(jí)患者。結(jié)論：肺灌注顯像能有效優(yōu)化肺癌三維放射治療計(jì)劃，保護(hù)功能正常肺組織，并且對(duì)于肺灌注缺損大的患者效果更佳。

體層攝影術(shù)，發(fā)射型計(jì)算機(jī)，單光子；放射性核素顯像；放射療法，適形；肺腫瘤；輻射損傷

[First-author’s address] Department of Nuclear Medicine, Cancer Hospital Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100021, China.

放射治療是局部晚期肺癌患者的主要治療方式，而三維適形放射治療則是一種比較先進(jìn)的放射治療手段。肺癌三維適形放射治療計(jì)劃的制定通常以胸部CT圖像為基礎(chǔ)，單純以肺部和縱隔病變的解剖形態(tài)改變作為放射治療的依據(jù)，而忽略了病變導(dǎo)致的局部肺功能的改變。本研究擬將肺灌注顯像的功能信息整合到肺癌三維適形放射治療計(jì)劃的制定過(guò)程中，在保證腫瘤靶區(qū)照射劑量的前提下，對(duì)比應(yīng)用肺灌注顯像前后的放射治療計(jì)劃的變化，評(píng)估肺灌注顯像是否能優(yōu)化三維適形放射治療計(jì)劃，更好的保護(hù)正常肺組織。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取三維適形放射治療的18例肺癌患者接受治療前肺灌注顯像。18例患者中男性13例，女性5例；年齡35歲～79歲，中位年齡為62歲。其中中央型肺癌12例，周圍型肺癌6例。腫瘤位于上葉8例，位于中下葉10例。病理類型：鱗癌7例，腺癌6例，小細(xì)胞肺癌5例。統(tǒng)一按腫瘤、淋巴結(jié)及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移(tumor node metastasis，TNM)分期標(biāo)準(zhǔn)，T12例，T24例，T36例，T46例。N03例，N12例，N25例，N38例，無(wú)M1患者，腫瘤臨床分期Ⅱb期3例，Ⅲa期4例，Ⅲb期11例。治療劑量為36～60 Gy，中位劑量為60 Gy。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

(1)納入標(biāo)準(zhǔn)：患者一般狀況良好；卡氏性能量表(Karnofsky performance scale，KPS)評(píng)分≥70分能耐受肺灌注檢查，簽署知情同意書(shū)。

(2)排除標(biāo)準(zhǔn)：有遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移；既往有胸部放射治療史、胸部手術(shù)治療史和嚴(yán)重心肺疾病史等。

1.3 方法

1.3.1 肺灌注顯像方法

99Tcm標(biāo)記人血清大顆粒聚合白蛋白(99Tcm-MAA)由中國(guó)原子能科學(xué)研究院提供，儀器為GE Millennium TMVGⅤ型(Hawkeye)雙探頭單光子發(fā)射斷層顯影儀(single photon Emission computed tomography，SPECT)，采用低能高分辨準(zhǔn)直器。患者仰臥在檢查床上，雙手抱頭，保持與CT模擬定位和放射治療時(shí)相似體位。緩慢靜脈注射99Tcm-MAA 185 MBq即刻進(jìn)行SPECT肺部斷層圖像，每個(gè)探頭旋轉(zhuǎn)180o，每6o采集1幀圖像，每幀采集20 s，放大倍數(shù)1.0，生成橫斷面、冠狀面及矢狀面的斷層圖像，并獲得同機(jī)CT圖像(140 kV，2.5 mA，層厚10 mm，螺距1∶1，采集矩陣256×256，放大倍數(shù)1.0)和SPECT與CT的融合圖像。

1.3.2 肺灌注受損范圍評(píng)價(jià)

放射治療前肺灌注受損范圍按下述標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定。①0級(jí)：無(wú)灌注受損；②1級(jí)：腫瘤及其周圍局部肺灌注受損；③2級(jí)：達(dá)1葉肺灌注受損；④3級(jí)：超過(guò)1葉肺灌注受損。

1.3.3 肺灌注圖像感興趣區(qū)的勾畫(huà)

選擇患者SPECT斷層圖像中放射性計(jì)數(shù)最高的層面，以其放射性計(jì)數(shù)最大值≥30%作為閾值，由計(jì)算機(jī)在各個(gè)層面上自動(dòng)生成感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，界定為需要受到保護(hù)的、功能正常的肺組織區(qū)域(functional lung，F(xiàn)L)。

1.3.4 CT模擬定位

儀器為Simens Plus 4螺旋CT，患者仰臥在檢查床上，雙手抱頭，熱塑體膜固定，掃描范圍從頸部到膈下，掃描參數(shù)為：管電壓120 kV，管電流150 mA，層厚5 mm，螺距1∶1，采集矩陣512×512，放大倍數(shù)1.0，生成橫斷面、冠狀面及矢狀面的斷層圖像。掃描圖像以DICOM格式傳至Pinnacle(Version 3)逆向計(jì)劃工作站，制定三維適形放射治療計(jì)劃。

1.3.5 三維適形放射治療計(jì)劃

由富有經(jīng)驗(yàn)的高年資放射治療醫(yī)師在CT模擬掃描圖像的基礎(chǔ)上，在保證腫瘤靶區(qū)的照射劑量和保護(hù)心臟大血管、食管及脊髓的照射劑量受限于相應(yīng)安全范圍的前提下，分別參照和不參照對(duì)應(yīng)的三維肺灌注圖像勾畫(huà)腫瘤靶區(qū)(包括大體腫瘤容積、臨床靶區(qū)容積和計(jì)劃靶區(qū)容積)和FL，由富有經(jīng)驗(yàn)的放射治療物理師分別設(shè)計(jì)出2種三維適形放射治療計(jì)劃，盡可能降低肺組織(包括全肺以及FL)的照射劑量，并比較2種放射治療計(jì)劃的差異。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

將分別獲取的2種三維適形放射治療計(jì)劃的肺組織劑量參數(shù)，以SPSS 11.5統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，配對(duì)t檢驗(yàn)，比較肺灌注信息優(yōu)化后放射治療計(jì)劃的變化情況。

2 結(jié)果

2.1 肺灌注特點(diǎn)

所有患者治療前均有不同程度的肺動(dòng)脈血流灌注受損，其中1級(jí)5例，2級(jí)7例，3級(jí)6例。中央型肺癌患者灌注受損范圍2級(jí)以上者占75.0%(9/12)，而周圍型受損范圍達(dá)2級(jí)以上者占66.7%(4/6)，中央型肺癌患者灌注受損范圍與周圍型受損范圍二者之間無(wú)顯著差異(t=0.138，P=0.710)。

2.2 定量分析

所有患者的FL均小于全肺容積，全肺容積和FL兩者的平均差值為1308.5 cm3(范圍476.7～1925.3 cm3)。

在各個(gè)劑量受量水平上，所有患者的WLVx和FLVx的降低情況，肺灌注缺損1級(jí)患者和2級(jí)以上患者的FLVx的降低情況分別見(jiàn)表1、表2及表3。

表1 不同劑量受量水平下優(yōu)化前后患者WLVx差異(%) (x-±s)

表2 不同劑量受量水平下優(yōu)化前后患者FLVx差異(%) (x-±s)

表3 不同劑量受量水平下肺灌注缺損1級(jí)患者和2級(jí)以上患者FLVx降低值(%) (x-±s)

3 討論

目前，局部晚期肺癌患者同步放化療已成最佳策略，提高放射治療劑量有望提高療效，但同時(shí)正常肺組織的放射性損傷幾率也增大，因此在提高劑量的同時(shí)，如何保護(hù)正常肺組織成為關(guān)鍵所在[1-2]。放射性核素肺灌注顯像可用于了解肺局部血流灌注量，以判斷肺血流受損的情況，與其他影像學(xué)方法相比較能更好的反映肺的局部生理功能，并且可以在亞臨床水平評(píng)估肺損傷[3]。

中心型肺癌通常壓迫肺門血管，其引起的血流灌注受損區(qū)往往大于病灶本身，而周圍型腫瘤引起較大的血流灌注缺損，常常伴有肺門或縱隔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移；如果肺內(nèi)腫瘤病灶未侵及較大的動(dòng)脈血管，只是破壞局部正常的肺循環(huán)，就會(huì)出現(xiàn)與病灶大小類似的肺動(dòng)脈血流灌注受損區(qū)。本研究有13例患者的肺灌注顯像圖呈2級(jí)、3級(jí)表現(xiàn)，均為中心型肺癌或周圍型肺癌伴有肺門淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移；另外有3例中央型肺癌和2例周圍型肺癌患者的肺灌注顯像圖呈1級(jí)表現(xiàn)。本組病例中，中央型和周圍型患者出現(xiàn)2級(jí)以上肺灌注缺損的概率并無(wú)明顯差異，應(yīng)該與該組病例的臨床分期普遍較晚以及病例數(shù)偏小有關(guān)。

正常肺組織接受照射后，局部血流灌注會(huì)受到損害，照射劑量越大，血流灌注受損越嚴(yán)重。但是，并不是所有的肺組織對(duì)放射線損傷的反應(yīng)均為一致。Peng等[4]報(bào)道，放射治療后隨訪過(guò)程中發(fā)現(xiàn)射野內(nèi)肺灌注水平低者治療后彌散功能的變化小，即低灌注區(qū)對(duì)放射線的耐受性比正常灌注區(qū)高。在此放射生物效應(yīng)的前提下，Agrawal等[5]提出，設(shè)計(jì)放射治療計(jì)劃時(shí)使射線穿過(guò)低灌注區(qū)而降低正常灌注區(qū)的照射劑量，從而減少肺組織受損傷的風(fēng)險(xiǎn)。有研究表明，肺灌注SPECT斷層圖像中放射性計(jì)數(shù)為最大值的30%以下的肺組織部分基本可視為無(wú)功能，因此選取各層面中放射性計(jì)數(shù)最大值≥30%作為閾值，勾畫(huà)ROI為FL，在設(shè)計(jì)三維放射治療計(jì)劃時(shí)盡可能降低FL的劑量受量[6-10]。

通過(guò)用肺灌注優(yōu)化后的放射治療計(jì)劃，在各劑量水平上，F(xiàn)LVx均有相當(dāng)顯著的、具有明確統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的降低，其中又以劑量水平較低時(shí)差異更為顯著，F(xiàn)LVx在10 Gy、13 Gy、20 Gy及25 Gy的降低幅度大，表明離腫瘤較遠(yuǎn)、受量較低的健康肺組織得到了更好的保護(hù)。通過(guò)對(duì)比肺灌注缺損1級(jí)和2級(jí)以上患者發(fā)現(xiàn)，在劑量受量分別為10 Gy、13 Gy、20 Gy及25 Gy的水平上，2級(jí)以上患者的FLVx平均降低值均大于1級(jí)患者，尤其劑量水平越低時(shí)越為顯著。在劑量受量分別為30 Gy、40 Gy的水平上，2級(jí)以上患者的FLVx平均降低值輕微小于1級(jí)患者，但統(tǒng)計(jì)學(xué)上無(wú)顯著差異。目前對(duì)放射性肺炎發(fā)生的劑量定量并無(wú)統(tǒng)一的觀點(diǎn)，但是V20(受量＞20 Gy的全肺容積百分?jǐn)?shù))是使用最廣泛的一個(gè)衡量指標(biāo)；在本研究中，所有患者25 Gy以下的FLVx降低幅度最為顯著，意味著能降低亞臨床、臨床的放射性肺損傷，比較的結(jié)果顯示，肺灌注缺損2級(jí)以上的患者較1級(jí)患者更能有效的避免和減少25 Gy以下亞臨床放射性肺損傷，用肺灌注的信息優(yōu)化放射治療計(jì)劃獲益的趨勢(shì)更為明顯。Christian等[11]的研究中，有一例雙肺上葉灌注缺損的患者FLV20降低了16%，因此提出大片灌注缺損的患者可能從肺灌注中獲得放射治療計(jì)劃改進(jìn)的利益[12-15]。在本研究中，F(xiàn)LV20降低幅度最大的是一例灌注缺損3級(jí)患者，降低值為12.2%，并且2級(jí)以上患者的FLV10、FLV13、FLV20、FLV25降低幅度均＞1級(jí)患者，與Christian等[11]報(bào)道的結(jié)果相仿。

本研究為肺灌注功能影像在三維放射治療計(jì)劃中的應(yīng)用提出了初步的探索性研究，其進(jìn)一步的臨床結(jié)論將有賴于大樣本的、前瞻性的隨機(jī)對(duì)照臨床試驗(yàn)，以確定肺灌注顯像整合在肺癌的三維放射治療計(jì)劃中是否能明確降低臨床和亞臨床放射性肺損傷的發(fā)生率，進(jìn)而使患者獲益。

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Research on the value of lung perfusion scan optimizing the three-dimensional conformal radiotherapy plan for lung cancer

LIN Lin, ZHENG Rong, WANG Lv-hua, et al
China Medical Equipment,2015,12(6):62-65.

Objective: To observe whether the radiotherapy plan is optimized and normal lung tissue can be protect when lung perfusion to be integrated into the three-dimensional conformal radiotherapy planed. Methods: Eighteen lung cancer patients had performed lung perfusion scans before three-dimensional conformal radiotherapy. The defect of lung perfusion was graded using the following criteria: grade 0: no perfusion damage; grade 1: limited to the area of tumors and its surrounding lung tissue; grade 2: up to one lobe of the lung; and grade 3: beyond one lobe. Region of Interest (ROI) is automatically created in every perfusion slice by computer as Functional Lung (FL) according to the threshold which is defined more than 30 percent of the highest count in all the SPECT slices. Two sets of three-dimensional conformal radiotherapy plans are respectively made with and without the three-dimensional lung perfusion images for every patient in order to minimize the radiation dosage to lung tissue (including Whole Lung and Functional Lung).Statistical analysis is made for the difference between the parameters in two sets of radiotherapy plans using SPSS11.5. Results: All of the patients are observed with lung perfusion defect, five patients with grade 1, seven patients with grade 2 and 6 patients with grade 3 damage, respectively. For every radiation dose level of 10Gy, 13Gy, 20Gy, 25Gy, 30Gy, and 40Gy, the percentage of Whole Lung Volume receiving dose≥xGy(WLVx) is decreased in all patients and the percentage of Functional Lung Volume receiving dose≥xGy(FLVx) is decreased more than WLVx in all patients; For every radiation dose level of 10Gy, 13Gy, 20Gy, and 25Gy, FLVx is decreased more in ≥grade 2 group than in grade 1 group, respectively; For every radiation dose level of 30Gy and 40Gy, FLVx is decreased slightly less in ≥grade 2 group than in grade 1 group. Conclusion: Lung perfusion scan can effectively optimize the three-dimensional conformal radiotherapy plan for lung cancer to protect normal functional lung tissue, especially for patients with larger lung perfusion defect.

Tomography, emission-computed; Single-photon; Radionuclide imaging; Radiotherapy; Conformal; Lung neoplasms; Radiation injuries

林琳,女,(1978- ),碩士，主治醫(yī)師。中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，研究方向：核醫(yī)學(xué)在腫瘤診斷治療中的應(yīng)用。

1672-8270(2015)06-0062-04

R817

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.06.019

2015-04-01

衛(wèi)生部部屬(管)醫(yī)院臨床學(xué)科重點(diǎn)項(xiàng)目(07090010)“圖像引導(dǎo)放射治療的臨床應(yīng)用研究”

①中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 北京 100021

②中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院PET-CT中心 北京 100021

③中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院放療科 北京 100021

*通訊作者：zrong99@163.com