利用普通放療定位CT機(jī)個體化確定肺部腫瘤內(nèi)靶區(qū)的方法

張廣鵬，楊波，孫小楊，龐皓文，石翔翔，陳仁金，唐濤，吳敬波

西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院 腫瘤科，四川 瀘州 646000

引言

肺部腫瘤放療靶區(qū)受到呼吸運(yùn)動的影響較大，不同的病人，不同的部位，靶區(qū)運(yùn)動范圍存在差異[1-2]，所以內(nèi)靶區(qū)（Internal Target Volume，ITV）的確定應(yīng)該個體化實(shí)施。個體化的外擴(kuò)可以減少不必要的照射范圍，從而使得肺等正常組織的受量減少。隨著放療技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，不同的學(xué)者探索多種確定ITV的方法[3-7]；模擬定位機(jī)雖然能做到個體化測量ITV，但是由于圖像分辨率低于CT，所以外擴(kuò)的數(shù)據(jù)存在較大誤差；目前，四維CT掃描靶區(qū)是一種直觀、可靠的個體化確定ITV辦法；但是四維CT設(shè)備昂貴，該設(shè)備也尚未普及。因此，本研究介紹一種利用普通定位CT機(jī)個體化測量ITV外擴(kuò)的方法，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的放射治療。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備與CT影像

收集20例（13例男性和7例女性）自愿選擇放療的肺癌患者。中位年齡為55歲，年齡范圍為47～62歲。所有病人的腫瘤為實(shí)體腫瘤，位于中下肺。其中：下肺13例，中肺7例，左肺11例，右肺9例。首先采用體部熱塑模固定病人體位，訓(xùn)練患者在吸氣末憋氣和呼氣末憋氣，然后進(jìn)行CT掃描（LightSpeed Plus 4, General Electric Company, USA），重復(fù)掃描3組圖像，掃描條件為：層厚為2.5 mm，120 kV，200 mA。3組CT掃描分別為：吸氣末憋氣掃描，呼氣末憋氣掃描和自由呼吸掃描。以自由呼吸掃描的CT圖像作為制作放療計(jì)劃的基礎(chǔ)圖像。分別獲取3組掃描CT圖像上腫瘤最大層面的圖像，定義為：T吸氣、T呼氣和T自由。并根據(jù)該3個圖像確定ITV范圍。

1.2 測量方法

吸氣時肺做擴(kuò)張運(yùn)動，呼氣時做收縮運(yùn)動；實(shí)體腫瘤隨著肺的運(yùn)動在吸氣時主要向Y-（足）方向運(yùn)動，呼氣時主要向Y+（頭）方向運(yùn)動。根據(jù)這一現(xiàn)象確定ITV不同方向的外擴(kuò)距離。

（1）ITV的Y方向（頭足）邊界的確定：CT圖像上都包含層面在Y方向的位置信息，一般在左上角顯示為首字母I和S的數(shù)值，I和S所代表的方向?yàn)閮蓚€相反的方向，I為Y－（足）方向，S為Y+（頭）方向。比如一個圖像為Ia，另一個圖像為Sb，那么兩個圖像的距離為：a+b。根據(jù)這一原理確定CTV在Y方向上的移動范圍。根據(jù)3個圖像T吸氣、T呼氣和 T自由，讀取T吸氣、T呼氣和T自由左上角的的層面位置信息分別為：Y吸氣、Y呼氣和Y自由。那么ITV在Y+（頭）方向外擴(kuò)為：Y呼氣-Y自由；ITV在Y－（足）方向外擴(kuò)為：Y呼氣-Y自由，見圖1。

（2）ITV在X方向（左右）邊界的確定：CT圖像上的坐標(biāo)標(biāo)尺指示為CT機(jī)旋轉(zhuǎn)掃描中心點(diǎn)的位置，這是一個獨(dú)立于人體之外的坐標(biāo)系統(tǒng)，不會因?yàn)槿梭w移動、CT層面的不同而移動。在該坐標(biāo)系統(tǒng)種測量圖像上某一器官的移動距離，則是我們觀察到該器官的實(shí)際移動距離。假設(shè)實(shí)體腫瘤隨著肺的運(yùn)動在吸氣時主要向X+（左）方向運(yùn)動，呼氣時主要向X－（右）方向運(yùn)動。因此，借助CT影像上顯示的坐標(biāo)系統(tǒng)標(biāo)尺，利用CT機(jī)自帶的距離測量工具測量CTV靶區(qū)最右側(cè)邊界相對于該坐標(biāo)標(biāo)尺的距離：X吸氣、X呼氣和X自由。那么ITV在X+（左）方向外擴(kuò)為：X吸氣-X自由；ITV在X－（右）方向外擴(kuò)為：X呼氣-X自由。

（3）假設(shè)實(shí)體腫瘤隨著肺的運(yùn)動在吸氣時主要向Z－（后）方向運(yùn)動，呼氣時主要向Z+（前）方向運(yùn)動。ITV在Z方向（前后）邊界的確定：確定ITV在Z+（前）方向外擴(kuò)為為：Z呼氣-Z自由；ITV在Z-（后）方向外擴(kuò)為：Z吸氣-Z自由。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

所有值取絕對值后計(jì)算平均值，在SPSS統(tǒng)計(jì)軟件中采用t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)同一坐標(biāo)正負(fù)兩個方向數(shù)據(jù)差異和不同坐標(biāo)的數(shù)據(jù)差異，以P＜0.05為具有統(tǒng)計(jì)差異。

圖1 不同呼吸狀態(tài)時最大腫瘤層面的CT圖像

2 結(jié)果

在同一坐標(biāo)正負(fù)兩個方向數(shù)據(jù)無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05），不同坐標(biāo)的數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05），數(shù)據(jù)見表1。

3 討論

文獻(xiàn)報(bào)道中確定ITV的方法主要有以下3種：第一，分別掃描呼氣和吸氣圖像，傳輸至計(jì)劃系統(tǒng)中勾畫CTV，再將兩個圖像融合后比較兩個CTV中心點(diǎn)位置差別來確定ITV需要的外擴(kuò)范圍[5]，但該方法操作步驟較多，花費(fèi)時間較長；第二，利用模擬機(jī)直接觀察腫瘤運(yùn)動范圍，該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以直接觀察測量，缺點(diǎn)是CTV在模擬機(jī)上的辨識度較低，可能產(chǎn)生較大的測量誤差[3,8]；第三，利用4D-CT掃描一組完整的呼吸運(yùn)動圖像，將該組圖像融合之后，可以直接觀察CTV的運(yùn)動范圍和運(yùn)動軌跡[4,9-11]，該方法觀察直觀，結(jié)果可靠，是一種可靠的個體化確定ITV的方法，但存在放大ITV的可能[12]，掃面時間較長，設(shè)備昂貴尚未在我國（尤其在中西部地區(qū)）普及應(yīng)用。

表1 腫瘤最大層面的CT圖像上X、Y和Z方向的距離值（mm）

CTV外擴(kuò)為ITV的數(shù)據(jù)報(bào)道中，數(shù)據(jù)形式都是上下、左右和前后3組數(shù)據(jù)，臨床應(yīng)用中可以理解為在上下、左右和前后同擴(kuò)這一數(shù)據(jù)[1,13-17]。如果制作計(jì)劃所依據(jù)的CT圖像為自由呼吸狀態(tài)下CT掃描采集，由于不能確定掃描時病人的具體呼吸相位，那么同擴(kuò)的方法在理論上，可能使得CTV運(yùn)動在某一極端位置時（呼氣末或吸氣末），外擴(kuò)ITV范圍不足或過多，從而造成CTV的漏照或正常組織不必要的損傷[8,18]，見圖2[8]。本研究的數(shù)據(jù)結(jié)果表明，在頭足方向上的移動距離最大，并與前后、左右兩個方向具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；這一結(jié)果與高文超等[19]報(bào)道的相符。同時，我們發(fā)現(xiàn)在左右和前后方向的運(yùn)動中，腫瘤的位置不同可能隨肺呼吸運(yùn)動的方向與我們假設(shè)方向不一致；由于這兩個方向運(yùn)動幅度較小，CT掃描層厚（2.5 mm）以及測量的誤差可以在較大程度上影響了我們測量結(jié)果；所以，在這兩個方向上可以考慮采用同擴(kuò)的方法。但是，在頭足方向，有必要采用分別外擴(kuò)的方法，尤其位于肺下部靠近膈肌的腫瘤，ITV同擴(kuò)方法的危害應(yīng)該引起重視。

圖2 腫瘤的位置與外放ITV關(guān)系示意圖

需要指出的是該方法具有選擇性，需要訓(xùn)練病人呼吸，其中有3例病人因?yàn)闊o法完成訓(xùn)練要求，掃描得到3個序列的CT圖像無法進(jìn)行測量而未入選。同時，也有研究指出，由于自由呼吸時同一序列掃描中每一層CT圖像不是同一時間采集，利用該序列多層的圖像信息勾畫靶區(qū)會與實(shí)際靶區(qū)位置有偏差[20]。為了避免這一偏差，我們只針對腫瘤出現(xiàn)的最大CT層面進(jìn)行比較。即便如此，由于容積效應(yīng)和腫瘤在自由呼吸狀態(tài)下進(jìn)行CT掃描，重復(fù)掃描仍可能使得3個CT掃描序列中獲取腫瘤最大CT層面并不是實(shí)際腫瘤的同一位置斷層面；這種不一致代表了在Y方向上的位置差別。由于容積效應(yīng)，3個CT掃描序列中獲取腫瘤最大CT層面應(yīng)該包含腫瘤實(shí)際最大斷層面信息，所以這個位置差別應(yīng)該小于一個層厚。對于掃描層厚的選擇會如何影響該方法測量數(shù)據(jù)的精度，這還需要進(jìn)一步研究。總之，該方法簡便，設(shè)備要求低，普通放療定位CT機(jī)即可實(shí)現(xiàn)，可作為一種中下段肺部實(shí)體腫瘤放療個體化確定ITV的方法。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 朱廣迎,夏廷毅,王綠化,等.非小細(xì)胞肺癌靶區(qū)勾畫的共識與爭議[J].中華放射腫瘤學(xué)雜志,2008,17(6):432-436.

[2] 王綠化,朱向幟,戴建榮,等.非小細(xì)胞肺癌的三維適形放療的臨床實(shí)施[J].中華放射腫瘤學(xué)雜志,2006,15(5):392-395.

[3] 姜雪松,汪琪,朱軍,等.模擬機(jī)下胸部腫瘤調(diào)強(qiáng)放射治療體位驗(yàn)證結(jié)果[J].腫瘤防治研究,2013,40(12):1167-1169.

[4] 尚東平,李明煥,李延持,等.4 DCT容積數(shù)據(jù)圖像重建模式對肺孤立灶內(nèi)靶區(qū)構(gòu)建的影響[J].中華放射腫瘤學(xué)雜志,2015,24(5):556-559.

[5] 霍俊杰,喬學(xué)英,曹彥坤,等.食管胸中段癌三維適形放療中呼吸運(yùn)動導(dǎo)致靶區(qū)移位的研究[J].中華放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)雜志,2010,30(3):295-298.

[6] Weiss E,Hugo G,Jan N.Is there a need for reassessment of internal target volumes (ITV) during radiation therapy for locally advanced lung cancers?[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2014,90(1):S825.

[7] Rahman S,Rahimian J.Comparative study of internal target volume (ITV) based on PET-CT and 4DCT for stereotactic body radiation therapy of non-small cell lung cancer[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2012,84(3):S816.

[8] 楊瑞杰,戴建榮,張紅志.肺癌放療中的呼吸運(yùn)動問題及解決方法[J].中華放射腫瘤學(xué)雜志,2005,14(5):461-463.

[9] Ehler ED,Bzdusek K,Tomé WA.A method to automate the segmentation of the GTV and ITV for lung tumors[J].Med Dosim,2009,34(2):145-153.

[10] Dahele M,Senan S.4-dimensional imaging for radiation oncology: a clinical perspective[A].4D Modeling and Estimation of Respiratory Motion for Radiation Therapy[M].Berlin:Springer Berlin Heidelberg,2013:251-284.

[11] 崔天祥,徐燕梅,周一兵,等.4D-CT與ABC技術(shù)在肺部放療呼吸管理中的比較[J].重慶醫(yī)學(xué),2013(28):3337-3338.

[12] van der Geld YG,Senan S,van S?rnsen de Koste JR,et al.Evaluating mobility for radiotherapy planning of lung tumors:a comparison of virtual fluoroscopy and 4DCT[J].Lung Cancer,2006,53(1):31-37.

[13] Hashimoto T,Shirato H,Kato M,et al.Real-time monitoring of a digestive tract marker to reduce adverse effects of moving organs at risk (OAR) in radiotherapy for thoracic and abdominal tumors[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2005,61:1559-1564.

[14] 孟雪,于金明,穆殿斌,等.非小細(xì)胞肺癌區(qū)域轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)包膜外侵對臨床靶區(qū)勾畫的價(jià)值[J].中華放射腫瘤學(xué)雜志,2007,16(1):17-20.

[15] 李濤,王培,吳大可,等.非小細(xì)胞肺癌精確放射治療呼吸控制及劑量學(xué)研究[J].中國醫(yī)療前沿,2007,42(18):17-19.

[16] Yamashita H,Kida S,Sakumi A,et al.Four-dimensional measurement of the displacement of internal fiducial markers during 320-muhislice computed tomography scanning of thoracic esophageal cancer[J].Int J Radiat Oncol BiolPhys,2011,79(2):588-595.

[17] 甘曉根,徐子海,廖福錫.應(yīng)用CTVision圖像引導(dǎo)分析胸部腫瘤在放療中的擺位誤差[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2012,27(7):157-159.

[18] Starkschall G,Britton K,Mcaleer MF,et al.Potential dosimetric benefits of four-dimensional radiation treatment planning[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2009,73(5):1560-1565.

[19] 高文超,王軍良,周振山,等.基于四維CT和TumorLoc軟件測定肺下葉呼吸動度[J].中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志,2016,33(9):944-947.

[20] 孫宗文,陳明,鄧小武.四維CT在肺癌個體化放療中的應(yīng)用[J].中華放射腫瘤學(xué)雜志,2008,17(1):71-74.