4D-定位CT在胸腹部腫瘤精確放療中的應用

張利偉,婁志霞，林 琳，劉苓苓

（中國科學院合肥腫瘤醫院 安徽 合肥 230031）

1 目的

利用四維CT技術研究種精確放療中胸腹部腫瘤的運動情況及正常危及器官的運動情況，了解其運動規律及特點，指導原發腫瘤（Gross Tumor Volume， GTV）的內靶區（Internal Target Volume， ITV）制定及亞臨床灶（Clinical Target Volume， CTV）的內靶區（ITV）外放，為胸腹部腫瘤精確放療計劃靶區的制定提供可靠的參考數據[1-5]。

2 病例、設備與方法

2.1 病例選擇與患者情況

2.1.1病例入選標準 （1）患者選擇年齡46～85歲，生活基本可以自理，精神正常；（2）患者一般資料臨床或病理確診的原發性支氣管肺癌、原發性肝癌、食管癌或者寡轉移的肺癌或肝癌，病灶不能切除或拒絕手術的患者；（3）肺功能檢查基本正常，經過呼吸訓練后可主動配合平靜、均勻呼吸；（4）Child-Pugh A級或B級肝功能，肝內病變數不超過三個，僅限于一片葉；（5）無明顯惡液質、黃疸，無胸腹水、無多發遠處轉移（寡轉移除外）；（6）KPS評分≥70，或ZPS評分＜2，無心肺肝腎重要器官嚴重功能異常。

2.1.2患者的臨床資料 2015年1月至2016年12月，中國科學院合肥腫瘤醫院收治的25例胸腹部腫瘤患者（肺癌、食管癌、肝癌）作為研究對象，有十五名男性和十名女性，年齡在四十六至八十五歲之間；登記患者的臨床資料見表1。

表1 病例資料

2.2 設備、材料

4D-CT設備：飛利浦公司（Philips Electric Medical Systems）生產的Philips Brilliance CT Big Bore，醫科達公司（Electa）6D-Axesse高能直線加速器；壓力傳感器，定位體框架，真空墊。

2.3 方法

體位固定及4D-CT掃描：掃描定位：

在定位CT之前，在患者中進行簡單的呼吸訓練，以使其保持平靜。患者取仰臥位，真空負壓袋固定，雙手抱肘上舉過頂，雙腿自然伸直并攏。在患者上腹部呼吸幅度較大的位置（一般選取劍突與肚臍中間/肋弓下緣）放置壓力傳感器，壓力傳感器用于執行4D-CT掃描，并且在完成時，將造影劑注入常規CT改進的場景中。

4D-CT掃描過程待呼吸曲線平穩后，RPM：實時呼吸檢測利用4D．CT電影模式，即Cine：軸向電影掃描在同一床位中進行軸向連續、快速掃描，采集不同呼吸時相的CT數據。

2.4 CT重建及配準

掃描CT后，圖像被發送到焦點4D計劃站。該軟件系統列出并重塑了不同位置和不同呼吸階段的大量CT數據的呼吸循環，并接收了各種呼吸階段的十個CT不同階段，稱為CTp00，CTp10……CTp90，并從軟件生成CT-MIP最大密度投影和CT-AIP（平均光密度測量投影）。通過參考呼吸循環中的相位將ITV繪制在CTp50圖像中。

2.5 靶區、危及器官的定義及勾畫

4D-CT掃描的幾個重要參數：

（1）Cine：軸向電影掃描；（2）RPM：實時呼吸檢測；（3）MIP：最大密度投影。

根據ICRU 50/62報告定義GTV CTV ITV PTV PRV

2.6 靶區移動度的測量

GTV → ITV 要考慮：

（1）器官生理運動造成的靶區移動；（2）療程中器官形態變化造成的靶區移動；（3）療程中腫瘤退縮造成的靶區形變。

胸腹部的腫瘤，都有一個共同特點，都受呼吸及膈肌運動影響關聯，所以先觀察膈肌的運動幅度就可以初步了解靶區的運動變化范圍，如表2。

表2 4D-CT與X線透視膈肌運動差異

2.7 靶區的運動測量結果通過對入組的胸腹部腫瘤（肺部，食管，肝臟）病人4D-CT圖像重建處理后，與同期常規增強CT配準，對靶區在三維空間坐標的運動進行測量，結果如表3～表5。

2.7.1肺部靶區運動比較

表3 肺部靶區運動比較

初步結論：肺癌運動規律：最大運動幅度在頭足方向（Y軸），下葉腫瘤運動較大。腫瘤運動的大小與GTV的大小，腫瘤位置和對固定組織的粘附程度有關；盡管有GTV的體積，但是下葉腫瘤的運動總是大于上葉的運動；縱隔貼壁腫瘤在前后方向上運動最大，左右運動運動幅度不大，但下肺葉或后背的肺葉仍顯示較大的運動幅度，上葉的運動幅度在XY三維空間都是最小，另外，肺部腫瘤的運動還和患者本身的肺功能有影響，轉移瘤的動度大于原發肺癌。

2.7.2食管的運動變化

初步判斷低放射性食管癌在放療期間發生顯著變化。應明確定義食管內部放射治療區域的邊界，以便減少并發癥的局部化程度。上胸部的相對位移很小。

2.7.3肝臟腫瘤的靶區變化

表5 肝臟腫瘤的靶區變化

初步結論：

我們主要在Z軸方向上測量了呼吸運動對肝臟腫瘤的影響，左右之間的差異不顯著；和曾兆沖等綜合報道：中等Z介質12±7mm；Y軸7±2.8mm；X軸10±4mm相似。Shimizu等人使用高速MRI測量50例肝癌患者的最大值：CC方向3.9厘米；AP方向2.3厘米；LR 3.1厘米，表示：方向CC 2.1厘米；AP方向0.8厘米；LR 0.9cm，由衛生部推薦用于肝癌放療指導：CT和MRI成像技術確定GTV，CT采用動脈期；MRI采用T2像；CT+MRI圖象融合.PTV=5-10mm+CTV。

2.8 放療計劃設計

由于現有的商業放療計劃系統（TPS）不支持4D-CT圖像，所講MIP與常規的增強定位CT配準后傳入TPS，確定敏感器官，開具處方劑量，明確目標函數及危及器官界值。

2.9 優化，驗證

由資深的放療醫師和物理師共同確認治療計劃，無誤后傳至4D-Axesse高能直線加速器進行治療。

3 總結

器官運動影響CT模擬定位的準確性，4D-CT增加圖像清晰度，減少運動偽影，4D-CT反映器官運動，可個體化確定ITV，MIP可用于肺內孤立病灶的靶區勾畫，胸腹部內腫瘤運動具有一定的規律性，對這些規律的認識有助于精確放療的進行。傳統的3D程序具有丟失目標區域或超過目標區域的缺陷。4D-CT技術可以用來準確地定位3DCRT下的目標區域或正常的多光組織，通過提供的腫瘤覆蓋減少正常組織暴露的體積和增加劑量至所述目標區域；更有利于正常的組織保護。特別是對于呼吸運動幅度較大的案例[6，7]。

4 討論

在確定胸部靶向區域和腹部CT定位4D的應用分析中，有經驗的四點：

（1）減少PTV的：Rietzel通過螺旋CT和4DCT 10肺癌患者掃描，4DCT流PTV和比較腫瘤運動和國際PTV標準識別。當然，4DPTV限制為15mm，內部限制為5mm，PTV標準限制為20mm，內部限制為10mm。與PTV標準相比，4DPTV適度降低了12%，因此使用了4DCT，評估個體腫瘤運動和確定治療區靶區的外放邊界[8]。

（2）通過4DCT工作站，能夠利用最大密度投影將靶區快速勾畫出來。通過利用MIP圖像能使內在靶題記快速產生。MIP能夠為肺癌患者快速的選擇出合適的呼吸門控方式，通過MIP圖像能夠將靶區的CT圖像快速的勾畫出，包括呼吸引起的腫瘤運動范圍[9，10]。

（3）使用4DCT圖像重建估計腫瘤位移。4DCT的一種重要功能就是對靶區和器官的位置變化進行評估，在制定和實施放療技術以及劑量分布過程中這些變化有著重要的影響。不同患者之間的移位和體積變化以及正常器官和GTV的陽性變化是完全不同的，這些差異可以通過4DCT找到，其具有治療計劃的制定和實施重要性[11]。

（4）使用4DCT圖像重建還能夠評估正常呼吸誘導的組織移位。研究表明[12]，4DCT的應用能夠對呼吸運動中正常組織產生的位移進行較好的評估。4DCT測量的體積體積變化與肺活量計測量的肺容積變化之間的差異小于百分之三，因此4DCT可以更準確地估計肺容積的變化。另外、利用4DCT對沒有發生病變的食管在呼吸運動中產生的位移進行評估時，了解到食管的上段位移要要小于下段的位移，前后方向的位移要小于左右方向，96%食管運動合理外放邊界的前后方向和左右方向上的上、中、下三段食管的位移分別是5、6、8mm和5、7、9mm。

總之，4DCT作為腫瘤放療手段中的一種新型技術，多個研究表明4DCT技術能夠準確評估正常器官以及腫瘤由于呼吸引起的位移，MIP/AIP圖像則對腫瘤的運動范圍進行概括，同時能夠作為靶區勾畫的重要手段，并且能夠利用MIP/AIP圖像來優化劑量，因為我院入組病例偏少，測量的數據會有偏倚，相信隨著4D-CT定位技術的普及個發展，4D-CT定位技術會給更多病人帶來臨床獲益。