4D-CT在肺轉移瘤個體化精準放療中的研究

黃玉玲 潘純國 袁星星 周繼民 劉智華 張 云

放射治療已證實對肺癌患者，尤其是對早期肺癌或肺轉移瘤患者的局部腫瘤控制率和提高總生存率方面有顯著效果[1-2]。然而，患者的呼吸運動會造成腫瘤靶區產生形變和位移動[3-4]，因此在臨床上如何保證肺癌靶區精準度是目前研究的重點。目前主要解決方式是采用呼吸門控技術[5]，這種模式最大的好處是能足夠保證放療靶區的精準性，但會顯著延長患者的治療時間，降低放療設備的利用率和患者放療的舒適度，因此該種模式臨床上的普及率并不高。另一種模式是基于4D-CT進行腫瘤靶區和內靶區創建[6-7]，這雖然在一定程度上增加了靶區范圍，但它能確保在呼吸周期靶區不會脫靶。由于4D-CT涉及的圖像資料較多，采用何種模式確定內靶區在臨床上一直存在爭論。本研究通過比較不同模式創建的內靶區，從而尋找高效和精準的內靶區創建模式。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取2016年10月至2020年6月在本院放療中心進行放療的肺轉移瘤患者20例，患者年齡40～77歲，中位年齡50歲。男性14例，女性患者6例。左肺上葉2例、中葉5例、下葉3例，右肺上葉2例，中葉4例、下葉4例。所有患者均能行自由呼吸。

1.2 4D-CT模擬定位及圖像重建

所有患者采用塑形墊與頭頸肩面罩或頸胸膜相結合的方式進行體位固定，利用西門子大孔徑CT模擬機(SOMATOM Definition AS)行CT圖像掃描，掃描時用瓦里安RPM進行呼吸波探測，探測反光盒放置在患者腹部位置。患者在自由呼吸狀態下行4D-CT掃描，圖像掃描后導入RPM探測的呼吸波，并分別基于不同方式(0-90時相、平均時相、最大密度投影)進行圖像重建，圖像完成重建后傳入瓦里安Eclipse 13.5計劃系統進行靶區勾畫。

1.3 靶區勾畫及內靶區的形成

所有靶區的勾畫由一名具有豐富經驗的高級職稱放療醫師完成。本研究僅僅關注肺部腫瘤靶區，不涉及陽性淋巴結靶區。內靶區按以下幾種模式產生，A方式：基于10個時相疊加形成的靶區；B方式：基于最大密度投影圖像勾畫的靶區；C方式：基于CT0(吸氣末)和CT50(呼氣末)時相疊加形成的靶區；D方式：基于CT0、CT20和CT50相疊加形成的靶區；E方式：基于CT0、CT20、CT50和CT70相疊加形成的靶區；F方式：基于平均時相勾畫的靶區按前后左右各3 mm和頭腳方向5 mm方式外擴形成的靶區。

1.4 靶區差異研究

體積差異的絕對值越接近0，表明該方式的結果與參考靶區越接近；OR值位于0～1之間，越接近1表示與參考靶區重合性越好，反之則差異越大。DSC和J系數越接近1，表示與參考靶區形狀相似性越好，反之則差異越大。

1.5 統計學方法

2 結果

2.1 20例不同時相靶區體積

由表1可以看出呼吸運動對腫瘤靶區體積影響很大。

表1 20例患者在不同呼吸狀態下的腫瘤靶區體積/cc

2.2 6種ITV勾畫方式的體積及比較

20例患者基于A、B、C、D、E、F方式創建的內靶區體積范圍分別為2.0～64.0 cc，1.3～51.5 cc，1.2～56.8 cc，1.3～58.3 cc，1.4～59.6 cc，4.0～71.7 cc，體積大小分別為(15.7±17.1)cc，(13.3±14.5)cc，(13.1±15.1)cc，(13.8±15.8)cc，(14.2±16.0)cc，(21.3±19.5)cc，且B、C、E、F、G方式創建的內靶區與參考靶區差異均有統計學意義(P<0.05)，但B與C方式、D方式和E方式創建的靶區體積差異沒有統計學意義(P=0.585、0.176、0.052)。

2.3 5種ITV勾畫方式與A方式的靶區差異比較

B、C、D、E和F方式創建的內靶區與參考靶區的體積差異、重合度差異、形狀相似性差異見表2和圖1。其中E方式創建的內靶區體積差異(-12.4±7.6)和形狀相似性DSC系數(0.93±0.05)，J系數(0.86±0.08)要優于其他方式。雖然F方式靶區重合性最好(0.93±0.07)，但其體積差異、形狀相似性最差。B與C方式創建的內靶區DSC和J系數差異沒有統計學意義(P=0.486，0.803)，以及B與D方式的體積差異沒有統計學意義(P=0.377)。

表2 5種ITV勾畫方式與A方式的靶區差異

圖1 5種內靶區創建方式與參考靶區差異箱形圖

3 討論

由于呼吸運動的存在，三維CT可能造成肺轉移瘤靶區漏掃或重復掃描，因此其圖像無法真實地反映腫瘤靶區的位置和形態，臨床上為了降低此部分的影響，往往會在腫瘤靶區的基礎上外擴一定范圍生成內靶區以降低呼吸運動的影響。研究表明4D-CT圖像上腫瘤運動的偽影較少[10]，因此基于4D-CT圖像勾畫能夠有效降低呼吸運動的影響。目前勾畫10個時相CT圖像的GTV疊加生成的內靶區是生成個體化內靶區的金標準，該方式幾乎能完全消除呼吸運動的影響，實現精準確定個體化的內靶區，從而保證腫瘤能夠得到充足的照射劑量，同時最大限度降低正常組織的照射劑量[11]。但由于臨床上所勾畫的圖像數量較多，嚴重影響臨床醫生勾畫效率。

本研究系統地比較了基于MIP、極限呼吸狀態、極限呼吸結合中間狀態和平均時相外擴的方式形成內靶區與金標準形成的內靶區的差異，從而尋找臨床上最合適的內靶區產生模式。本文的研究結果表明基于MIP勾畫與基于極限呼吸時相的內靶區重合度(0.81±0.08 Vs 0.80±0.10)、形狀相似性結果(0.88±0.05 Vs 0.88±0.06)相當，但前者內靶區體積更接近基于10個時相勾畫的結果[(-16.5±7.9)% Vs(-20.2±9.7)%]。這與早期其他研究小組的研究結果一致[12-13]。有學者用4D-CT研究早期肺癌發現基于MIP勾畫與極限呼吸狀態勾畫靶區占10個時相勾畫靶區的比值 為0.86±0.077和0.848±0.074(P>0.05)[12]。MIP在圖像重建時保留了所有相位中同一空間位置的最大CT值，因此MIP圖像所見的器官是其運動包絡組成，所以MIP圖像可以較好地反映腫瘤個體化的運動范圍，依據MIP勾畫的腫瘤靶區能較好的匹配參考靶區，故有研究小組建議使用基于MIP勾畫來代替10個時相的勾畫疊加的方式[14-15]。本研究發現在極限呼吸時相上增加勾畫CT20或CT20和CT70，其內靶區的體積重合度(0.85±0.08，0.88±0.08)、形狀相似性(0.92±0.05，0.93±0.05)能得到顯著提高，且與基于最大密度投影方式勾畫差異具有統計學意義。研究結果表明基于平均時相勾畫常規外擴增加了靶區的體積和重合度，但體積差異和形狀相似性最差，也就是說該方式雖然會避免靶區漏照，但會明顯增加非靶區不必要的照射，這對個體化精準放療是極其不利的。

肺轉移瘤的局部放射治療是尤為重要的，但往往會配合采用化療、靶區或免疫治療等，因此該部分的患者精準確定靶區對降低正常組織肺照射劑量顯得尤為重要。通過4D-CT掃描，然后基于極限呼吸和CT20或CT20及CT70相結合的方式能夠替代10個呼吸時相疊加方式形成內靶區，這樣可以在大幅度減輕放療醫師勾畫工作量的同時保證靶區勾畫的精準和質量。