四維CT技術(shù)在放療中的應(yīng)用

時飛躍，陳 飛，林 強(qiáng)，陳 成，茹正興，韓晶晶，陳錦飛

四維CT技術(shù)在放療中的應(yīng)用

時飛躍，陳 飛，林 強(qiáng)，陳 成，茹正興，韓晶晶，陳錦飛

介紹了四維CT技術(shù)在國內(nèi)腫瘤放療中的應(yīng)用現(xiàn)狀，闡述了四維CT圖像采集的軟件參數(shù)設(shè)置方法和具體操作步驟，以及使用四維CT圖像勾畫腫瘤靶區(qū)的應(yīng)用方法，以期提高診斷的準(zhǔn)確率，更好地為臨床服務(wù)。

四維CT；放射治療；呼吸門控系統(tǒng)

0 引言

隨著現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)和醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展，腫瘤放射治療步入了精確放療時代?；颊咂鞴偕磉\動導(dǎo)致的靶區(qū)移動是影響精確放療的重要因素。造成靶區(qū)移動的原因有多種，其中以呼吸運動最為顯著[1]。ICRU 62號報告提出內(nèi)靶體積（internal targetvolume，ITV）的概念，定義為正常器官生理運動而導(dǎo)致的臨床靶區(qū)體積（clinical target volume，CTV）在三維空間上的變異。近年來出現(xiàn)的四維CT（four-dimensional computed tomography，4D-CT）技術(shù)，能夠記錄患者的呼吸運動并將時間信息整合到CT圖像中，得到與呼吸運動相伴隨的空間運動特征及呼吸周期各個時相的三維CT影像[2]。四維CT不僅能真實再現(xiàn)腫瘤的形態(tài)，而且能反映腫瘤的運動規(guī)律，物理師和劑量師可據(jù)此進(jìn)行個體化的放療計劃設(shè)計。四維CT技術(shù)已被應(yīng)用于胸腹部腫瘤（肺癌、乳腺癌、食管癌等）的治療和研究工作中[3-4]。已有的文獻(xiàn)研究工作中，國內(nèi)放療部門進(jìn)行四維CT掃描，使用的多是飛利浦和GE的大孔徑CT模擬機(jī)，使用西門子大孔徑CT模擬機(jī)進(jìn)行四維CT掃描的工作鮮有報道[1，3-4]。我部門配備了西門子大孔徑CT模擬機(jī)和瓦里安實時位置管理（real-time position management，RPM）系統(tǒng)，實現(xiàn)了對腫瘤患者四維CT圖像的采集和應(yīng)用。

1 設(shè)備

（1）CT模擬機(jī)：西門子公司生產(chǎn)的SOMATOM Sensation Open CT模擬機(jī)，機(jī)架孔徑82 cm。除主機(jī)和輔機(jī)工作站外，還配有一臺具有虛擬模擬軟件的Vsim工作站。（2）治療計劃系統(tǒng)：瓦里安Eclipse治療計劃系統(tǒng)，版本為8.6。（3）呼吸門控系統(tǒng)：瓦里安RPM呼吸門控系統(tǒng)，包括紅外線攝像機(jī)、含有熒光標(biāo)記點的輕質(zhì)塑料塊及RPM工作站等。其中一臺RPM工作站位于CT模擬機(jī)控制室內(nèi)，RPM軟件版本為1.7。

2 四維CT圖像的采集

2.1 參數(shù)設(shè)置

在CT主機(jī)工作站上，通過Options/Configuration…菜單打開Somaris/5-Configuration Panel工作窗口，雙擊其上的“Respiratory Gating”圖標(biāo)，在彈出的“Respiratory Gating”對話框上，確認(rèn)Open Interface條目被選中。

在CT控制室里的RPM工作站上，打開RPM Respiratory Gating System 1.7程序窗口界面，通過View/System Configuration..菜單打開“System Configuration（系統(tǒng)配置）”對話框，點擊“Advanced..”按鈕，在輸入密碼后彈出“Advanced Options（高級選項）”對話框，確認(rèn)在System Type（系統(tǒng)類型）中，CTRetrospective選項被選中。

將CT主機(jī)工作站H盤里的OffLine文件夾映像為RPM工作站上的J盤。在RPM Respiratory Gating System 1.7程序的系統(tǒng)配置中，Export file location（輸出文件位置）設(shè)定為J盤。這樣設(shè)置是為了將RPM系統(tǒng)記錄的患者呼吸運動曲線保存在J盤（即OffLine文件夾）里，供重建CT圖像時調(diào)用。

以上為比較重要的3個參數(shù)設(shè)置。其余的參數(shù)設(shè)置，根據(jù)廠家工程師的建議及本部門的具體情況選擇和設(shè)定。例如，在RPM工作站呼吸運動曲線文件的輸出文件名格式，我們選擇PatientID_Session Number.vxp。

2.2 患者擺位

在CT控制室里，打開CT主機(jī)工作站和RPM工作站的相應(yīng)程序，錄入患者姓、名、ID號等信息，進(jìn)入工作界面。在CT模擬機(jī)房里，將RPM系統(tǒng)的紅外線攝像機(jī)放置在CT掃描床床尾并固定。放療技師對CT掃描床上的患者進(jìn)行擺位，然后在患者胸腹部的適當(dāng)位置放置一個輕質(zhì)塑料塊。該輕質(zhì)塑料塊上有2個熒光標(biāo)記點，打開紅外線攝像機(jī)，探測輕質(zhì)塑料塊上的熒光標(biāo)記點。2個熒光標(biāo)記點隨患者呼吸而形成運動軌跡被轉(zhuǎn)換為呼吸運動信息，用以表示呼吸周期長度及呼吸運動幅度，這些都在RPM工作站的程序界面上被同步顯示。圖1為RPM程序界面顯示的某位患者的呼吸運動曲線。

圖1 RPM工作站顯示的某位患者的呼吸曲線

2.3 CT掃描

在CT主機(jī)工作站上，選擇患者的體位和掃描協(xié)議。對用呼吸門控且每分鐘呼吸次數(shù)大于12的情形（常見），選用Resp掃描協(xié)議。該掃描方案默認(rèn)的一些掃描參數(shù)為：管電壓為120 kV，有效曝光量為400mAs，層厚為3.0mm，重建增量為2.0mm，卷積核為B30f。對用呼吸門控且每分鐘呼吸次數(shù)大于6且小于12的情形，選用Resp Low Breath Rate掃描方案。具體應(yīng)用時可根據(jù)實際情況更改掃描協(xié)議中的一些參數(shù)。

操作CT機(jī)，首先獲取患者的定位像（topogram），然后在患者定位像上選擇掃描范圍。確認(rèn)RPM工作站程序處于Record狀態(tài)后，使用呼吸門控掃描協(xié)議（通常為Resp）對患者進(jìn)行螺旋CT掃描。與一般的螺旋CT掃描相比，使用呼吸門控掃描的時間更長。掃描范圍為30 cm的情況下，約需53 s完成。螺旋掃描結(jié)束后，在RPM程序上按“Stop”按鈕結(jié)束監(jiān)測呼吸運動，并將呼吸運動數(shù)據(jù)保存為后綴為“.vxp”的文件（例如某文件名為“0241_34.vxp”）至J盤（即OffLine文件夾）中。

2.4 圖像重建

在CT主機(jī)工作站上，將存至OffLine文件夾中的患者呼吸運動曲線文件導(dǎo)入，這時在Trigger（觸發(fā)）卡上可見導(dǎo)入的患者呼吸運動曲線。在Phase Start（相位啟動）后，選擇“%Pi”并填入想要重建的呼吸時相數(shù)字，點擊“Recon”按鈕，重建該時相的CT圖像?？梢赃x擇以10%為時相間隔將每個呼吸周期圖像分為10個呼吸時相，從0%、10%、20%……，至90%結(jié)束。也可以以其他時相間隔分割呼吸周期。圖2為某患者以25%的時相間隔分割呼吸周期的示意圖。

圖2 某位患者的呼吸曲線及重建相位

3 靶區(qū)勾畫

首先，將患者的四維CT圖像傳輸并導(dǎo)入至E－clipse治療計劃系統(tǒng)。圖像導(dǎo)入時，四維CT圖像與普通三維CT圖像略有不同。Eclipse會自動將屬于同一組不同呼吸時相的三維CT圖像導(dǎo)入并登記（register）為一個四維圖像。例如，某位患者的四維圖像4D_CT1，包含4套三維CT圖像CT25、CT50、CT75和CT100（分別代表呼吸相位25%、50%、75%和100%的三維CT圖像）。

然后，放療醫(yī)師打開Eclipse的Countoring工作界面，在四維圖像中每一套呼吸時相的三維CT圖像上，使用勾畫工具勾畫出腫瘤臨床靶區(qū)CTV。待所有CTV結(jié)構(gòu)勾畫完畢，選擇將用來制作治療計劃的那一套三維CT圖像，在其結(jié)構(gòu)集合（Structure Set）上建立一個空的結(jié)構(gòu)Sum CTV（或ITV）。選中該結(jié)構(gòu)并點擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇4D Structure Merge…，則彈出“4D Structure Merge”對話框。在對話框上先在Createmerge of下拉列表中選擇Sum CTV（或ITV），然后在Using images復(fù)選框中選擇各呼吸時相的三維CT圖像，選擇完畢點擊“OK”按鈕，則選取的各套CT圖像中的CTV結(jié)構(gòu)合并得到Sum CTV（或ITV）。Sum CTV（或ITV）的體積比各套CT圖像中CTV的體積都要大，例如某位患者 4套 CT圖像中 CTV的體積分別為 260.31、263.30、261.47和 258.79 cm3，Sum CTV的體積為406.79 cm3。

最后，放療醫(yī)師根據(jù)本部門的擺位誤差數(shù)據(jù)對Sum CTV（或ITV）外放一定的邊界得到計劃靶區(qū)體積（planning targetvolume，PTV）。腫瘤靶區(qū)和關(guān)鍵

（????）（????）器官組織勾畫完畢后，物理師開始制作放療計劃。

4 討論

我部進(jìn)行四維CT掃描用到了西門子和瓦里安2家公司的硬件設(shè)備和應(yīng)用軟件。在應(yīng)用中，這2家公司的設(shè)備需要進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換。為此，在裝機(jī)準(zhǔn)備階段，2家公司的多位工程師和應(yīng)用培訓(xùn)人員以及我部的放療工作人員，共同合作解決了多項問題，才最終實現(xiàn)了四維CT圖像的采集和應(yīng)用。

在呼吸周期中，時相為0%、10%、20%至90%的10套CT圖像上勾畫腫瘤靶區(qū)和正常組織器官，工作量非常繁重，在實際工作中不易實施。較為簡化的方法是，何瀚等推薦以平靜呼氣末和吸氣末以及中間狀態(tài)20%時相3個時相的融合圖像代表整個呼吸周期[1]。文獻(xiàn)還表明，4DCT平均肺體積與對應(yīng)的呼吸時相在20%、30%和80%時相接近，提示該3個時相可作為放療計劃劑量計算時相的選擇。在具體應(yīng)用中，我部傾向于使用0%、25%、50%和75%時相的4套CT圖像；在選取放療計劃劑量計算時相時，傾向于選擇25%或75%時相的CT圖像。

本文介紹了使用西門子CT模擬機(jī)和瓦里安RPM呼吸門控系統(tǒng)進(jìn)行四維CT圖像采集和靶區(qū)勾畫的參數(shù)設(shè)置、操作步驟和應(yīng)用情況。四維CT的實現(xiàn)和應(yīng)用，將患者呼吸運動因素融入了重建的CT圖像中，克服了普通三維CT圖像在這方面的不足。放療工作人員要運用好這一工具，更好地為廣大腫瘤患者服務(wù)。

志謝 衷心感謝江蘇省腫瘤醫(yī)院吳建峰主任、陳誠醫(yī)生和尹麗醫(yī)生在四維CT應(yīng)用工作中的幫助和支持。

[1]何瀚，包勇，張黎，等.四維CT中MIP融合圖像的肺癌內(nèi)靶體積確定[J].中國腫瘤，2007，16（4）：267-271.

[2]張書旭，周凌宏，徐海榮，等.4D-CT重建及其應(yīng)用研究新進(jìn)展[J].中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2009，26（2）：1 046-1 050.

[3]肖鋒，譚麗娜，孫曉歡，等.呼吸運動對肺癌動態(tài)調(diào)強(qiáng)放療劑量分布的影響[J].現(xiàn)代腫瘤醫(yī)學(xué)，2012，20（3）：608-611.

[4]王素貞，李建彬，張英杰，等.基于3D-CT與4D-CT勾畫保留乳房手術(shù)后全乳靶區(qū)的比較研究[J].中華乳腺病雜志：電子版，2012，6（5）：494-503.

（收稿：2013-07-11 修回：2013-12-10）

Application of 4D-CT technique in radiotherapy

SHIFei-yue,CHEN Fei,LIN Qiang,CHEN Cheng,RU Zheng-xing,HAN Jing-jing,CHEN Jin-fei
（Center of Radiation Therapy,Nanjing First Hospital,Nanjing Medical University,Nanjing 210006,China）

The application of 4D-CT technique in radiotherapy in China is introduced.The software parameter setup and operating procedure for 4D-CT image acquisition are described,and the ways to contour tumor target are also discussed. [Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（7）：114-115，141]

four-dimensional computed tomography;radiotherapy;respiratory gating system

R318.6；TH774

A

1003-8868（2014）07-0114-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.07.114

南京醫(yī)科大學(xué)科技發(fā)展基金面上項目（2011NJMU013）

時飛躍（1983—），男，博士，物理師，助理研究員，主要從事腫瘤放射物理方面的研究工作，E-mail：shifeiyue2013@126.com。

210006南京，南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院，南京市第一醫(yī)院腫瘤放療中心（時飛躍，陳 飛，林 強(qiáng)，陳 成，茹正興，韓晶晶，陳錦飛）