PET/CT聯(lián)合4DCT在食管癌放療中的應(yīng)用*

何 瀚，黃 榮，蔣 軍

(廣東省佛山市第一人民醫(yī)院胸腹放療科 528000)

論著·臨床研究

PET/CT聯(lián)合4DCT在食管癌放療中的應(yīng)用*

何 瀚，黃 榮，蔣 軍

(廣東省佛山市第一人民醫(yī)院胸腹放療科 528000)

目的分析標(biāo)準(zhǔn)攝取值(SUV)閾值下的正電子發(fā)射體層顯像(PET)/CT和全時(shí)相4DCT在食管癌靶區(qū)勾畫的相關(guān)性，探索能準(zhǔn)確反映靶區(qū)空間運(yùn)動(dòng)的最優(yōu)SUV值。方法將該院初治的82例食管癌患者于同一天分別行PET/CT和4DCT掃描定位，選取不同SUV閾值(≥2.0、2.5、3.0、3.5)及最大SUV值的百分比(≥20% SUVmax、30% SUVmax、40% SUVmax)勾畫PET/CT靶區(qū)內(nèi)大體腫瘤體積(IGTV)PET/CT，疊加各時(shí)相4DCT靶區(qū)得到包含所有呼吸狀態(tài)的靶區(qū)IGTV10，對(duì)比兩圖像的靶區(qū)中心偏移、體積比和適形指數(shù)(CI)，選出與4DCT靶區(qū)配準(zhǔn)度相對(duì)較好的SUV值，并分析該閾值下靶區(qū)中心偏移、體積比和CI分別與IGTV10體積、IGTV10長(zhǎng)軸徑、頭腳方向位移及空間運(yùn)動(dòng)位移的相關(guān)性。結(jié)果SUV取2.0或20% SUVmax時(shí)，4DCT和PET/CT圖像靶區(qū)空間匹配程度較好。IGTVPET2.0、IGTVPET20%與IGTV10的靶區(qū)中心偏移在頭腳方向位移和空間運(yùn)動(dòng)位移上均呈正相關(guān)(P<0.05)；體積比在IGTV10體積、IGTV10長(zhǎng)軸徑、頭腳方向位移及空間運(yùn)動(dòng)位移間均無(wú)相關(guān)性(P>0.05)；CI在IGTV10體積和IGTV10長(zhǎng)軸徑上呈正相關(guān)，在頭腳方向位移及空間運(yùn)動(dòng)位移上呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)。結(jié)論SUV取2.0和20% SUVmax時(shí)，PET/CT與全時(shí)相4DCT勾畫食管癌靶區(qū)的體積相近，但在適形度上二者仍有一定偏差，應(yīng)對(duì)PET/CT閾值及4DCT時(shí)相選取做進(jìn)一步研究。

食管腫瘤；放射治療；靶區(qū)勾畫；正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像；四維計(jì)算機(jī)斷層成像

食管癌是我國(guó)發(fā)病率較高的惡性腫瘤，其發(fā)病率高居第5位[1]。采用合理的手段治療食管癌，能有效提高食管癌的控制率，延長(zhǎng)患者生存期。當(dāng)前，立體定向放療已經(jīng)成為治療食管癌的重要手段，但傳統(tǒng)的3DCT定位技術(shù)由于只能對(duì)患者病灶的某一時(shí)刻成像，無(wú)法克服呼吸運(yùn)動(dòng)和心臟搏動(dòng)的影響，因此在放療時(shí)容易造成靶區(qū)移出治療射野外。4DCT技術(shù)能夠?qū)颊叩母鱾€(gè)呼吸時(shí)相進(jìn)行掃描，重建出腫瘤在每個(gè)呼吸運(yùn)動(dòng)下的狀態(tài)，很好地彌補(bǔ)了3DCT的不足[2-3]。正電子發(fā)射體層顯像(PET)/CT聯(lián)合4DCT進(jìn)行腫瘤定位可以減少勾畫者主觀因素引起的誤差和器官運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的偽影。本研究將PET/CT下不同標(biāo)準(zhǔn)攝取值(SUV)閾值勾畫的靶區(qū)IGTVPET/CT(IGTV：內(nèi)大體腫瘤體積)與4DCT下全時(shí)相融合靶區(qū)IGTV10進(jìn)行比較，分析二者的關(guān)聯(lián)性，以及IGTVPET/CT和IGTV10兩種靶區(qū)的靶區(qū)中心偏移、體積比和適形指數(shù)(CI)的差異，為腫瘤的精確放療提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1一般資料 收集2015年1月至2016年12月本院初治食管癌患者82例，其中男53例，女29例；年齡49～84歲，中位年齡69歲；所有患者均經(jīng)病理確診為鱗癌，Ⅲ期52例，Ⅳ期30例；病灶分別位于食管上段39例，食管中段29例，食管下段14例。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)患者經(jīng)食管鏡或病理確診為食管癌；(2)臨床分期為局部Ⅲ期或部分Ⅳ期，且經(jīng)影像學(xué)證實(shí)無(wú)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移；(3)患者生存質(zhì)量卡氏評(píng)分(KPS)大于70分，心肺功能基本正常，能完成呼吸訓(xùn)練；(4)患者空腹?fàn)顟B(tài)下血糖在正常水平，或經(jīng)藥物控制在正常水平；(5)患者中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)大于或等于1.5×109/L，血小板大于或等于100×109/L，血紅蛋白大于或等于100 g/L，肝腎功能基本正常；(6)經(jīng)患者及家屬同意，并簽署知情同意書。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)既往或現(xiàn)在患有其他惡性腫瘤；(2)患者存在放化療禁忌證；(3)出現(xiàn)嚴(yán)重的消化道反應(yīng)；(4)患者或家屬放棄治療。本研究經(jīng)倫理委員會(huì)審查批準(zhǔn)。

1.2方法

1.2.13DCT和4DCT圖像的采集 所有患者均采用仰臥位，選擇負(fù)壓真空袋結(jié)合熱塑體模固定。定位采用GE大孔徑CT(Discovery CT590 RT)，患者在經(jīng)呼吸訓(xùn)練后分別行3DCT和4DCT掃描，3DCT軸位掃描周期為2.8 s(掃描時(shí)間1 s、掃描范圍2.4 cm、間隔時(shí)間1.8 s)，層厚3 mm。4DCT掃描時(shí)間大于60 s，重建層厚3 mm。利用瓦里安公司的實(shí)時(shí)位置管理(RPM)系統(tǒng)追蹤4DCT掃描的呼吸運(yùn)動(dòng)時(shí)相。在患者劍突處放置兩個(gè)熒光標(biāo)記點(diǎn)，在床尾處放置紅外攝像裝置以檢測(cè)標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。工作站將攝像裝置檢測(cè)到的標(biāo)記點(diǎn)軌跡信號(hào)轉(zhuǎn)換成呼吸信號(hào)，RPM將呼吸周期平均分為10個(gè)時(shí)相并歸類對(duì)應(yīng)時(shí)相下的4DCT，其中，將吸氣末定為0%時(shí)相。

1.2.2PET/CT圖像的采集 確定患者血糖水平正常后，靜脈注射18氟脫氧葡萄糖(18F-FDG)0.15 mCi/kg，45 min后行全身PET/CT顯像。靜息60 min，采用與3D/4DCT相同的固定裝置和體位，行PET/CT掃描。先行胸部CT掃描，結(jié)束后立刻進(jìn)行PET圖像采集，采集時(shí)間為每個(gè)床位2 min，共采集3～5個(gè)床位。PET和CT采集層厚分別為4.25 mm和5 mm。將掃描完的PET圖像和CT圖像進(jìn)行重建并融合。圖像重建采用有序子集最大期望值法，利用CT透射掃描數(shù)據(jù)對(duì)PET圖像進(jìn)行衰減矯正，得到PET圖像和CT圖像。

1.2.3圖像配準(zhǔn) 將采集的3DCT、4DCT及PET/CT圖像傳至MIM軟件，以3DCT為標(biāo)準(zhǔn)圖像，將PET/CT的CT圖像與其按照灰度配準(zhǔn)，在不改變?cè)紙D像灰度信息的情況下，基于解剖結(jié)構(gòu)微調(diào)邊界及輪廓。4DCT及PET圖像自動(dòng)配準(zhǔn)到此坐標(biāo)系下。

1.2.4靶區(qū)的勾畫 按照國(guó)際輻射單位和測(cè)定委員會(huì)(ICRU)50號(hào)[4]及62號(hào)[5]報(bào)告對(duì)3D/4DCT圖像進(jìn)行靶區(qū)勾畫，靶區(qū)勾畫的CT條件為窗寬850 HU,窗位-750 HU，將食管厚度大于5 mm或充氣狀態(tài)下厚度大于10 mm作為大體腫瘤靶區(qū)(GTV)。將4DCT各個(gè)時(shí)相采集到的GTV疊加得到10個(gè)時(shí)相下的腫瘤靶區(qū)IGTV10。對(duì)PET/CT圖像勾畫靶區(qū)時(shí)則基于不同的SUV閾值，將不同SUV值(≥2.0、2.5、3.0、3.5)及最大SUV值的百分比(≥20% SUVmax、30% SUVmax、40% SUVmax)作為靶區(qū)分區(qū)的條件，分別得到靶區(qū)IGTVPET2.0、IGTVPET2.5、IGTVPET3.0、IGTVPET3.5，以及IGTVPET20%、IGTVPET30%、IGTVPET40%[6-8]。比較4DCT靶區(qū)和不同SUV閾值的PET/CT靶區(qū)的相關(guān)性。

1.2.5靶區(qū)中心偏移、體積比和CI的計(jì)算 靶區(qū)中心的計(jì)算：計(jì)算4DCT和PET/CT靶區(qū)中心的空間坐標(biāo)，二者之差在左右方向記為△x，頭腳方向記為△y，腹背方向記為△z，利用空間距離公式(△x2+△y2+△z2)1/2得到靶區(qū)中心的距離。體積比的計(jì)算：體積比定義為IGTV10與IGTVPET體積的比值，與SUV閾值選取有關(guān)；CI的計(jì)算：CI定義為4DCT和PET/CT靶區(qū)的交集與并集的比值，即(IGTV10∩IGTVPET)/(IGTV10∪IGTVPET)[7]。CI反映4DCT和PET/CT靶區(qū)在形狀和位置上的匹配程度，CI=1表示靶區(qū)完全重合。

2 結(jié) 果

2.14DCT和PET/CT的靶區(qū)中心偏移、體積比和CI對(duì)比 將82例食管癌患者IGTV10和各IGTVPET的靶區(qū)中心偏移、體積比和CI進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)SUV閾值取SUV=2.0和20% SUVmax時(shí)，4DCT和PET/CT圖像在靶區(qū)中心的偏移量和體積差異最小，且CI高于其他閾值，見表1。因此，選擇SUV為2.0和20% SUVmax作為進(jìn)一步研究指標(biāo)。圖1為某例食管癌患者4DCT圖像勾畫IGTV10(綠色)和PET-CT圖像勾畫IGTVPET2.0(紅色)在橫截位、矢狀位和冠狀位的配準(zhǔn)結(jié)果。

2.2IGTVPET2.0、IGTVPET20%與IGTV10的相關(guān)性分析 IGTVPET2.0、IGTVPET20%與IGTV10在IGTV10體積、IGTV10長(zhǎng)軸徑、頭腳方向位移及空間運(yùn)動(dòng)位移的相關(guān)性見表2。結(jié)果顯示，在靶區(qū)中心偏移方面，IGTVPET2.0及IGTVPET20%與IGTV10在頭腳方向位移和空間運(yùn)動(dòng)位移上均呈正相關(guān)；在體積比方面，IGTVPET2.0及IGTVPET20%與IGTV10在IGTV10體積、IGTV10長(zhǎng)軸徑、頭腳方向位移及空間運(yùn)動(dòng)位移間均無(wú)相關(guān)性；在CI方面，IGTVPET2.0及IGTVPET20%與IGTV10在IGTV10體積和IGTV10長(zhǎng)軸徑上呈正相關(guān)，在頭腳方向位移及空間運(yùn)動(dòng)位移上呈負(fù)相關(guān)。

表1 82例食管癌患者IGTV10和各IGTVPET的靶區(qū)中心偏移、體積比和CI對(duì)比

表2 82例食管癌患者在IGTV10體積、IGTV10長(zhǎng)軸徑、頭腳方向位移及空間運(yùn)動(dòng)位移間的相關(guān)性

A：橫截位；B：矢狀位；C：冠狀位

圖1 IGTV10和IGTVPET2.0的靶區(qū)配準(zhǔn)結(jié)果

3 討 論

食管癌精確放療的準(zhǔn)確性受呼吸運(yùn)動(dòng)、食管蠕動(dòng)及心臟搏動(dòng)等諸多因素的影響，其中呼吸運(yùn)動(dòng)為最主要的影響因素[9]，通過(guò)4DCT構(gòu)建全時(shí)相的呼吸周期可以將上述因素考慮在內(nèi)。但CT本身存在偽影，且醫(yī)師在勾畫靶區(qū)時(shí)存在主觀性，使得食管癌邊界的勾畫存在一定難度。PET/CT在腫瘤診斷方面有很大優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)成為腫瘤靶區(qū)勾畫研究的熱點(diǎn)[10]。PET/CT通過(guò)設(shè)置SUV閾值能夠自動(dòng)識(shí)別腫瘤靶區(qū)，克服了醫(yī)師的主觀因素。但PET/CT存在空間分辨率差的缺點(diǎn)，腫瘤運(yùn)動(dòng)對(duì)成像質(zhì)量影響較大，同時(shí)，閾值選擇的不確定性也會(huì)影響靶區(qū)勾畫的準(zhǔn)確度。本研究通過(guò)設(shè)置不同SUV閾值，力圖找到最佳的SUV，食管癌的PET/CT和4DCT圖像在空間上盡可能一致。

本研究結(jié)果顯示，當(dāng)SUV閾值取2.0和20% SUVmax時(shí)，4DCT和PET/CT圖像空間匹配程度最高。這與Wang等[8]得到的研究結(jié)果一致。在比較IGTVPET2.0、IGTVPET20%與IGTV10在IGTV10體積、IGTV10長(zhǎng)軸徑、頭腳方向位移及空間運(yùn)動(dòng)位移間的相關(guān)性時(shí)發(fā)現(xiàn)，IGTVPET2.0、IGTVPET20%與IGTV10的靶區(qū)中心偏移在頭腳方向位移和空間運(yùn)動(dòng)位移上均呈正相關(guān)；體積比在IGTV10體積、IGTV10長(zhǎng)軸徑、頭腳方向位移及空間運(yùn)動(dòng)位移間均無(wú)相關(guān)性；CI在IGTV10體積和IGTV10長(zhǎng)軸徑上呈正相關(guān)，在頭腳方向位移及空間運(yùn)動(dòng)位移上呈負(fù)相關(guān)。因此，雖然SUV取2.0和20% SUVmax時(shí)4DCT和PET/CT的空間匹配程度高于其他閾值，但仍然不能使PET/CT代替4DCT，這主要表現(xiàn)在IGTVPET與IGTV10的CI在IGTV10體積、IGTV10長(zhǎng)軸徑、頭腳方向位移及空間運(yùn)動(dòng)位移間均有相關(guān)性。

影響兩靶區(qū)CI的因素主要是靶區(qū)體積、形狀和位置偏移。觀察上述結(jié)果，SUV取2.0和20% SUVmax時(shí)，IGTV10和IGTVPET靶區(qū)中心偏移量分別為1.78±1.19和1.95±1.05，且體積比接近于1，但CI僅為0.61±0.20和0.59±0.19。因此，本研究中影響CI的主要因素是靶區(qū)形狀的改變。這可能是由于4DCT的主觀因素和PET/CT空間分辨率低導(dǎo)致二者邊界不一致。

此外，產(chǎn)生4DCT與PET/CT圖像匹配差異的原因，還與患者在圖像掃描時(shí)的呼吸幅度和頻率不一致有關(guān)，因此患者在定位前應(yīng)先接受必要的呼吸訓(xùn)練。最后，患者體內(nèi)的18F-FDG水平不均勻也會(huì)導(dǎo)致差異產(chǎn)生，壞死病灶和炎癥可能會(huì)干擾腫瘤的勾畫[11]，僅憑借SUV值很難獲得精確的病灶信息。

多影像聯(lián)合勾畫食管癌靶區(qū)可以彌補(bǔ)單一影像手段的不足。全時(shí)相4DCT雖能消除靶區(qū)運(yùn)動(dòng)的不確定性，包含靶區(qū)空間的運(yùn)動(dòng)信息，但其存在靶區(qū)被高估的可能，而EE時(shí)相下的GTV被認(rèn)為較接近實(shí)際腫瘤大小[12]。因此，單純采用全時(shí)相4DCT配準(zhǔn)4DCT和PET/CT是不可靠的，如何消除配準(zhǔn)圖像之間的空間錯(cuò)位、提高邊緣適形度還需要進(jìn)一步研究。

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ApplicationofPET/CTcombinedwith4DCTinradiotherapyofesophagealcarcinoma*

HeHan,HuangRong,JiangJun

(DepartmentofChestandAbdomenRadiotherapy,FoshanMunicipalFirstPeople′sHospital,Foshan,Guangdong528000,China)

ObjectiveTo study the correlation of positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) under different standardized uptake value (SUV) thresholds and full time four-dimensional computed tomography (4DCT) in esophageal carcinoma target delineation and explore the optimum SUV value that can accurately reflect the spatial movement of the target.MethodsEighty-two patients with esophageal cancer initial treatment in this hospital were respectively performed the scanning localization by PET/CT and 4DCT on the same day.Then different SUV thresholds (≥2.0,2.5,3.0,3.5) and the percentage of maximum SUV value (≥20% SUVmax,30% SUVmax,40% SUVmax) were selected to delineate the internal gross target volume (IGTV)PET/CTin PET/CT,the ten phases of the 4DCT were collected to obtain the full time target IGTV10,the target center offset,volume ratio and conformity index (CI) were compared between the two images,the relatively good SUV value with the registration in 4DCT target was picked out,then the correlation between the target center offset,volume ratio and CI with the IGTV10volume,long axial diameter of IGTV10,displacement of head-to-foot direction and spatial motion was analyzed.ResultsWhen the SUV threshold was 2.0 or 20% SUVmax,the spatial matching degree of 4DCT and PET/CT images was better.The head-to-foot direction displacement and special motion displacement in the target center offset of IGTVPET2.0,IGTVPET20%and IGTV10showed the positive correlation (P<0.05);the volume ratio had no correlation with the IGTV10volume,IGTV10long axial diameter,head-to-foot direction displacement and special motion displacement (P>0.05);CI had positive correlation with IGTV10volume and IGTV10long axial diameter,while had negative correlation with the head-to-foot direction displacement and special motion displacement (P<0.05).ConclusionWhen SUV taking 2.0 or 20% SUVmax,the esophageal carcinoma target volume of PET/CT is similar to that of full time 4DCT,but there are still some deviations in the conformity index,therefore the PET/CT threshold value and 4DCT time phase selection should be further studied.

esophageal neoplasms；radiotherapy；target delineation；positron emission tomography；four-dimensional computed tomography

10.3969/j.issn.1671-8348.2017.35.020

廣東省佛山市科技發(fā)展專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2015AB00291)。

何瀚(1979-)，副主任醫(yī)師，碩士，主要從事腫瘤放射治療方面的研究。

R735.1

A

1671-8348(2017)35-4963-03

2017-06-22

2017-09-16)