4D-定位CT在胸腹部腫瘤精確放療中的應(yīng)用

張利偉,婁志霞，林 琳，劉苓苓

（中國科學(xué)院合肥腫瘤醫(yī)院 安徽 合肥 230031）

1 目的

利用四維CT技術(shù)研究種精確放療中胸腹部腫瘤的運(yùn)動(dòng)情況及正常危及器官的運(yùn)動(dòng)情況，了解其運(yùn)動(dòng)規(guī)律及特點(diǎn)，指導(dǎo)原發(fā)腫瘤（Gross Tumor Volume， GTV）的內(nèi)靶區(qū)（Internal Target Volume， ITV）制定及亞臨床灶（Clinical Target Volume， CTV）的內(nèi)靶區(qū)（ITV）外放，為胸腹部腫瘤精確放療計(jì)劃靶區(qū)的制定提供可靠的參考數(shù)據(jù)[1-5]。

2 病例、設(shè)備與方法

2.1 病例選擇與患者情況

2.1.1病例入選標(biāo)準(zhǔn) （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(fā)性支氣管肺癌、原發(fā)性肝癌、食管癌或者寡轉(zhuǎn)移的肺癌或肝癌，病灶不能切除或拒絕手術(shù)的患者；（3）肺功能檢查基本正常，經(jīng)過呼吸訓(xùn)練后可主動(dòng)配合平靜、均勻呼吸；（4）Child-Pugh A級(jí)或B級(jí)肝功能，肝內(nèi)病變數(shù)不超過三個(gè)，僅限于一片葉；（5）無明顯惡液質(zhì)、黃疸，無胸腹水、無多發(fā)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移（寡轉(zhuǎn)移除外）；（6）KPS評(píng)分≥70，或ZPS評(píng)分＜2，無心肺肝腎重要器官嚴(yán)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(xué)院合肥腫瘤醫(yī)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(shè)備、材料

4D-CT設(shè)備：飛利浦公司（Philips Electric Medical Systems）生產(chǎn)的Philips Brilliance CT Big Bore，醫(yī)科達(dá)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(jìn)行簡單的呼吸訓(xùn)練，以使其保持平靜?；颊呷⊙雠P位，真空負(fù)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(zhí)行4D-CT掃描，并且在完成時(shí)，將造影劑注入常規(guī)CT改進(jìn)的場景中。

4D-CT掃描過程待呼吸曲線平穩(wěn)后，RPM：實(shí)時(shí)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(jìn)行軸向連續(xù)、快速掃描，采集不同呼吸時(shí)相的CT數(shù)據(jù)。

2.4 CT重建及配準(zhǔn)

掃描CT后，圖像被發(fā)送到焦點(diǎn)4D計(jì)劃站。該軟件系統(tǒng)列出并重塑了不同位置和不同呼吸階段的大量CT數(shù)據(jù)的呼吸循環(huán)，并接收了各種呼吸階段的十個(gè)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(huán)中的相位將ITV繪制在CTp50圖像中。

2.5 靶區(qū)、危及器官的定義及勾畫

4D-CT掃描的幾個(gè)重要參數(shù)：

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

根據(jù)ICRU 50/62報(bào)告定義GTV CTV ITV PTV PRV

2.6 靶區(qū)移動(dòng)度的測量

GTV → ITV 要考慮：

（1）器官生理運(yùn)動(dòng)造成的靶區(qū)移動(dòng)；（2）療程中器官形態(tài)變化造成的靶區(qū)移動(dòng)；（3）療程中腫瘤退縮造成的靶區(qū)形變。

胸腹部的腫瘤，都有一個(gè)共同特點(diǎn)，都受呼吸及膈肌運(yùn)動(dòng)影響關(guān)聯(lián)，所以先觀察膈肌的運(yùn)動(dòng)幅度就可以初步了解靶區(qū)的運(yùn)動(dòng)變化范圍，如表2。

表2 4D-CT與X線透視膈肌運(yùn)動(dòng)差異

2.7 靶區(qū)的運(yùn)動(dòng)測量結(jié)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(guī)增強(qiáng)CT配準(zhǔn)，對靶區(qū)在三維空間坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測量，結(jié)果如表3～表5。

2.7.1肺部靶區(qū)運(yùn)動(dòng)比較

表3 肺部靶區(qū)運(yùn)動(dòng)比較

初步結(jié)論：肺癌運(yùn)動(dòng)規(guī)律：最大運(yùn)動(dòng)幅度在頭足方向（Y軸），下葉腫瘤運(yùn)動(dòng)較大。腫瘤運(yùn)動(dòng)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(guān)；盡管有GTV的體積，但是下葉腫瘤的運(yùn)動(dòng)總是大于上葉的運(yùn)動(dòng)；縱隔貼壁腫瘤在前后方向上運(yùn)動(dòng)最大，左右運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)幅度不大，但下肺葉或后背的肺葉仍顯示較大的運(yùn)動(dòng)幅度，上葉的運(yùn)動(dòng)幅度在XY三維空間都是最小，另外，肺部腫瘤的運(yùn)動(dòng)還和患者本身的肺功能有影響，轉(zhuǎn)移瘤的動(dòng)度大于原發(fā)肺癌。

2.7.2食管的運(yùn)動(dòng)變化

初步判斷低放射性食管癌在放療期間發(fā)生顯著變化。應(yīng)明確定義食管內(nèi)部放射治療區(qū)域的邊界，以便減少并發(fā)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(qū)變化

表5 肝臟腫瘤的靶區(qū)變化

初步結(jié)論：

我們主要在Z軸方向上測量了呼吸運(yùn)動(dòng)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(bào)道：中等Z介質(zhì)12±7mm；Y軸7±2.8mm；X軸10±4mm相似。Shimizu等人使用高速M(fèi)RI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(wèi)生部推薦用于肝癌放療指導(dǎo)：CT和MRI成像技術(shù)確定GTV，CT采用動(dòng)脈期；MRI采用T2像；CT+MRI圖象融合.PTV=5-10mm+CTV。

2.8 放療計(jì)劃設(shè)計(jì)

由于現(xiàn)有的商業(yè)放療計(jì)劃系統(tǒng)（TPS）不支持4D-CT圖像，所講MIP與常規(guī)的增強(qiáng)定位CT配準(zhǔn)后傳入TPS，確定敏感器官，開具處方劑量，明確目標(biāo)函數(shù)及危及器官界值。

2.9 優(yōu)化，驗(yàn)證

由資深的放療醫(yī)師和物理師共同確認(rèn)治療計(jì)劃，無誤后傳至4D-Axesse高能直線加速器進(jìn)行治療。

3 總結(jié)

器官運(yùn)動(dòng)影響CT模擬定位的準(zhǔn)確性，4D-CT增加圖像清晰度，減少運(yùn)動(dòng)偽影，4D-CT反映器官運(yùn)動(dòng)，可個(gè)體化確定ITV，MIP可用于肺內(nèi)孤立病灶的靶區(qū)勾畫，胸腹部內(nèi)腫瘤運(yùn)動(dòng)具有一定的規(guī)律性，對這些規(guī)律的認(rèn)識(shí)有助于精確放療的進(jìn)行。傳統(tǒng)的3D程序具有丟失目標(biāo)區(qū)域或超過目標(biāo)區(qū)域的缺陷。4D-CT技術(shù)可以用來準(zhǔn)確地定位3DCRT下的目標(biāo)區(qū)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(biāo)區(qū)域；更有利于正常的組織保護(hù)。特別是對于呼吸運(yùn)動(dòng)幅度較大的案例[6，7]。

4 討論

在確定胸部靶向區(qū)域和腹部CT定位4D的應(yīng)用分析中，有經(jīng)驗(yàn)的四點(diǎn)：

（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(yùn)動(dòng)和國際PTV標(biāo)準(zhǔn)識(shí)別。當(dāng)然，4DPTV限制為15mm，內(nèi)部限制為5mm，PTV標(biāo)準(zhǔn)限制為20mm，內(nèi)部限制為10mm。與PTV標(biāo)準(zhǔn)相比，4DPTV適度降低了12%，因此使用了4DCT，評(píng)估個(gè)體腫瘤運(yùn)動(dòng)和確定治療區(qū)靶區(qū)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(qū)快速勾畫出來。通過利用MIP圖像能使內(nèi)在靶題記快速產(chǎn)生。MIP能夠?yàn)榉伟┗颊呖焖俚倪x擇出合適的呼吸門控方式，通過MIP圖像能夠?qū)袇^(qū)的CT圖像快速的勾畫出，包括呼吸引起的腫瘤運(yùn)動(dòng)范圍[9，10]。

（3）使用4DCT圖像重建估計(jì)腫瘤位移。4DCT的一種重要功能就是對靶區(qū)和器官的位置變化進(jìn)行評(píng)估，在制定和實(shí)施放療技術(shù)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(jì)劃的制定和實(shí)施重要性[11]。

（4）使用4DCT圖像重建還能夠評(píng)估正常呼吸誘導(dǎo)的組織移位。研究表明[12]，4DCT的應(yīng)用能夠?qū)粑\(yùn)動(dòng)中正常組織產(chǎn)生的位移進(jìn)行較好的評(píng)估。4DCT測量的體積體積變化與肺活量計(jì)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(zhǔn)確地估計(jì)肺容積的變化。另外、利用4DCT對沒有發(fā)生病變的食管在呼吸運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的位移進(jìn)行評(píng)估時(shí)，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(yùn)動(dòng)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(shù)，多個(gè)研究表明4DCT技術(shù)能夠準(zhǔn)確評(píng)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(yùn)動(dòng)范圍進(jìn)行概括，同時(shí)能夠作為靶區(qū)勾畫的重要手段，并且能夠利用MIP/AIP圖像來優(yōu)化劑量，因?yàn)槲以喝虢M病例偏少，測量的數(shù)據(jù)會(huì)有偏倚，相信隨著4D-CT定位技術(shù)的普及個(gè)發(fā)展，4D-CT定位技術(shù)會(huì)給更多病人帶來臨床獲益。