基于四维CT的肝脏各部分和膈肌的呼吸移动度的分析

龚敏 胡伟刚 陆惠忠 虞维博 许青 章真

（复旦大学附属肿瘤医院放疗科，上海 200032）

基于四维CT的肝脏各部分和膈肌的呼吸移动度的分析

龚敏 胡伟刚 陆惠忠 虞维博 许青 章真

（复旦大学附属肿瘤医院放疗科，上海 200032）

目的:用四维CT（four－dimensional computed tomography，4DCT）的方法研究膈肌和肝脏各部分的呼吸移动度，并分析它们之间的关系。方法:对31例有肝脏内占位性病灶的患者行静脉增强4DCT扫描，在生成的10个呼吸时相的CT图像上分别勾画膈肌、肝脏内占位性病灶并测量其呼吸移动度。结果:膈肌在头脚方向上的呼吸移动度为（9.9±3.8）mm。肝脏各部分的呼吸移动度不等，肝右叶上部、肝左叶、肝中部与膈肌头脚方向的呼吸移动度均无显著差异（P＞0.05），经线性相关分析，呈高度线性正相关（相关系数分别为0.997、0.985、0.996，P＜0.05）。肝右叶下部、肝门区的移动度均显著小于膈肌的呼吸移动度（P＜0.05）。结论:肝脏各部分的呼吸移动度不同，膈肌呼吸移动度可以代表肝右叶上部、肝中部和肝左叶在头脚方向的呼吸移动度。

四维CT； 图像增强； 肝肿瘤； 放射疗法； 呼吸移动度

肝脏紧邻膈肌，受呼吸运动的影响显著。肝肿瘤的放疗中，呼吸运动导致的靶区漏照射既影响疗效，又可能导致正常肝组织受到过多照射，从而增加了放疗的并发症。常用膈肌呼吸移动度来代表肝脏头脚方向的移动度［1］。通过X线透视、B超检查可获得膈肌呼吸移动度，但Balter等［2］认为膈肌与肝内肿瘤的运动并非完全一致。四维CT（four－dimensional computed tomography，4DCT）能够记录患者的呼吸运动并将时间信息整合到CT图像中，得到呼吸周期各个时相的三维CT影像，从而可以真实地反映肿瘤的运动轨迹［1］。本研究应用静脉增强4DCT研究膈肌和肝脏各部分的呼吸移动度，并分析它们之间的关系，为制定放疗计划时靶体积（planning target volume，PTV）的确定提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2010年12月—2011年11月在我院应用4DCT进行模拟定位放疗的肝脏内存在最长径≤3cm的肿瘤或囊肿样占位性病灶的患者31例，其中男性18例，女性13例；年龄35～70岁，平均年龄（55.2±10.2）岁。31例患者的腹部肿瘤包括原发性肝癌10例（因其他疾病不能手术或不愿意手术，其中4例伴肝内多发转移；转移性肝癌14例，胃癌5例，胰腺癌2例。31例患者共有68个肝内占位性病灶，其中肿瘤性病灶46个，囊肿样病灶22个。所有患者肺功能基本正常，初步呼吸训练后可主动配合平静、均匀呼吸。

1.2 肝内占位性病灶分布

将肝脏分为肝右叶上部、肝中部、肝门区、肝右叶下部、肝左叶5个部分。肝左叶与解剖学中的肝左叶一致；肝右叶上部为肝右叶在头脚方向上距离膈顶不超过3cm的区域；肝右叶下部为肝右叶在头脚方向上距离肝脏尾端不超过3 cm的区域；肝门区为距离肝门不超过5 cm的区域；肝中部为去除以上4部分之外的其他部分。肝内占位性病灶分布为:肝右叶上部12个，肝左叶12个，肝中部15个，肝右叶下部11个，肝门区18个。

1.3 静脉增强4DCT

患者仰卧位，双手抱肘置于额头，真空气垫固定。采用16排Brilliance Big Bore CT机（Version 2.3.5）和 Varian RPMTMsystem Version 1.65软件进行CT扫描和重建，采用Varian公司生产的实时位置管理呼吸门控系统监测和记录患者的呼吸运动。在患者上腹部放置一个红外反射轻质塑料块，通过红外线摄像机监测采集呼吸信号。4DCT扫描范围为从横膈上2～3 cm至右肾下极，扫描层距3.0 mm，层厚3.0 mm，扫描电压120k V，电流250 m A。根据文献［3］报道，采用的静脉强化方案为100 m L浓度为300 mg I/m L的碘海醇注射液，注入速度为2.5 m L/s，造影剂注入后延迟45 s；采用电影模式扫描，每个扫描位置的轴向扫描时间均大于一个呼吸周期，获取4DCT图像。以10%为时相间隔将每个呼吸周期的CT图像分为0%～90%10个呼吸时相，其中0%时相、50%时相分别为呼吸周期的吸气末、呼气末时相。将全部CT图像通过计算机网络传输到Tumor Loc工作站进行图像分析。

1.4 呼吸移动度的测量

1.4.1 膈肌呼吸移动度的测量 在10个呼吸时相的CT图像中分别读取膈肌最高点位置在头脚方向的坐标，以这些坐标最大值和最小值的差值作为患者的膈肌呼吸移动度。

1.4.2 肝内占位性病灶呼吸移动度的测量 在10个呼吸时相的CT图像中分别勾画肝脏内占位性病灶。所有病灶均由同一名放疗科医师在腹窗条件下勾画。得到不同呼吸时相肝内占位性病灶的几何中心点的三维坐标后，以这些坐标的最大值和最小值的差值作为患者肝脏内占位性病灶在呼吸周期中左右方向、前后方向、头脚方向的呼吸移动度。

1.5 统计学处理

采用SPSS13.0统计软件进行分析，计量资料以均数±标准差±s）表示，对膈肌与肝脏各部分的呼吸移动度行配对t检验。对膈肌与肝脏各部分的呼吸移动度的关系进行线性相关分析。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 膈肌与肝脏各部分的呼吸移动度

肝脏各部分在头脚方向的呼吸移动度显著大于左右、前后方向（P均＜0.05）。肝脏各部分在前后、左右方向的呼吸移动度无显著差异（P均＞0.05）。在头脚方向上，肝脏各部分的呼吸移动度差异较大，其中肝右叶上部、肝左叶、肝中部与膈肌的呼吸移动度无显著差异（P均＞0.05），但肝右叶下部、肝门区的呼吸移动度显著小于膈肌的呼吸移动度（P均＜0.05）。见表1。

表1 膈肌与肝脏各部分的平均呼吸移动度（mm）

2.2 膈肌与肝脏各部分的呼吸移动度的关系

头脚方向上肝右叶上部、肝左叶、肝中部的呼吸移动度与膈肌呼吸移动度的散点图均呈现一直线趋势，经线性相关分析，其呈高度线性正相关，相关系数分别为0.997、0.985、0.996，P值均为0.000，见图1～3。肝右叶下部、肝门区与膈肌头脚方向的呼吸移动度成正相关，相关系数分别为0.875、0.690，P 值分别为0.000、0.001，见图4～5。

图1 肝右叶上部与膈肌呼吸移动度（头脚方向）的散点图

3 讨 论

肝肿瘤放疗多采用CT和磁共振定位，但由于这两种方法得到的都是静态图像，仅能提供靶区某一瞬时位置和解剖图像信息，而且其扫描过程具有随机性，可能会造成部分靶区的重复扫描或漏扫［4］。本研究应用静脉增强4DCT成像，注射造影剂后，延迟45s成像，使肝脏内病灶形态和边界更容易辨认，并能够更加精确地反映肿瘤的运动规律和运动范围。

肝脏随呼吸运动有明显位移，在头脚方向上最为明显。肝脏各部分的呼吸移动度不同。本研究显示，肝右叶上部、肝左叶和肝中部头脚方向的呼吸移动度分别为（10.0±3.7）mm、（10.4±3.5）mm和（9.4±3.8）mm，三者与膈肌头脚方向的呼吸移动度［（9.9±3.8）mm］均无显著差异。肝右叶下部和肝门区头脚方向的呼吸移动度分别为（7.9±2.5）mm和（7.3±3.1）mm，均显著小于膈肌的呼吸移动度。肝右叶上部、肝左叶和肝中部头脚方向的呼吸移动度大于肝右叶下部、肝门区。肝脏在随呼吸运动的过程中存在形变，肝右叶上部、肝中部和肝左叶距离膈肌近，受膈肌运动影响大；而肝门区距离膈肌相对较远，且受到肝门区血管、胆管等的牵拉而使其移动受到限制，因此移动度小；肝右叶下部距离膈肌相对较远，可能易发生形变，呼吸移动度小。

临床上通常根据膈肌的呼吸移动度来确定肝脏肿瘤在头脚方向的安全边界的大小。根据本研究结果，临床工作中可以用膈肌呼吸移动度来代替肝右叶上部、肝中部和肝左叶在头脚方向的呼吸移动度，但如果使用膈肌呼吸移动度来代替肝右叶下部、肝门区肿瘤的呼吸移动度，则可能使肝脏正常组织受到过多的照射。

综上所述，应用静脉增强4DCT可以清晰显示肝脏内病灶，并能准确测量肝脏各部分在三维方向的呼吸移动度，从而有利于放疗科医师制定个体化的放疗计划。

［1］Xi M，Liu MZ，Zhang L，et al.How many sets of 4D－CT images are sufficient to determine internal target volume for liver radiotherapy［J］.Radiother Oncol，2009，92（2）:255－259.

［2］Balter JM，Dawson LA，Kazanjian S，et al.Determination of ventilator liver movement via radiographic evaluation of diaphragm position［J］.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2001，51（1）:267－270.

［3］Beddar AS，Briere TM，Balter P，et al.4D－CT imaging with synchronized intravenous contrast injection to improve delineation of liver tumors for treatment planning［J］.Radiother Oncol，2008，87（3）:445－448.

［4］巩贯忠，尹勇，陈进琥，等.基于四维CT和ABC辅助下三维CT确定肝癌内靶区对照研究［J］.中华放射肿瘤学杂志，2011，20（6）:517－520.

Analysis of the Motion of Diaphragm and Different Parts of Liver During Respiration by Four－Dimensional CT

GONG Min HU Weigang LU Huizhong YU Weibo XU Qing ZHANG Zhen Department of Radiation Oncology，Fudan University Shanghai Cancer Center，Shanghai 200032，China

Objective:To study the respiratory motion of diaphragm and different parts of liver using four－dimensional computed tomography（4DCT）imaging，and to investigate the relationship between them.Methods:A total of 31 patients with intrahepatic space－occupying lesions were scanned using 4DCT imaging with synchronized intravenous contrast injection.Diaphragm and intrahepatic space－occupying lesions were contoured respecttively on CT images in 10 respiratory phases.The motions of diaphragm and intrahepatic space－occupying lesions were measured.Results:The motion of diaphragm in the cranio－caudal（CC）direction was（9.9±3.8）mm.The CC movement of the superior part of right lobe，the left lobe and the central part correlated well with the diaphragmatic movement，and the correlation coefficients of them were 0.997，0.985 and 0.996，respectively（P＜0.05），and no significant differences were observed（P＞0.05）.The displacement of diaphragm in the CC direction was more notable than that of the inferior part of right lobe and that of the hepatic hilar part（P＜0.05）.Conclusions:The displacement during respiration is different in different parts of liver.The breathing motion of diaphragm approximate the CC movement of the superior part of right lobe，the left lobe and the central part of liver.

Four－dimensional computed tomography； Image enhancement； Liver neoplasm； Radiotherapy； Breathingm otion

R730.55

A

许青，E－mail:zhongshanl＠yahoo.com.cn