PET－CT同机及异机融合精度的临床验证

文庆莲，吴 虹，杨 波，何丽佳，任培蓉，尚昌玲，张建文，吴敬波（泸州医学院附属医院肿瘤科，四川泸州 646000）

三维适形放疗（3DCRT）和适形调强放疗（IMRT）等精确放疗技术已得到广泛应用，其实施关键是靶区的精确勾画。影像技术的不断发展为靶区勾画的准确性提供了条件。PETCT作为功能显像的代表，在放疗中的应用更是研究的热点，它在一定程度上改变了传统的以解剖图像来定义靶区范围的概念，为靶区的确定提供了更多有价值的活体生物信息[1－2]。PET－CT融合成像技术可结合PET和CT两种图像的优势，使生物功能靶区和解剖结构靶区能有机结合和直观展示，能更便捷地用于临床放疗计划中靶区的精确勾画[3]。目前在临床上应用的图像融合方式包括同机融合和异机融合，其融合精度直接影响PET－CT在放疗靶区勾画中的应用[4]。有关文献报道多为体模验证融合的精度，对具体临床实际操作中常采用融合方法可达到的融合精度及误差报道不多，因此作者初步验证了2010年1月至2011年10月58例患者行PET－CT和CT放疗定位时同机融合和异机融合图像的误差，并比较不同部位的融合误差，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集本院2010年1月至2011年10月共58例利用PET/CT定位进行适形调强放射治疗的恶性肿瘤患者，其中男32例，女26例；年龄25～70岁，平均（47.37±1.50）岁；其中头颈部肿瘤28例（鼻咽癌20例、喉癌5例、腮腺癌3例），胸部肿瘤15例（肺癌10例、食道癌5例），腹部盆腔部肿瘤15例（子宫颈癌10例、直肠癌5例）。所有患者诊断均经病理证实，所有病例均行F18－氟代脱氧葡萄糖（F18－FDG）PET/CT全身扫描。

1.2 设备 GE公司的PET－ET（Discovery LS型）、回旋加速器（Minitrace，GE公司）、FDG合成模块（Tracerlab，GE公司）等配套设备。CMS治疗计划系统。

1.3 PET/CT和CT定位 所有患者分别采用GE公司DiscoveryLS型PET/CT（核医学科）和CT（肿瘤科）进行定位；两种仪器的床板均采用相同的定位专用平板床；显像剂为F18－FDG，放化纯大于95%。患者先在肿瘤科CT模拟定位机上行摆位固定，头颈部肿瘤采用热塑头颈肩网固定，胸部肿瘤和腹部盆腔部肿瘤均采用热塑体网固定，立体定位架下三维激光灯确定定位参考点，标记于体模，并行CT定位增强扫描。头颈部扫描范围为颅顶至锁骨头下2cm；胸部肿瘤扫描范围为环甲膜水平至肋膈角下1cm，腹部盆腔部肿瘤扫描范围腰2椎体上缘至坐骨结节下2cm。然后患者到核医学科行PET/CT定位扫描，摆位条件及固定模式同CT定位，并用三维激光灯与CT定位参考点校准。CT和PET的扫描层厚均为3mm，定位前患者空腹6h以上，要求血糖浓度控制在7.0mmol/L以下，注射剂量为0.15mci/kg，注射后患者保持安静约45～60min，然后开始定位和扫描，定位前排尿。

经过CT（肿瘤科）和PET/CT（核医学）的薄层连续扫描图像以DICOM格式进行数据传输入图像融合软件系统（CMS提供），融合方法采用自动融合和人工点对点互信息融合。融合包括肿瘤科定位CT与PET异机图像融合和核医学科PET与CT同机图像融合。

1.4 规定坐标系 面对人体左右方向为X轴，人体厚度方向为Y轴，PET－CT扫描轴线方向为Z轴。确定坐标点，定位时固定装置放置铅点，在已知坐标点的情况下利用立体定向框架系统的三维坐标分析，检验融合图像的定位精度。选取相对固定的解剖结构作为参考点并命名，头颈部选择鼻尖（H1）、枢椎（H2）、舌骨头（H3）、岩尖（H4）、锁骨头（H5）；胸部选取锁骨头下缘（T1）、胸骨柄（T2）、第一腰椎（T3）、气管分叉（T4）、肺内病变上缘（T5）；盆腔选取第二腰椎（P1）、尾骨尖（P2）、髂前上棘（P3）、髂总动脉分叉（P4）、髋丘最上缘（P5）。异机融合误差的计算：单纯定位C T影像（肿瘤科）分别测定参考点与定位标记点的三维方向距离，然后与PET影像融合，测定相应参考点与定位标记点的三维方向距离，前后数据相减后取绝对值获得误差的均数和标准差，获得异机融合误差的数据。同机融合误差的计算：在CT影像（核医学科）分别测定参考点与定位标记点的三维方向距离，然后与PET影像融合，测定相应参考点与定位标记点的三维方向距离，前后数据相减后取绝对值获得误差的均数和标准差，并进行定位精度分析。

1.5 统计学方法 采用t检验进行分析，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 头颈部图像融合定位精度 表1显示头颈部5个解剖标志同机融合和异机融合在三维方向上的误差。

表1 头颈部平均融合误差（mm，±s）

表1 头颈部平均融合误差（mm，±s）

注：﹟同一融合方式同一参考点三维方向上的统计学差异；★同一融合方式不同参考点的统计学差异；＊同机融合与异机融合之间误差。

部位同机X Y Z异机X Y Z H1 1.96±0.3 1.84±0.3 2.60±0.5 3.15±0.5 2.84±0.3 3.55±0.5★＊﹟H2 1.85±0.2 1.23±0.3 1.17±0.5 2.93±0.3 2.43±0.3 3.15±0.3＊H3 1.94±0.2 1.92±0.5 1.91±0.5 3.67±0.4 2.72±0.5 3.27±0.6★＊H4 1.91±0.5 2.15±0.3 1.57±0.3 2.84±0.4 3.15±0.3 3.58±0.5 H5 2.03±0.3 1.86±0.2 1.75±0.4 3.32±0.6 3.26±0.4 3.66±0.4★＊

由表1可见，同机融合时，5个参考点分别在X、Y、Z三维方向上的误差均小于2mm，且3个方向差异无统计学意义，这是因为患者固定于处于同一体位，只是扫描时间前后相差约5 min，头颈部受呼吸运动影响小，只受患者在固定情况下较小的不自主运动，误差最小；另外，所选的5个参考点均为较为固定解剖结构，以骨性结构为主，同种融合方式参考点之间差异也无统计学意义。在异机融合时，在Z方向上误差大于X、Y方向，差值达3mm以上，与X、Y方向相比差异有统计学意义，与同机融合相比，Z方向差异也有统计学意义，而与X、Y方向差异无统计学意义。由于CT图像在肿瘤科专用CT模拟定位机上获得，PET图像在核医学科PET－CT机上扫描获得，存在2次摆位重复性的问题。因此，异机融合精度稍差于同机融合，这可能与2次摆位时容易出现下颌骨仰度无法完全重合有关；而在X、Y方向摆位重合度高，和同机融合差异不大。整体误差差异无统计学意义，说明在头颈部不管是同机还是异机融合，在PET－CT融合完全能够达到精确放疗的要求。

2.2 胸部图像融合定位精度 表2显示胸部5个标志点同机融合和异机融合在三维方向上的误差。在胸部，同机融合时胸廓的3个骨性标记点T1、T2、T3同机融合误差均小于2mm，且T1、T2标记点三维方向上差异无统计学意义。纵隔定位标记点T4X、Y方向融合误差为，大于标记点T1、T2、T3，但差异无统计学意义；在Y方向融合误差达4mm以上，与T1、T2、T3三维方向以及T4X、Y方向差异有统计学意义。肺内肿瘤融合误差最大，X、Y方向融合误差达11mm以上，Z方向融合误差也达8mm以上，差异有统计学意义。胸廓和纵隔能达到精度要求，肺内肿瘤由于呼吸动度的原因，融合误差较大。在异机融合时，胸廓标记点误差大于头颈部，这可能与胸部放疗摆位误差大于头颈部有关，各个放疗中心的摆位情况不太一致，各中心都通过外放PTV进行解决。纵隔定位标记点T4y方向上的误差与胸廓标记点误差差异有统计学意义。肺内肿瘤标记点T5受呼吸运动和摆位误差的影响，X、Y、Z 3个方向的误差均较大，与其他标记点相比差异有统计学意义。因此，在胸部肿瘤中，受呼吸运动和摆位误差的影响，PET与CT不管是同机还是异机融合，均不满足直接勾画靶区。在胸部肿瘤中，PET用于靶区勾画虽不能达到精确放疗的要求，但PET可以明显区别淋巴结和肺不张，用于靶区识别具有重要意义。

2.3 盆腔图像融合定位精度 见表3。盆腔所选P1、P2、P3、P4为较为固定的解剖标记点，同机融合时5个参考点在X、Y、Z三维方向上的误差均小于2mm，且3个方向差异无统计学意义，参考点之间差异也无统计学意义，这与头颈部肿瘤类似；在异机融合时，X、Y、Z方向均存在一定差值，达3mm以上，Y方向差异最大，差异有统计学意义，与同机融合相比，X、Z方向的差异也无统计学意义。P5为盆腔肿瘤，在同机融合时，患者处于同一体位，盆腔结构虽受呼吸和肛门排气的影响，盆腔肿瘤与其他参考点相比位置变化不大。在异机融合时，由于2次摆位重复性的问题，3个方向融合精度差于同机融合，但与同机融合相比差异无统计学意义，说明不管是同机还是异机融合，在盆腔PET－CT融合完全能够达到精确放疗的要求。另外，在做PET－CT融合时发现了3例患者盆腔CT报告阴性小于1mm的淋巴结，PET提示有代谢，这对治疗计划的设定和靶区的设计有很大的指导意义，整体误差无统计学意义。

表2 胸部平均融合误差（mm，±s）

表2 胸部平均融合误差（mm，±s）

注：﹟同一融合方式同一参考点三维方向上的统计学差异；★同一融合方式不同参考点的统计学差异；＊同机融合与异机融合之间误差。

部位同机X Y Z异机X Y Z T1 1.81±0.4★ 1.90±0.6﹟2.00±0.3 4.53±0.7 5.15±0.3 3.92±0.3 T2 1.72±0.3★ 1.99±0.7﹟ 2.12±0.4 4.39±0.8 4.93±0.4 3.88±0.3 T3 1.88±0.4★ 1.66±0.8﹟ 1.56±0.8 4.56±0.9 5.01±0.8 3.76±0.7 T4 2.51±0.5★ 4.32±0.9＊﹟★ 4.13±0.6 5.68±0.5 9.52±0.7 5.41±0.6 T5 5.89±0.7﹟★ 11.9±0.6﹟ 8.66±0.8★﹟7.57±0.4 16.5±0.8 6.52±0.4

表3 盆腔部平均融合误差（mm，±s）

表3 盆腔部平均融合误差（mm，±s）

注：﹟同一融合方式同一参考点三维方向上的统计学差异；★同一融合方式不同参考点的统计学差异；＊同机融合与异机融合之间误差。

部位同机X Y Z异机X Y Z P1 1.88±0.3 1.39±0.4 1.25±0.5 3.23±0.2 6.25±0.2★＊ 4.22±0.4★P2 1.91±0.4 1.31±0.5 1.31±0.6 4.55±0.7 6.33±0.7★＊ 3.47±0.6★P3 1.92±0.5 1.41±0.7 1.41±0.8 4.21±0.9 7.0±0.8★＊ 4.51±0.4★P4 1.89±0.7 1.42±0.8 1.25±0.7 5.01±0.8 6.17±0.6★＊ 3.99±0.7★P5 2.01±0.4 1.92±0.4 1.99±0.4 6.00±0.6 6.95±0.9★＊ 6.52±0.9★

3 讨 论

对于融合方式的问题，目前临床上采用PET和CT异机融合和同机融合[5]。因存在诸如体位转换、固定图像转换等因素易造成误差，有时这些误差可能相当大，而与精确放疗的基本要求相违背，从而影响精确放疗计划制订与实施。同机融合时，由于CT和PET安装在同一扫描机架上，并共用同一定位坐标系统，患者不存在重复摆位的问题，可以有效降低融合图像的机械误差和患者体位变动的影响，图像融合精度总体高于异机融合。

本文的研究结果显示，不管是同机还是异机融合，头颈部融合精度高，能达到精确放疗的要求，同机融合精度略高于异机融合精度，在异机融合时，X、Y方向略好于Z方向。在盆腔，同机融合精度较好，异机融合时有2例患者融合精度Z方向融合精度大于0.5mm，原因在于CT与PET异机扫描间隔期间，患者排了小便，其余病例融合精度均达到了放疗精度要求。头颈部融合精度异机高于盆腔，这可能与2个部位的固定装置有关，头颈肩膜摆位的重复性优于体膜。

从本研究结果显示，虽然同机优于异机，但是在国内的大多数肿瘤中心，由于PET－CT多属于核医学等诊断科室，要采用同机融合的数据进行计划制订有一定的困难。研究显示，1998年以来，同机融合仅占20%的比例[6]。

在本研究中，胸部由于受呼吸运动的影响，融合精度最差，融合图像直接用于靶区勾画存在一定的难度，尤其是呼吸运动和心脏运动。在CT扫描时，其成像速度较快，5min内可成像1 000多层，而PET扫描需要30min左右，从而影响融合图像精度，这对于胸部肿瘤是一个严重的问题[7]。Nehmeh等[8]报道利用门控技术进行肺癌显像，可使肿瘤总体积缩小28%，而标准化摄取值增加56.5%。但采用门控技术会增加图像采集时间，这也是临床所必须考虑的问题。在本研究中没有采用呼吸门控技术，即使是同机融合，肺内肿瘤的融合精度仍无法满足精确放疗的要求，尤其在下肺，融合误差达10mm以上，而在头颈部和盆腔，这个问题影响较小。

在本研究中采用异机融合时，头颈部固定和摆位重复性好，X方向的误差主要取决于PET和CT的扫描视野和像素分辨率。Daisne等[9]报道头颈部肿瘤PET－CT融合中测得的误差以Z轴最大，最大值在体模上为6.2mm，在患者为4.6 mm。异机融合时头颈部Z方向的误差还与2次摆位体位变化及下颌骨的俯仰程度有关。在实际临床工作中，PET－CT的融合精度尚受到体内器官运动、患者体位的轻微变动、过长的扫描时间等多种因素的影响。靶区的运动是影响影像融合精确性的重要因素，特别是呼吸运动对胸、腹部肿瘤放疗计划的制订与实施有重要影响。

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