CT螺旋扫描速度对肺部不同部位肿瘤靶区勾画的影响

王佳，夏士安＊，蒋马伟，林清，查元梓，张松方，车莉萍

（1.上海交通大学医学院附属新华医院肿瘤科，上海 200092；2.同济大学附属第十人民医院放疗科，上海 200072）

现时肺部肿瘤三维适形放疗或调强适形放疗，采用平静自由呼吸下计算机断层扫描（CT）模拟定位仍是目前最常规的方法。大量研究［1，2］表明，扫描过程中呼吸运动是影响靶区勾画的重要因素，可致靶区、正常组织器官的位置、大小和形状不准确。本研究通过分析不同CT螺旋扫描速度在放射治疗肺部不同部位肿瘤定位时对靶区勾画的影响，以期进一步提高模拟定位的准确性，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选择2012年1月～3月本院收治的肺部原发肿瘤或肺部转移性肿瘤患者10例，其中男7例，女3例；年龄37～79岁，中位年龄59岁；卡氏评分90～100分；肺癌6例，转移性癌4例（直肠癌肺转移2例，肾癌肺转移1例，乳腺癌肺转移1例）。肿瘤以气管分叉起始部为界，划1条与人体纵轴垂直的水平线，分为肺上1/2部位和肺下1/2部位，肿瘤位于分界线两侧的，以肿瘤中心为准，位于肺上1/2部位8个，肺下1/2部位9个。

1.2 方法

1.2.1 定位扫描 患者仰卧位，双手平放于身体两侧，掌心向下，负压真空垫塑形固定，在平静自由呼吸下利用飞利浦Brilliance大孔径CT先后以2个不同的螺旋扫描速度扫描，采集影像数据，螺距分别为0.5和1.5，2次扫描层厚度均为3mm。扫描范围上界为环状软骨，下界为肺下缘下3cm，两侧为胸廓外3cm，电压120KV，电流30mA，2次扫描时间分别为8～10s和24～30s，即慢速扫描时间是快速扫描时间的3倍。将2次扫描所采集的图像数据传入Eclips 6.5治疗计划系统，进行解析图像处理。

1.2.2 靶区勾画 在Eclips 6.5治疗计划系统中应用图像处理软件分别重建2种扫描数据成像，在图像勾画工作站由同1位放疗医师进行肺部肿瘤的勾画。具体操作为：取窗位600HU，窗宽1 600 HU，靠近纵膈的肿瘤部分取窗位40HU，窗宽300 HU，快速扫描肺上1/2部位大体肿瘤体积（GTV）qs，慢速扫描时勾画肺上1/2部位 GTVss；快速扫描肺下1/2部位GTVqi，慢速扫描时勾画肺下1/2部位GTVsi，并通过计划软件自动生成肿瘤靶区的三维坐标及肿瘤体积。

1.3 观察指标

分别比较两组以不同螺旋扫描速度勾画的肺上1/2部位和肺下 1/2部位 GTVqs、GTVss、GTVqi、GTVsi中心坐标的误差、靶区体积、靶区相似度（DSC）及包含度（DI），DSC反映2靶区空间的重合度情况。DSC＝（2｜A ∩B｜）（｜A∩B｜＋｜A∪B｜），DSC值位于0～1，值越大表示重合度越好；靶区A对靶区B的DI＝（｜A∩B｜）/A，即靶区A和靶区B的重合部分占靶区A的百分比，反之靶区B对靶区A的DI＝（｜A∩B｜）/B，即靶区 A和靶区B的重合部分占靶区B的百分比。

1.4 统计学方法

采用SPSS 17.0统计软件比较2种不同扫描速度所引起的三维坐标位移，误差比较采用Friedman Z检验，采用Kruskal-Wallis检验统计分析体积及DSC，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 GTV三维方向位移

位于肺上1/2部位GTVqs、GTVss的等中心位移误差左右方向x轴、前后方向y轴、头足方向z轴分别为0.01、0.05、0.30cm（P值分别为0.69、0.59、0.53）；位于肺下1/2部位GTVqo、GTVso的等中心误差x、y、z分别为0.4、0.85、1.45cm（P值分别为0.25、0.16、0.04）。

2.2 不同扫描速度的GTV体积

位于肺上1/2部位GTVqs、GTVss的体积大小分别为10.56、11.05cm3（DSC＝0.97，x2＝3.37，P＝0.19）；位于肺下1/2部位 GTVqi、GTVsi的体积大小分别为9.48、14.01cm3（DSC＝0.81，χ2＝5.32，P＝0.043）（见表1、2）。

表1 位于肺上1/2部位的GTV体积（cm3）

2.3 GTV体积的DI

位于肺上1/2部位 GTVqs对GTVss的DI＝0.98，GTVss对 GTVqs的 DI＝0.96；位于肺下1/2部位GTVqi对 GTVsi的 DI＝0.98，GTVsi对 GTVqi的DI＝0.82。

表2 位于肺下1/2部位的GTV体积（cm3）

3 讨论

对肺部肿瘤来说，呼吸运动是影响靶区勾画的重要因素［3，4］。为降低呼吸运动对肿瘤的影响，很多学者做过相关的研究，如呼吸自主控制技术、4DCT 技术等［5－7］。

目前，正在广泛应用的3D适形放疗所采用的模拟定位通常为CT模拟定位，扫描方法通常使用螺旋连续扫描，此种方法对不存在呼吸运动的头颈部或四肢肿瘤影响不大［8］，但对有生理运动的胸部肿瘤影响较大。Erridge等［9］发现，肿瘤侧向运动距离为（7.3±2.7）mm，头脚方向为（12.5±7.3）mm，前后方向为（9.4±5.2）mm，在头脚方向上，下叶和中叶的肿瘤运动幅度明显大于上叶肿瘤运动幅度。Shimizu等［3］在患者自由呼吸状态下对下肺部肿瘤进行CT扫描，并计算出肿瘤位移，结果显示肺下叶肿瘤头脚方向平均位移为9.1mm，左右方向平均位移为10.1mm，上中叶肿瘤头脚方向平均位移是6.2mm，表明肺下叶肿瘤平均运动幅度大于肺部其他位置的肿瘤，且以头脚方向上的位移最为显著，这主要与膈肌运动有关。因此，扫描时速度不宜过快，以使扫描图像包含更多的肿瘤运动信息，从而减少呼吸运动对肺部肿瘤靶区勾画的影响，不致遗漏。

本研究中对同等长度范围的快速扫描用时8～10s，慢速扫描用时24～30s，慢速扫描时间是快速扫描时间的3倍，使慢速扫描包含了更多的肿瘤运动信息。有研究［10］表明，肿瘤体积的大小受呼吸运动影响也较大，肿瘤体积大小与呼吸运动呈负相关，体积越小，影响越大，体积越大，影响越小。当肿瘤位于肺下1/2部位，体积不很大时，CT模拟定位时尤其应考虑螺旋扫描速度对采集肿瘤靶区含有呼吸运动信息的价值，以便精确勾画靶区，保证精确放疗的实施。虽然慢速扫描比常规扫描所受的辐射量要大，计算机断层扫描剂量指数（CTDI）平均剂量为42mGy，但明显低于4DCT扫描所接受的CTDI 125mGy［11］。比较平均剂量长度乘积（DLP），如果长度＞20cm，则慢速扫描、常规扫描和4DCT扫描分别为840、344、2 500mGy·cm，但后续精确放疗应对正常组织起到保护作用。为了尽可能降低DLP，在扫描定位时尽可能的不要有过长的扫描长度。本研究结果显示，位于肺上1/2部位GTVqs、GTVss的体积大小分别为10.56、11.05cm3；位于肺下1/2部位GTVqi、GTVsi的体积大小分别为9.48、14.01cm3；位于肺上1/2部位 GTVqs对 GTVss的DI＝0.98，GTVss对GTVqs的DI＝0.96；位于肺下1/2部位 GTVqi对 GTVsi的 DI＝0.98，GTVsi对GTVqi的DI＝0.82，提示肺上1/2部位的肿瘤受呼吸运动的影响较小，而肺下1/2部位的肿瘤受呼吸运动的影响较大。

综上所述，不同扫描速度在放射治疗肺部不同部位肿瘤定位时对靶区勾画存在一定影响，尤以肺下部1/2部位的肿瘤靶区勾画影响较大，模拟定位时应考虑到扫描速度的影响。

［1］McWilliams A，Tammemagi MC，Mayo JR，etal.Probability of cancer in pulmonary nodules detected on first screening CT［J］.New England Journal of Medicine，2013，369（10）：910-919.

［2］Noffke CE，Farman AG，Van der Linde A，etal.Responsible use of cone beam computed tomography：minimising medicolegal risks［J］.SADJ：Journal of the South African Dental Association Tydskrif Van Die Suid-Afrikaanse Tandheelkundige Vereniging，2013，68（6）：256，258-259.

［3］Shimizu S，Shirato H，Kagei K，etal.Impact of respiratory movement on the computed tomographic images of small lung tumors in three-dimensional（3D）radiotherapy［J］.International Journal of Radiation Oncology Biology Physics，2000，46（5）：1127-1133.

［4］Chen GT，Kung JH，Beaudette KP.Artifacts in computed tomography scanning of moving objects［J］.Seminars in Radiation Oncology，2004，14（1）：19-26.

［5］Nakamura M，Narita Y，Sawada A，etal.Impact of motion velocity on four-dimensional target volumes：A phantom study［J］.Medical Physics，2009，36（5）：1610-1617.

［6］Giraud P，Yorke E，Jiang S，etal.Reduction of organ motion effects in IMRT and conformal 3Dradiation delivery by using gating and tracking techniques［J］.Cancer/Radiothérapie，2006，10（5）：269-282.

［7］Persson GF，Nygaard DE，Brink C，etal.Deviations in delineated GTV caused by artefacts in 4DCT［J］.Radiotherapy and Oncology，2010，96（1）：61-66.

［8］Yamamoto T，Langner U，Loo Jr BW，etal.Retrospective analysis of artifacts in four-dimensional CT images of 50 abdominal and thoracic radiotherapy patients［J］.International Journal of Radiation Oncology Biology Physics，2008，72（4）：1250-1258.

［9］Erridge SC，Seppenwoolde Y，Muller SH，etal.Portal imaging to assess set-up errors，tumor motion and tumor shrinkage during conformal radiotherapy of non-small cell lung cancer［J］.Radiotherapy and Oncology，2003，66（1）：75-85.

［10］Geramifar P，Zafarghandi MS，Ghafarian P，etal.Respiratory－Induced Errors in Tumor Quantification and Delineation in CT Attenuation-Corrected PET Images：Effects of Tumor Size，Tumor Location，and Respiratory Trace：A Simulation Study Using the 4DXCAT Phantom［J］.Molecular Imaging and Biology，2013：1-11.

［11］尚东平，王玮，李建彬，等.肺内孤立灶大体肿瘤体积CT不同扫描方式比较［J］.中华放射肿瘤学杂志，2012，21（5）：436-438.