利用普通放疗定位CT机个体化确定肺部肿瘤内靶区的方法

张广鹏，杨波，孙小杨，庞皓文，石翔翔，陈仁金，唐涛，吴敬波

西南医科大学附属医院 肿瘤科，四川 泸州 646000

引言

肺部肿瘤放疗靶区受到呼吸运动的影响较大，不同的病人，不同的部位，靶区运动范围存在差异[1-2]，所以内靶区（Internal Target Volume，ITV）的确定应该个体化实施。个体化的外扩可以减少不必要的照射范围，从而使得肺等正常组织的受量减少。随着放疗技术的发展进步，不同的学者探索多种确定ITV的方法[3-7]；模拟定位机虽然能做到个体化测量ITV，但是由于图像分辨率低于CT，所以外扩的数据存在较大误差；目前，四维CT扫描靶区是一种直观、可靠的个体化确定ITV办法；但是四维CT设备昂贵，该设备也尚未普及。因此，本研究介绍一种利用普通定位CT机个体化测量ITV外扩的方法，以实现精准的放射治疗。

1 材料与方法

1.1 设备与CT影像

收集20例（13例男性和7例女性）自愿选择放疗的肺癌患者。中位年龄为55岁，年龄范围为47～62岁。所有病人的肿瘤为实体肿瘤，位于中下肺。其中：下肺13例，中肺7例，左肺11例，右肺9例。首先采用体部热塑模固定病人体位，训练患者在吸气末憋气和呼气末憋气，然后进行CT扫描（LightSpeed Plus 4, General Electric Company, USA），重复扫描3组图像，扫描条件为：层厚为2.5 mm，120 kV，200 mA。3组CT扫描分别为：吸气末憋气扫描，呼气末憋气扫描和自由呼吸扫描。以自由呼吸扫描的CT图像作为制作放疗计划的基础图像。分别获取3组扫描CT图像上肿瘤最大层面的图像，定义为：T吸气、T呼气和T自由。并根据该3个图像确定ITV范围。

1.2 测量方法

吸气时肺做扩张运动，呼气时做收缩运动；实体肿瘤随着肺的运动在吸气时主要向Y-（足）方向运动，呼气时主要向Y+（头）方向运动。根据这一现象确定ITV不同方向的外扩距离。

（1）ITV的Y方向（头足）边界的确定：CT图像上都包含层面在Y方向的位置信息，一般在左上角显示为首字母I和S的数值，I和S所代表的方向为两个相反的方向，I为Y－（足）方向，S为Y+（头）方向。比如一个图像为Ia，另一个图像为Sb，那么两个图像的距离为：a+b。根据这一原理确定CTV在Y方向上的移动范围。根据3个图像T吸气、T呼气和 T自由，读取T吸气、T呼气和T自由左上角的的层面位置信息分别为：Y吸气、Y呼气和Y自由。那么ITV在Y+（头）方向外扩为：Y呼气-Y自由；ITV在Y－（足）方向外扩为：Y呼气-Y自由，见图1。

（2）ITV在X方向（左右）边界的确定：CT图像上的坐标标尺指示为CT机旋转扫描中心点的位置，这是一个独立于人体之外的坐标系统，不会因为人体移动、CT层面的不同而移动。在该坐标系统种测量图像上某一器官的移动距离，则是我们观察到该器官的实际移动距离。假设实体肿瘤随着肺的运动在吸气时主要向X+（左）方向运动，呼气时主要向X－（右）方向运动。因此，借助CT影像上显示的坐标系统标尺，利用CT机自带的距离测量工具测量CTV靶区最右侧边界相对于该坐标标尺的距离：X吸气、X呼气和X自由。那么ITV在X+（左）方向外扩为：X吸气-X自由；ITV在X－（右）方向外扩为：X呼气-X自由。

（3）假设实体肿瘤随着肺的运动在吸气时主要向Z－（后）方向运动，呼气时主要向Z+（前）方向运动。ITV在Z方向（前后）边界的确定：确定ITV在Z+（前）方向外扩为为：Z呼气-Z自由；ITV在Z-（后）方向外扩为：Z吸气-Z自由。

1.3 统计学分析

所有值取绝对值后计算平均值，在SPSS统计软件中采用t检验，检验同一坐标正负两个方向数据差异和不同坐标的数据差异，以P＜0.05为具有统计差异。

图1 不同呼吸状态时最大肿瘤层面的CT图像

2 结果

在同一坐标正负两个方向数据无统计学差异（P＞0.05），不同坐标的数据具有统计学差异（P＜0.05），数据见表1。

3 讨论

文献报道中确定ITV的方法主要有以下3种：第一，分别扫描呼气和吸气图像，传输至计划系统中勾画CTV，再将两个图像融合后比较两个CTV中心点位置差别来确定ITV需要的外扩范围[5]，但该方法操作步骤较多，花费时间较长；第二，利用模拟机直接观察肿瘤运动范围，该方法的优点是可以直接观察测量，缺点是CTV在模拟机上的辨识度较低，可能产生较大的测量误差[3,8]；第三，利用4D-CT扫描一组完整的呼吸运动图像，将该组图像融合之后，可以直接观察CTV的运动范围和运动轨迹[4,9-11]，该方法观察直观，结果可靠，是一种可靠的个体化确定ITV的方法，但存在放大ITV的可能[12]，扫面时间较长，设备昂贵尚未在我国（尤其在中西部地区）普及应用。

表1 肿瘤最大层面的CT图像上X、Y和Z方向的距离值（mm）

CTV外扩为ITV的数据报道中，数据形式都是上下、左右和前后3组数据，临床应用中可以理解为在上下、左右和前后同扩这一数据[1,13-17]。如果制作计划所依据的CT图像为自由呼吸状态下CT扫描采集，由于不能确定扫描时病人的具体呼吸相位，那么同扩的方法在理论上，可能使得CTV运动在某一极端位置时（呼气末或吸气末），外扩ITV范围不足或过多，从而造成CTV的漏照或正常组织不必要的损伤[8,18]，见图2[8]。本研究的数据结果表明，在头足方向上的移动距离最大，并与前后、左右两个方向具有统计学差异；这一结果与高文超等[19]报道的相符。同时，我们发现在左右和前后方向的运动中，肿瘤的位置不同可能随肺呼吸运动的方向与我们假设方向不一致；由于这两个方向运动幅度较小，CT扫描层厚（2.5 mm）以及测量的误差可以在较大程度上影响了我们测量结果；所以，在这两个方向上可以考虑采用同扩的方法。但是，在头足方向，有必要采用分别外扩的方法，尤其位于肺下部靠近膈肌的肿瘤，ITV同扩方法的危害应该引起重视。

图2 肿瘤的位置与外放ITV关系示意图

需要指出的是该方法具有选择性，需要训练病人呼吸，其中有3例病人因为无法完成训练要求，扫描得到3个序列的CT图像无法进行测量而未入选。同时，也有研究指出，由于自由呼吸时同一序列扫描中每一层CT图像不是同一时间采集，利用该序列多层的图像信息勾画靶区会与实际靶区位置有偏差[20]。为了避免这一偏差，我们只针对肿瘤出现的最大CT层面进行比较。即便如此，由于容积效应和肿瘤在自由呼吸状态下进行CT扫描，重复扫描仍可能使得3个CT扫描序列中获取肿瘤最大CT层面并不是实际肿瘤的同一位置断层面；这种不一致代表了在Y方向上的位置差别。由于容积效应，3个CT扫描序列中获取肿瘤最大CT层面应该包含肿瘤实际最大断层面信息，所以这个位置差别应该小于一个层厚。对于扫描层厚的选择会如何影响该方法测量数据的精度，这还需要进一步研究。总之，该方法简便，设备要求低，普通放疗定位CT机即可实现，可作为一种中下段肺部实体肿瘤放疗个体化确定ITV的方法。

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