4D-定位CT在胸腹部肿瘤精确放疗中的应用

张利伟,娄志霞，林 琳，刘苓苓

（中国科学院合肥肿瘤医院 安徽 合肥 230031）

1 目的

利用四维CT技术研究种精确放疗中胸腹部肿瘤的运动情况及正常危及器官的运动情况，了解其运动规律及特点，指导原发肿瘤（Gross Tumor Volume， GTV）的内靶区（Internal Target Volume， ITV）制定及亚临床灶（Clinical Target Volume， CTV）的内靶区（ITV）外放，为胸腹部肿瘤精确放疗计划靶区的制定提供可靠的参考数据[1-5]。

2 病例、设备与方法

2.1 病例选择与患者情况

2.1.1病例入选标准 （1）患者选择年龄46～85岁，生活基本可以自理，精神正常；（2）患者一般资料临床或病理确诊的原发性支气管肺癌、原发性肝癌、食管癌或者寡转移的肺癌或肝癌，病灶不能切除或拒绝手术的患者；（3）肺功能检查基本正常，经过呼吸训练后可主动配合平静、均匀呼吸；（4）Child-Pugh A级或B级肝功能，肝内病变数不超过三个，仅限于一片叶；（5）无明显恶液质、黄疸，无胸腹水、无多发远处转移（寡转移除外）；（6）KPS评分≥70，或ZPS评分＜2，无心肺肝肾重要器官严重功能异常。

2.1.2患者的临床资料 2015年1月至2016年12月，中国科学院合肥肿瘤医院收治的25例胸腹部肿瘤患者（肺癌、食管癌、肝癌）作为研究对象，有十五名男性和十名女性，年龄在四十六至八十五岁之间；登记患者的临床资料见表1。

表1 病例资料

2.2 设备、材料

4D-CT设备：飞利浦公司（Philips Electric Medical Systems）生产的Philips Brilliance CT Big Bore，医科达公司（Electa）6D-Axesse高能直线加速器；压力传感器，定位体框架，真空垫。

2.3 方法

体位固定及4D-CT扫描：扫描定位：

在定位CT之前，在患者中进行简单的呼吸训练，以使其保持平静。患者取仰卧位，真空负压袋固定，双手抱肘上举过顶，双腿自然伸直并拢。在患者上腹部呼吸幅度较大的位置（一般选取剑突与肚脐中间/肋弓下缘）放置压力传感器，压力传感器用于执行4D-CT扫描，并且在完成时，将造影剂注入常规CT改进的场景中。

4D-CT扫描过程待呼吸曲线平稳后，RPM：实时呼吸检测利用4D．CT电影模式，即Cine：轴向电影扫描在同一床位中进行轴向连续、快速扫描，采集不同呼吸时相的CT数据。

2.4 CT重建及配准

扫描CT后，图像被发送到焦点4D计划站。该软件系统列出并重塑了不同位置和不同呼吸阶段的大量CT数据的呼吸循环，并接收了各种呼吸阶段的十个CT不同阶段，称为CTp00，CTp10……CTp90，并从软件生成CT-MIP最大密度投影和CT-AIP（平均光密度测量投影）。通过参考呼吸循环中的相位将ITV绘制在CTp50图像中。

2.5 靶区、危及器官的定义及勾画

4D-CT扫描的几个重要参数：

（1）Cine：轴向电影扫描；（2）RPM：实时呼吸检测；（3）MIP：最大密度投影。

根据ICRU 50/62报告定义GTV CTV ITV PTV PRV

2.6 靶区移动度的测量

GTV → ITV 要考虑：

（1）器官生理运动造成的靶区移动；（2）疗程中器官形态变化造成的靶区移动；（3）疗程中肿瘤退缩造成的靶区形变。

胸腹部的肿瘤，都有一个共同特点，都受呼吸及膈肌运动影响关联，所以先观察膈肌的运动幅度就可以初步了解靶区的运动变化范围，如表2。

表2 4D-CT与X线透视膈肌运动差异

2.7 靶区的运动测量结果通过对入组的胸腹部肿瘤（肺部，食管，肝脏）病人4D-CT图像重建处理后，与同期常规增强CT配准，对靶区在三维空间坐标的运动进行测量，结果如表3～表5。

2.7.1肺部靶区运动比较

表3 肺部靶区运动比较

初步结论：肺癌运动规律：最大运动幅度在头足方向（Y轴），下叶肿瘤运动较大。肿瘤运动的大小与GTV的大小，肿瘤位置和对固定组织的粘附程度有关；尽管有GTV的体积，但是下叶肿瘤的运动总是大于上叶的运动；纵隔贴壁肿瘤在前后方向上运动最大，左右运动运动幅度不大，但下肺叶或后背的肺叶仍显示较大的运动幅度，上叶的运动幅度在XY三维空间都是最小，另外，肺部肿瘤的运动还和患者本身的肺功能有影响，转移瘤的动度大于原发肺癌。

2.7.2食管的运动变化

初步判断低放射性食管癌在放疗期间发生显着变化。应明确定义食管内部放射治疗区域的边界，以便减少并发症的局部化程度。上胸部的相对位移很小。

2.7.3肝脏肿瘤的靶区变化

表5 肝脏肿瘤的靶区变化

初步结论：

我们主要在Z轴方向上测量了呼吸运动对肝脏肿瘤的影响，左右之间的差异不显着；和曾兆冲等综合报道：中等Z介质12±7mm；Y轴7±2.8mm；X轴10±4mm相似。Shimizu等人使用高速MRI测量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，由卫生部推荐用于肝癌放疗指导：CT和MRI成像技术确定GTV，CT采用动脉期；MRI采用T2像；CT+MRI图象融合.PTV=5-10mm+CTV。

2.8 放疗计划设计

由于现有的商业放疗计划系统（TPS）不支持4D-CT图像，所讲MIP与常规的增强定位CT配准后传入TPS，确定敏感器官，开具处方剂量，明确目标函数及危及器官界值。

2.9 优化，验证

由资深的放疗医师和物理师共同确认治疗计划，无误后传至4D-Axesse高能直线加速器进行治疗。

3 总结

器官运动影响CT模拟定位的准确性，4D-CT增加图像清晰度，减少运动伪影，4D-CT反映器官运动，可个体化确定ITV，MIP可用于肺内孤立病灶的靶区勾画，胸腹部内肿瘤运动具有一定的规律性，对这些规律的认识有助于精确放疗的进行。传统的3D程序具有丢失目标区域或超过目标区域的缺陷。4D-CT技术可以用来准确地定位3DCRT下的目标区域或正常的多光组织，通过提供的肿瘤覆盖减少正常组织暴露的体积和增加剂量至所述目标区域；更有利于正常的组织保护。特别是对于呼吸运动幅度较大的案例[6，7]。

4 讨论

在确定胸部靶向区域和腹部CT定位4D的应用分析中，有经验的四点：

（1）减少PTV的：Rietzel通过螺旋CT和4DCT 10肺癌患者扫描，4DCT流PTV和比较肿瘤运动和国际PTV标准识别。当然，4DPTV限制为15mm，内部限制为5mm，PTV标准限制为20mm，内部限制为10mm。与PTV标准相比，4DPTV适度降低了12%，因此使用了4DCT，评估个体肿瘤运动和确定治疗区靶区的外放边界[8]。

（2）通过4DCT工作站，能够利用最大密度投影将靶区快速勾画出来。通过利用MIP图像能使内在靶题记快速产生。MIP能够为肺癌患者快速的选择出合适的呼吸门控方式，通过MIP图像能够将靶区的CT图像快速的勾画出，包括呼吸引起的肿瘤运动范围[9，10]。

（3）使用4DCT图像重建估计肿瘤位移。4DCT的一种重要功能就是对靶区和器官的位置变化进行评估，在制定和实施放疗技术以及剂量分布过程中这些变化有着重要的影响。不同患者之间的移位和体积变化以及正常器官和GTV的阳性变化是完全不同的，这些差异可以通过4DCT找到，其具有治疗计划的制定和实施重要性[11]。

（4）使用4DCT图像重建还能够评估正常呼吸诱导的组织移位。研究表明[12]，4DCT的应用能够对呼吸运动中正常组织产生的位移进行较好的评估。4DCT测量的体积体积变化与肺活量计测量的肺容积变化之间的差异小于百分之三，因此4DCT可以更准确地估计肺容积的变化。另外、利用4DCT对没有发生病变的食管在呼吸运动中产生的位移进行评估时，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%食管运动合理外放边界的前后方向和左右方向上的上、中、下三段食管的位移分别是5、6、8mm和5、7、9mm。

总之，4DCT作为肿瘤放疗手段中的一种新型技术，多个研究表明4DCT技术能够准确评估正常器官以及肿瘤由于呼吸引起的位移，MIP/AIP图像则对肿瘤的运动范围进行概括，同时能够作为靶区勾画的重要手段，并且能够利用MIP/AIP图像来优化剂量，因为我院入组病例偏少，测量的数据会有偏倚，相信随着4D-CT定位技术的普及个发展，4D-CT定位技术会给更多病人带来临床获益。