4D-CT联合呼吸门控技术在非小细胞肺癌放疗中的应用研究

高靖琰，展 萌，李海龙，王 臻，鄢佳文（通讯作者）

（云南省肿瘤医院放疗科＜昆明医科大学第三附属医院＞ 云南 昆明 650118）

非小细胞肺癌是常见的恶性肿瘤之一,目前放射治疗是除手术外最重要的局部治疗手段。现代放疗技术中“精确定位”是精确放疗中的重要一环，放疗定位过程中肿瘤在三维空间内随心脏搏动、呼吸运动、消化道运动等生理运动而变化，且每位患者的呼吸运动也存在差异[1]，因为传统非小细胞肺癌放疗时依据三维CT定位图像而采取的外扩计划靶区(planning target volume, PTV)可能会造成部分肿瘤靶区的漏靶或周围正常组织的不必要照射，从而造成放疗失败或者放疗副反应的发生[2]，而4D-CT技术可反映病灶随呼吸运动和内脏生理运动造成的在三维的空间位置的变化[3-4]，同时使用最大密度投影（maximum intensity projection, MIP）勾画肿瘤运动的极限范围，进而探讨非小细胞肺癌病灶在三维空间的运动位移，比较分析应用4D-CT技术的靶区与统经验外放计划靶区体积的差异。

1 资料与方法

1.1 对象

选择云南省肿瘤医院放疗科2016年3月—2018年6月首次行三维适形调强放疗的非小细胞肺癌患者36例（均为首次治疗患者），男性21例，女性15例，年龄46～71岁，其中病灶位于左肺18例，右肺18例，患者通气功能良好，能较长时间平卧，意识清晰，能够配合，且卡氏评分（KPS）≥80分。

1.2 方法

患者仰卧位，双手上举报肘，平静呼吸，热塑体膜或发泡胶固定体位。扫描前患者上腹部置腹带，其内放置压力感受器采集运动轨迹并通过专用计算机软件转化为患者的呼吸曲线并将信号传输至大孔径CT模拟定位机，当观察患者呼吸曲线规律且均匀时（图1），开始采集数据。扫描后图像通过后处理软件重建得到10个不同呼吸周期中的呼吸时相：分别为呼气0%、呼气25%、呼气50%～呼气75%、呼气100%，层厚3mm，螺距3mm,重建薄层厚度为3mm。将全部呼吸时相通过网络传送至三维治疗计划系统TPS，由一位高年资主治医师分别勾画每位患者10个呼吸时相中的大体肿瘤靶区（gross tumor volume, GTV）。利用后处理软件在MIP图像上勾画(internal target volume, ITV)并外放0.5cm得到PTV4DMIP,由相同医师在普通CT模拟定位图像上勾画GTV，并外放1.5cm得到PTV3D。通过三维治疗计划系统TPS确定GTV的几何中心坐标，比较GTV在X轴(左右)、Y轴(前后)、Z轴(头脚)方向随呼吸位移及三维空间的运动，记录每位患者10个呼吸时相图像各个边界在三维空间中的最大位移、最小位移坐标，通过两者相减之差得到病灶三维空间的呼吸动度。

图1 均匀且规律的呼吸曲线

1.3 统计方法

用SPSS17.0软件对非小细胞肺癌病灶在三维空间位移差异，比较最大密度投影(MIP)法与传统经验外放计划靶区体积的差异配对行t检验，P＞0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同非小细胞肺癌病灶随生理运动在X轴（左右）、Y轴（头脚）、Z轴（前后）轴方向的位移，见表1。

表1 三维空间上病灶位移比较

2.2 最大密度投影（MIP）法与传统经验外放PTV比较：MIP法PTV均小于传统经验外放PTV，见表2。

表2 PTVMIP与PTV3D靶区体积比较

3 讨论

精确放疗已成为非小细胞肺癌除外手术的主要治疗手段，确定肿瘤靶区是非小细胞肺癌精确放疗的关键。勾画PTV通常根据医师个人经验来确定GTV外扩的距离，而实际由于心脏搏动、呼吸运动、消化道运动等生理运动造成的非小细胞肺癌病灶位移不规律且难于预测[5]，所以传统的经验外扩PTV容易造成肿瘤的漏照或者正常组织的不必要剂量照射。

根据本研究数据显示：（1）肺部不同位置的肿瘤病灶，其肿瘤动度与其运动线路差别较大；（2）肺部中心的运动幅度小于边缘；（3）肺部病灶的位移以Y轴（头脚）为著，X轴（左右）和Z轴（前后）位移无统计学差异；（4）对于同一肿瘤，在吸气、呼气两个环节的运动路线不同。由于呼吸运动的不规律和不可预判性，若选用一个固定的外扩标准或者凭借经验外扩形成的PTV都不能很好的体现不同病灶的呼吸运动差异，从而降低了肿瘤的局部控制率，增加了放疗的不良反应[6]。目前随着4D-CT技术的兴起，基于四维CT扫描得到的非小细胞肺癌PTV因为考虑到了病灶受人体内生理运动影响而产生的位移，因此相对于经验外扩的PTV相对准确。

非小细胞肺癌病灶在不同的呼吸周期中处于不同的位置，可能产生无规律且无法预测的位移，而通过4D-CT技术后处理重建的MIP图像可以从整个呼吸周期的肿瘤运动轨迹中得到其最大的位移范围[7]。本研究中通过4D-CT技术得到的PTVMIP体积均小于普通三维定位扫描的PTV3D，两者差异明显，具有统计学意义。所以4D-CT技术联合呼吸门控技术确定的非小细胞肺癌病灶靶区可以确保完全覆盖真实的病灶随生理运动而位移的范围，同时可以减少周围正常组织、器官不必要的照射剂量。

综上所述，应用4D-CT联合呼吸门控技术形成个体化方案，勾画出个体化的PTV能在保证CTV内高剂量的同时外扩合适的安全边界，以保证周围正常组织受到尽可能低的照射剂量，从而在保证患者放疗质量的同时，降低相关副反应的发生。