PET/CT图像分割技术在NSCLC患者放疗中的应用

陈韦翔 张余琴 张 煜,*

1.南方医科大学生物医学工程学院(广东 广州 510000)

2.南方医科大学南方医院放疗科(广东 广州 510630)

肺癌是世界上最常见的恶性肿瘤之一，已成为我国城市人口恶性肿瘤死亡原因的首位。非小细胞型肺癌(non-small cell lung cancer，NSCL)包括鳞癌、腺癌、大细胞癌，与小细胞癌相比其癌细胞生长分裂较慢，扩散转移相对较晚，但非小细胞肺癌约占所有肺癌的80%，约75%的患者发现时已处于中晚期，5年生存率极低，严重威胁着人民的生命健康[1-2]。放疗是临床治疗NSCL的常用手段，传统的放疗技术主要依靠CT技术对肿瘤病灶进行分割定位，但常由于定位不够精准，引起多种严重并发症[3]。PET/CT作为一种新型的影像学技术，将正电子发射扫描(positron emission tomography，PET)与计算机断层扫描技术(computerized tomography，CT)相结合，病灶定位更加精准，其临床应用日渐广泛[4]。在上述研究背景下，本研究采用了PET/CT图像分割技术对NSCLC患者进行检查，探讨其在放疗中的应用价值，现报道如下。

1 材料与方法

1.1 一般资料将2016年6月至2020年2月我院的NSCLC患者118例作为研究对象，纳入标准：均符合《肺癌诊断与治疗进展》中NSCL的诊断标准[5]。排除标准：合并除NSCL外其他肺部疾病或恶性肿瘤者；非首次治疗者；合并糖尿病等严重代谢性疾病者；不耐受本项研究者。采用随机数表法将其分成对照组和研究组，每组59例。研究组男性31例，女性28例；年龄50～75岁，平均年龄(62.42±3.73)岁；腺癌32例，鳞癌27例。对照组男性30例，女性29例；年龄51～76岁，平均年龄(62.58±3.76)岁；腺癌34例，鳞癌25例。两组一般资料均无明显差异(P＞0.05)。本研究经我院医学伦理委员会会议表决通过，且经患者及其家属了解并同意。

1.2 方法

1.2.1 对照组 采用常规CT扫描仪(德国西门子，Sensation)对患者颈部至膈面下缘水平进行扫描，扫描间隔1.5mm，层厚1.5mm，螺距1.750，具体操作流程严格参照仪器说明书。检查完毕后由经验丰富的放疗医师根据CT图像手动勾勒分割出癌灶靶区。根据CT手动分割图像制定放疗计划，放疗后用微分DVH剂量直方图评估正常组织受累剂量。

1.2.2 研究组 采用PET/CT扫描仪(美国GE，Discovery MI)对患者颈部至膈面下缘水平进行扫描，将所得PET、CT图像进行同机融合，再分别由经验丰富的放疗医师、配套的计算机自动化系统根据融合后图像手动、自动地勾勒分割出癌灶靶区，相关参数设置与操作流程均严格参照仪器说明书。根据PET/CT自动分割图像制定放疗计划，放疗后用微分DVH剂量直方图评估正常组织受累剂量。

1.3 观察指标(1)检查完毕后将CT手动分割图像、PET/CT手动分割图像、PET/CT自动分割图像进行同机融合，观察比较三种方式所得的靶区体积，同时用配套计算机软件计算比较三种方式所得的靶区体积。(2)比较两组正常组织放疗受累剂量，包括肺部、心脏、食管、脊髓。(3)记录比较两组放疗后2个月内并发症的发生情况，包括放射性肺炎、食管炎、皮疹。

1.4 统计学方法用SPSS 20.0软件进行统计分析，计量数据均以(±s)的方式表示，采用t检验。计数数据组间比较采用χ2检验。以P＜0.05为差异具有统计学的意义。

2 结 果

2.1 三种方式所得的靶区体积比较由图1～图2可知，PET/CT自动、手动图像几乎重合，分割所得靶区体积差异不大，CT手动图像分割所得靶区体积明显大于PET/CT自动、手动图像分割所得靶区体积。

图1 三种方式所得的靶区体积示意图。图2 靶区体积局部放大图。红线为PET/CT自动图像；黄线为PET/CT手动图像；绿线为CT手动图像。

由软件计算结果可知，PET/CT自动、手动图像分割所得靶区体积无明显差异(P＞0.05)，且均明显小于CT手动图像分割所得靶区体积(P＜0.05)，见表1。

表1 三种方式所得的靶区体积比较(cm3, x- ±s)

2.2 两组正常组织放疗受累剂量比较研究组肺部、心脏、食管、脊髓正常组织放疗受累剂量均明显低于对照组(P＜0.05)，见表2。

表2 两组正常组织放疗受累剂量比较(cGy, x-±s)

2.3 两组放疗后2个月内并发症比较研究组放疗后2个月内总并发症发生率明显低于对照组(P＜0.05)，见表3。

表3 两组放疗后2个月内并发症比较[n(%)]

3 讨 论

NSCL是临床最常见的肺癌类型，多数患者发现较晚，预后不良，极易错过手术时机，放疗成为该病的主要治疗手段之一，但放疗波及面广，副作用大，对正常组织细胞也具有一定的破坏作用，因而常引起食欲低下、恶心、呕吐、口腔溃疡、脱发等一系列不良反应[6-7]，如何有效减少放疗过程中对正常组织的破坏成为临床治疗NSCL亟待解决的问题。随着放射影像学与计算机诊断技术的不断进步，PET/CT图像分割技术作为一种先进的临床诊疗技术，充分发挥了PET与CT的优势，将功能代谢显像与解剖结构显像相结合，能对病灶有着更高的分辨率和更精准的定位，其技术优势得到越来越多专家学者的认可[8-9]。现为探讨PET/CT图像分割技术在NSCLC患者放疗中的应用价值，特做此研究。

本研究结果显示，PET/CT自动、手动图像分割所得靶区体积均明显小于CT手动图像分割所得靶区体积，提示PET/CT图像分割技术能提高NSCLC患者癌灶靶区的定位精度。究其原因，可能是PET/CT作为PET与CT的组合体，集PET、CT于一身，通过将微量的正电子核素示踪剂注入人体，标记葡萄糖、蛋白质等人体营养代谢物质作为显像剂，而后利用病灶对显像标记物的吸收来反映其营养代谢变化，分辨病灶性质[10]，再利用PET设备对上述标记物在人体各组织器官的分布情况进行探测，最后利用CT技术对这些分布有上述核素标记物的组织器官部位进行精准定位，从而在清晰反映病灶营养代谢变化的同时，也精确地反映存在恶性病变的靶区体积，将PET与CT的功能进行了有机结合，最大限度地发挥了两者的技术优势[11]。Usuda等[12]研究表明，相较于传统的CT图像分割技术，PET与CT的联合分割技术能更好地反映病灶的解剖结构，确定肿瘤区域范围，同时稳定性更佳；Akshima等[13]研究表明，PET/CT联合自动分割技术能更清晰地反映病灶轮廓，更准确地定位正常组织与病变组织的边界；上述研究报道均与本研究结果相一致。

本研究结果显示，研究组正常组织放疗受累剂量明显低于对照组，放疗后2个月内总并发症发生率明显低于对照组，提示PET/CT图像分割技术能降低NSCLC患者放疗中正常组织受累剂量，减少放疗后相关并发症。探究其机制，可能是因为PET/CT图像分割技术能更为精准地测得肿瘤病灶的靶区体积，确定病变的目标范围，从而能制定更有针对性的放疗计划，有的放矢，减少放疗过程中对无关区域的放射暴露，从而减轻对正常组织的放射损伤，降低相关并发症[14]。Oikonomou等[15]研究表明，经PET/CT图像分割技术辅助放疗后，肺癌患者的病灶组织细胞的异质性减小，而正常组织的细胞基底膜损伤减小，放疗后恶心、呕吐、全身乏力、粒细胞减少等不良反应均明显减轻；Kim等[16]研究表明，相较于传统分割技术，PET/CT技术对肺癌性结节具有更高的诊断特异性与敏感性，边界对比度更高，放疗后能显著减少周边无关组织的受照射范围，减少相关并发症。上述文献报道均与本研究结果相一致。

综上所述，PET/CT图像分割技术能提高NSCLC患者癌灶靶区的定位精度，降低放疗中正常组织受累剂量，减少放疗后相关并发症。