陳少卿，黎軍和，何文靜，游震宇，孫 哲，汪小浪

（南昌大學第一附屬醫(yī)院腫瘤科，南昌 330006）

非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）是嚴重影響廣大人民健康、發(fā)病率最高的惡性腫瘤之一，三維適形放療（3-dimensional conformal radiotherapy，3DCRT）和調強放療（intensity modulated radiotherapy，IMRT）是NSCLC患者的主要治療手段。3DCRT和IMRT精確實施的關鍵是靶區(qū)的精確勾畫，其勾畫的基礎是CT圖像采集。由于呼吸運動的存在，使得CT采集的圖像出現(xiàn)運動偽影。筆者采用自主研發(fā)的呼吸運動體模系統(tǒng)模擬了肺的生理運動并驗證不同運動狀態(tài)和不同瘤體大小對CT圖像中病灶體積的影響，現(xiàn)將結果報告如下。

1 材料與方法

1.1 呼吸運動體模系統(tǒng)

呼吸運動體模系統(tǒng)由運動平臺和體模組成，見圖1。本研究未考慮器官變形，而是假設器官運動是剛性的。運動平臺由步進電機驅動，可以在平面內同時做二維運動，亦能模擬身體長軸方向（z軸）運動狀態(tài)。本研究共模擬2種狀態(tài):靜止狀態(tài)和z軸運動。參考Erridge等［1］的測量數(shù)據(jù)，設定二維運動幅度z軸方向分別為1.0、1.5、2.0 cm，運動頻率分別為20次·min-1。運動平臺承載的體模大小為15 cm×15 cm×3 cm， 其內有 5個直徑分別為 1.0、2.0、3.0、4.0及5.0 cm圓柱體，圓柱體高為2.5 cm，見圖2。圓柱體內注射液體后，液體體積分別為1.6、6.1、13.4、23.4 及 36.7 cm3。

圖1 呼吸運動體模系統(tǒng)

圖2 體模

1.2 顯像和測量

顯像采用Discovery LS型PET-CT儀。體模內圓柱體注射3%泛影葡胺后，將體模及運動平臺置于PET/CT掃描孔內，啟動運動平臺，模擬包括靜止狀態(tài)在內的4種呼吸運動狀態(tài)。CT掃描參數(shù):140 kV，90 mA，每環(huán)旋轉時間0.8 s，螺距為 0.75，重建成4.25 mm·層-1的橫斷CT圖像。CT窗寬為1500 Hu，窗位為-700 Hu。掃描結束后，將CT圖像傳輸至Xeleris工作站，進行初步圖像處理后，再將CT圖像從Xeleris工作站傳至Advantage Workstation工作站，利用圖形軟件勾畫大體靶區(qū)（gross tumor volume，GTV），計算 GTV 體積。

1.3 實驗分組

本研究對CT圖像進行了比對研究，按體模圓柱體（瘤體）大小分為 5 組:GTV1、GTV2、GTV3、GTV4、GTV5。測量、計算各組靜止狀態(tài)及運動幅度為 1.0、1.5及 2.0 cm時的 GTV值（分別用 GTV0、GTV1.0、GTV1.5、GTV2.0表示）。

1.4 統(tǒng)計學方法

2 結果

所有體模均在CT掃描下清晰顯像。各組不同狀態(tài)下GTV值比較見表1。

表1 各組不同狀態(tài)下GTV值比較 n=5，，V/cm3

表1 各組不同狀態(tài)下GTV值比較 n=5，，V/cm3

LSD檢驗:*P＜0.05與同組GTV0比較；△P＜0.05與同組GTV2.0比較；其余兩兩比較均P＞0.05。

組別 GTV0 GTV1.0 GTV1.5 GTV2.0 F P GTV1 組 2.65±0.05 3.08±0.95 3.23±0.39* 3.27±1.25* 1.189 0.317 GTV2 組 6.80±0.43 9.31±2.35* 8.71±2.11* 9.30±3.21* 2.552 0.061 GTV3 組 13.15±1.12 16.23±3.09* 15.71±3.42* 15.38±3.92* 1.875 0.138 GTV4 組 23.65±0.27 26.84±4.30*△ 25.99±4.54*△ 30.82±6.63* 7.857 0.000 GTV5 組 36.55±0.27 42.27±4.63* 40.19±4.98*△ 45.48±6.78* 9.104 0.000

3 討論

NSCLC近年來發(fā)病率和死亡率都有逐年增加的趨勢，而3DCRT和IMRT是NSCLC的主要治療手段。隨著計算機技術的發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術的廣泛應用，出現(xiàn)了高清晰度的CT等影像設備，加之高性能的放射治療機及與之配套的放射治療計劃系統(tǒng)的出現(xiàn)，使3DCRT和IMRT技術日臻完善，成為目前最常用的放射治療技術。3DCRT和IMRT實施過程中最重要的步驟之一就是基于CT圖像的靶區(qū)勾畫。國際放射單位與測量委員會（ICRU）于1993年對靶區(qū)的定義作了明確的定義:靶區(qū)包括GTV、臨床靶區(qū)（CTV）及計劃靶區(qū)（PTV），其中 GTV指臨床可見或可觸及的、可以通過診斷檢查手段證實的腫瘤范圍；在3DCRT和IMRT實施過程中，GTV的勾畫是靶區(qū)勾畫的最基礎步驟。

目前臨床上絕大多數(shù)情況下勾畫GTV都是基于CT圖像。隨著多排螺旋CT的出現(xiàn)，CT影像采集時間顯著縮短，降低了影像變形，提高了影像空間分辨率，特別是強大的影像后處理工作站的出現(xiàn)，臨床上能得到解剖結構清晰、影像變形小的三維影像，為腫瘤設計放療計劃提供了優(yōu)越良好的平臺［2］。雖然CT圖像在診斷時可以清晰地顯示胸內臟器的微小病變，但CT診斷和CT定位對胸內臟器成像的要求是不同的，影像學診斷要求排除呼吸運動的干擾而形成清晰圖像，而CT定位是在平靜呼吸狀態(tài)下進行CT掃描［3］。這樣，CT定位時得到的CT圖像必然受呼吸運動的影響。

呼吸運動為人體不自主運動之一，自由呼吸狀態(tài)下肺部腫瘤受呼吸運動的影響，出現(xiàn)不同程度的位移。Erridge等［1］用EPID監(jiān)測了 25例NSCLC患者肺部腫瘤的運動情況，發(fā)現(xiàn)腫瘤頭腳方向運動距離為（12.5±7.3）mm（z軸方向）。 Shimizu 等［4］在患者自由呼吸狀態(tài)下對肺部腫瘤進行CT掃描，利用三角形的各個邊長之間的關系計算出腫瘤的位移，結果顯示肺下葉腫瘤頭腳方向平均位移9.1 mm（3.4～24.0 mm），上中葉腫瘤頭腳方向的平均位移是6.2 mm（2.4～11.3 mm）。根據(jù)以上數(shù)據(jù)結果，本部分研究設定了運動平臺的運動幅度。

患者在做3DCRT和IMRT治療前的腫瘤定位與接受治療時的狀態(tài)一致，都是在平靜呼吸狀態(tài)下進行，有研究表明呼吸運動使得CT采集的圖像出現(xiàn)運動偽影［5-6］或出現(xiàn)圖像的幾何變形［7］，在這種 CT圖像上進行靶區(qū)勾畫時容易產生空間遺漏［8-10］，從而進一步影響到GTV的勾畫［11］。CT采用的是螺旋掃描，可在很短的時間內（幾秒至十幾秒）完成胸部圖像采集，每一層CT圖像僅代表占呼吸周期很小一部分的病灶形態(tài)信息，尤其在放療CT定位不進行呼吸控制的掃描情況下，極易形成運動偽影，腫瘤形態(tài)和體積發(fā)生變形。以上所述的原因將導致CT圖像的不確定性，這種不確定性勢必造成勾畫GTV時，所勾畫的GTV與實際情況不符合，從而導致過多的正常肺組織接受不必要的高劑量照射，同時也容易引起腫瘤漏照。

本研究使用了二維呼吸運動模擬系統(tǒng)，近似模擬了z軸不同運動幅度下GTV勾畫情況。結果顯示GTV1、GTV2及 GTV3組靜止狀態(tài)下GTV與運動幅度分別為1.0、1.5及2.0 cm狀態(tài)下GTV之間差異無統(tǒng)計學意義（P 分別為:0.317、0.061、0.138），而GTV4和GTV5組靜止狀態(tài)下GTV與運動幅度分別為1.0、1.5及2.0 cm狀態(tài)下GTV之間差異有統(tǒng)計學意義（P分別為:0.000、0.000）。 說明在z軸方向不同的運動幅度下，CT圖像勾畫的GTV體積會與靶區(qū)的真實體積產生一定差異，在瘤體直徑為1.0～3.0 cm時，這種差異不明顯，但是瘤體直徑為4.0～5.0 cm時，這種差異很明顯，提示這種情況下CT圖像勾畫的GTV體積可能與事實嚴重不符，不建議用這種CT圖像勾畫GTV。進一步的檢驗分析顯示，隨著z軸方向運動幅度的加大，CT圖像勾畫的靶區(qū)會越來越偏離腫瘤實際情況，用這種CT圖像勾畫GTV，將明顯與腫瘤實際大小不一致。

綜上所述，CT圖像必將隨著CT設備的發(fā)展而不斷獲得提高，但由于呼吸運動的存在，得到的CT圖像與實際情況會產生一定的差異，這在某種程度上會嚴重影響放療計劃制定過程中GTV的勾畫，從而導致靶區(qū)劑量的不準確或增加靶區(qū)周圍高危器官的受照劑量，因此在制定放療計劃時最好使用門控技術等有效措施降低呼吸運動對放療靶區(qū)勾畫的影響。

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