基于四維CT的肝臟各部分和膈肌的呼吸移動(dòng)度的分析

龔敏 胡偉剛 陸惠忠 虞維博 許青 章真

（復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放療科，上海 200032）

基于四維CT的肝臟各部分和膈肌的呼吸移動(dòng)度的分析

龔敏 胡偉剛 陸惠忠 虞維博 許青 章真

（復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放療科，上海 200032）

目的:用四維CT（four－dimensional computed tomography，4DCT）的方法研究膈肌和肝臟各部分的呼吸移動(dòng)度，并分析它們之間的關(guān)系。方法:對(duì)31例有肝臟內(nèi)占位性病灶的患者行靜脈增強(qiáng)4DCT掃描，在生成的10個(gè)呼吸時(shí)相的CT圖像上分別勾畫膈肌、肝臟內(nèi)占位性病灶并測量其呼吸移動(dòng)度。結(jié)果:膈肌在頭腳方向上的呼吸移動(dòng)度為（9.9±3.8）mm。肝臟各部分的呼吸移動(dòng)度不等，肝右葉上部、肝左葉、肝中部與膈肌頭腳方向的呼吸移動(dòng)度均無顯著差異（P＞0.05），經(jīng)線性相關(guān)分析，呈高度線性正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)分別為0.997、0.985、0.996，P＜0.05）。肝右葉下部、肝門區(qū)的移動(dòng)度均顯著小于膈肌的呼吸移動(dòng)度（P＜0.05）。結(jié)論:肝臟各部分的呼吸移動(dòng)度不同，膈肌呼吸移動(dòng)度可以代表肝右葉上部、肝中部和肝左葉在頭腳方向的呼吸移動(dòng)度。

四維CT； 圖像增強(qiáng)； 肝腫瘤； 放射療法； 呼吸移動(dòng)度

肝臟緊鄰膈肌，受呼吸運(yùn)動(dòng)的影響顯著。肝腫瘤的放療中，呼吸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的靶區(qū)漏照射既影響療效，又可能導(dǎo)致正常肝組織受到過多照射，從而增加了放療的并發(fā)癥。常用膈肌呼吸移動(dòng)度來代表肝臟頭腳方向的移動(dòng)度［1］。通過X線透視、B超檢查可獲得膈肌呼吸移動(dòng)度，但Balter等［2］認(rèn)為膈肌與肝內(nèi)腫瘤的運(yùn)動(dòng)并非完全一致。四維CT（four－dimensional computed tomography，4DCT）能夠記錄患者的呼吸運(yùn)動(dòng)并將時(shí)間信息整合到CT圖像中，得到呼吸周期各個(gè)時(shí)相的三維CT影像，從而可以真實(shí)地反映腫瘤的運(yùn)動(dòng)軌跡［1］。本研究應(yīng)用靜脈增強(qiáng)4DCT研究膈肌和肝臟各部分的呼吸移動(dòng)度，并分析它們之間的關(guān)系，為制定放療計(jì)劃時(shí)靶體積（planning target volume，PTV）的確定提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2010年12月—2011年11月在我院應(yīng)用4DCT進(jìn)行模擬定位放療的肝臟內(nèi)存在最長徑≤3cm的腫瘤或囊腫樣占位性病灶的患者31例，其中男性18例，女性13例；年齡35～70歲，平均年齡（55.2±10.2）歲。31例患者的腹部腫瘤包括原發(fā)性肝癌10例（因其他疾病不能手術(shù)或不愿意手術(shù)，其中4例伴肝內(nèi)多發(fā)轉(zhuǎn)移；轉(zhuǎn)移性肝癌14例，胃癌5例，胰腺癌2例。31例患者共有68個(gè)肝內(nèi)占位性病灶，其中腫瘤性病灶46個(gè)，囊腫樣病灶22個(gè)。所有患者肺功能基本正常，初步呼吸訓(xùn)練后可主動(dòng)配合平靜、均勻呼吸。

1.2 肝內(nèi)占位性病灶分布

將肝臟分為肝右葉上部、肝中部、肝門區(qū)、肝右葉下部、肝左葉5個(gè)部分。肝左葉與解剖學(xué)中的肝左葉一致；肝右葉上部為肝右葉在頭腳方向上距離膈頂不超過3cm的區(qū)域；肝右葉下部為肝右葉在頭腳方向上距離肝臟尾端不超過3 cm的區(qū)域；肝門區(qū)為距離肝門不超過5 cm的區(qū)域；肝中部為去除以上4部分之外的其他部分。肝內(nèi)占位性病灶分布為:肝右葉上部12個(gè)，肝左葉12個(gè)，肝中部15個(gè)，肝右葉下部11個(gè)，肝門區(qū)18個(gè)。

1.3 靜脈增強(qiáng)4DCT

患者仰臥位，雙手抱肘置于額頭，真空氣墊固定。采用16排Brilliance Big Bore CT機(jī)（Version 2.3.5）和 Varian RPMTMsystem Version 1.65軟件進(jìn)行CT掃描和重建，采用Varian公司生產(chǎn)的實(shí)時(shí)位置管理呼吸門控系統(tǒng)監(jiān)測和記錄患者的呼吸運(yùn)動(dòng)。在患者上腹部放置一個(gè)紅外反射輕質(zhì)塑料塊，通過紅外線攝像機(jī)監(jiān)測采集呼吸信號(hào)。4DCT掃描范圍為從橫膈上2～3 cm至右腎下極，掃描層距3.0 mm，層厚3.0 mm，掃描電壓120k V，電流250 m A。根據(jù)文獻(xiàn)［3］報(bào)道，采用的靜脈強(qiáng)化方案為100 m L濃度為300 mg I/m L的碘海醇注射液，注入速度為2.5 m L/s，造影劑注入后延遲45 s；采用電影模式掃描，每個(gè)掃描位置的軸向掃描時(shí)間均大于一個(gè)呼吸周期，獲取4DCT圖像。以10%為時(shí)相間隔將每個(gè)呼吸周期的CT圖像分為0%～90%10個(gè)呼吸時(shí)相，其中0%時(shí)相、50%時(shí)相分別為呼吸周期的吸氣末、呼氣末時(shí)相。將全部CT圖像通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絋umor Loc工作站進(jìn)行圖像分析。

1.4 呼吸移動(dòng)度的測量

1.4.1 膈肌呼吸移動(dòng)度的測量 在10個(gè)呼吸時(shí)相的CT圖像中分別讀取膈肌最高點(diǎn)位置在頭腳方向的坐標(biāo)，以這些坐標(biāo)最大值和最小值的差值作為患者的膈肌呼吸移動(dòng)度。

1.4.2 肝內(nèi)占位性病灶呼吸移動(dòng)度的測量 在10個(gè)呼吸時(shí)相的CT圖像中分別勾畫肝臟內(nèi)占位性病灶。所有病灶均由同一名放療科醫(yī)師在腹窗條件下勾畫。得到不同呼吸時(shí)相肝內(nèi)占位性病灶的幾何中心點(diǎn)的三維坐標(biāo)后，以這些坐標(biāo)的最大值和最小值的差值作為患者肝臟內(nèi)占位性病灶在呼吸周期中左右方向、前后方向、頭腳方向的呼吸移動(dòng)度。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差±s）表示，對(duì)膈肌與肝臟各部分的呼吸移動(dòng)度行配對(duì)t檢驗(yàn)。對(duì)膈肌與肝臟各部分的呼吸移動(dòng)度的關(guān)系進(jìn)行線性相關(guān)分析。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 膈肌與肝臟各部分的呼吸移動(dòng)度

肝臟各部分在頭腳方向的呼吸移動(dòng)度顯著大于左右、前后方向（P均＜0.05）。肝臟各部分在前后、左右方向的呼吸移動(dòng)度無顯著差異（P均＞0.05）。在頭腳方向上，肝臟各部分的呼吸移動(dòng)度差異較大，其中肝右葉上部、肝左葉、肝中部與膈肌的呼吸移動(dòng)度無顯著差異（P均＞0.05），但肝右葉下部、肝門區(qū)的呼吸移動(dòng)度顯著小于膈肌的呼吸移動(dòng)度（P均＜0.05）。見表1。

表1 膈肌與肝臟各部分的平均呼吸移動(dòng)度（mm）

2.2 膈肌與肝臟各部分的呼吸移動(dòng)度的關(guān)系

頭腳方向上肝右葉上部、肝左葉、肝中部的呼吸移動(dòng)度與膈肌呼吸移動(dòng)度的散點(diǎn)圖均呈現(xiàn)一直線趨勢，經(jīng)線性相關(guān)分析，其呈高度線性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.997、0.985、0.996，P值均為0.000，見圖1～3。肝右葉下部、肝門區(qū)與膈肌頭腳方向的呼吸移動(dòng)度成正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.875、0.690，P 值分別為0.000、0.001，見圖4～5。

圖1 肝右葉上部與膈肌呼吸移動(dòng)度（頭腳方向）的散點(diǎn)圖

3 討 論

肝腫瘤放療多采用CT和磁共振定位，但由于這兩種方法得到的都是靜態(tài)圖像，僅能提供靶區(qū)某一瞬時(shí)位置和解剖圖像信息，而且其掃描過程具有隨機(jī)性，可能會(huì)造成部分靶區(qū)的重復(fù)掃描或漏掃［4］。本研究應(yīng)用靜脈增強(qiáng)4DCT成像，注射造影劑后，延遲45s成像，使肝臟內(nèi)病灶形態(tài)和邊界更容易辨認(rèn)，并能夠更加精確地反映腫瘤的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)范圍。

肝臟隨呼吸運(yùn)動(dòng)有明顯位移，在頭腳方向上最為明顯。肝臟各部分的呼吸移動(dòng)度不同。本研究顯示，肝右葉上部、肝左葉和肝中部頭腳方向的呼吸移動(dòng)度分別為（10.0±3.7）mm、（10.4±3.5）mm和（9.4±3.8）mm，三者與膈肌頭腳方向的呼吸移動(dòng)度［（9.9±3.8）mm］均無顯著差異。肝右葉下部和肝門區(qū)頭腳方向的呼吸移動(dòng)度分別為（7.9±2.5）mm和（7.3±3.1）mm，均顯著小于膈肌的呼吸移動(dòng)度。肝右葉上部、肝左葉和肝中部頭腳方向的呼吸移動(dòng)度大于肝右葉下部、肝門區(qū)。肝臟在隨呼吸運(yùn)動(dòng)的過程中存在形變，肝右葉上部、肝中部和肝左葉距離膈肌近，受膈肌運(yùn)動(dòng)影響大；而肝門區(qū)距離膈肌相對(duì)較遠(yuǎn)，且受到肝門區(qū)血管、膽管等的牽拉而使其移動(dòng)受到限制，因此移動(dòng)度??；肝右葉下部距離膈肌相對(duì)較遠(yuǎn)，可能易發(fā)生形變，呼吸移動(dòng)度小。

臨床上通常根據(jù)膈肌的呼吸移動(dòng)度來確定肝臟腫瘤在頭腳方向的安全邊界的大小。根據(jù)本研究結(jié)果，臨床工作中可以用膈肌呼吸移動(dòng)度來代替肝右葉上部、肝中部和肝左葉在頭腳方向的呼吸移動(dòng)度，但如果使用膈肌呼吸移動(dòng)度來代替肝右葉下部、肝門區(qū)腫瘤的呼吸移動(dòng)度，則可能使肝臟正常組織受到過多的照射。

綜上所述，應(yīng)用靜脈增強(qiáng)4DCT可以清晰顯示肝臟內(nèi)病灶，并能準(zhǔn)確測量肝臟各部分在三維方向的呼吸移動(dòng)度，從而有利于放療科醫(yī)師制定個(gè)體化的放療計(jì)劃。

［1］Xi M，Liu MZ，Zhang L，et al.How many sets of 4D－CT images are sufficient to determine internal target volume for liver radiotherapy［J］.Radiother Oncol，2009，92（2）:255－259.

［2］Balter JM，Dawson LA，Kazanjian S，et al.Determination of ventilator liver movement via radiographic evaluation of diaphragm position［J］.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2001，51（1）:267－270.

［3］Beddar AS，Briere TM，Balter P，et al.4D－CT imaging with synchronized intravenous contrast injection to improve delineation of liver tumors for treatment planning［J］.Radiother Oncol，2008，87（3）:445－448.

［4］鞏貫忠，尹勇，陳進(jìn)琥，等.基于四維CT和ABC輔助下三維CT確定肝癌內(nèi)靶區(qū)對(duì)照研究［J］.中華放射腫瘤學(xué)雜志，2011，20（6）:517－520.

Analysis of the Motion of Diaphragm and Different Parts of Liver During Respiration by Four－Dimensional CT

GONG Min HU Weigang LU Huizhong YU Weibo XU Qing ZHANG Zhen Department of Radiation Oncology，F(xiàn)udan University Shanghai Cancer Center，Shanghai 200032，China

Objective:To study the respiratory motion of diaphragm and different parts of liver using four－dimensional computed tomography（4DCT）imaging，and to investigate the relationship between them.Methods:A total of 31 patients with intrahepatic space－occupying lesions were scanned using 4DCT imaging with synchronized intravenous contrast injection.Diaphragm and intrahepatic space－occupying lesions were contoured respecttively on CT images in 10 respiratory phases.The motions of diaphragm and intrahepatic space－occupying lesions were measured.Results:The motion of diaphragm in the cranio－caudal（CC）direction was（9.9±3.8）mm.The CC movement of the superior part of right lobe，the left lobe and the central part correlated well with the diaphragmatic movement，and the correlation coefficients of them were 0.997，0.985 and 0.996，respectively（P＜0.05），and no significant differences were observed（P＞0.05）.The displacement of diaphragm in the CC direction was more notable than that of the inferior part of right lobe and that of the hepatic hilar part（P＜0.05）.Conclusions:The displacement during respiration is different in different parts of liver.The breathing motion of diaphragm approximate the CC movement of the superior part of right lobe，the left lobe and the central part of liver.

Four－dimensional computed tomography； Image enhancement； Liver neoplasm； Radiotherapy； Breathingm otion

R730.55

A

許青，E－mail:zhongshanl＠yahoo.com.cn