呼吸運(yùn)動(dòng)對(duì)肺癌三維適形放療腫瘤靶區(qū)影響的研究

馮獻(xiàn)斌，曾自力

0 引言

肺癌是世界范圍內(nèi)最為常見的惡性腫瘤之一，手術(shù)、放射治療和化療是其主要的治療手段。其中放療是肺癌治療中較為有效、安全、重要的手段之一[1]。實(shí)現(xiàn)精確放療的前提是精確的靶區(qū)確認(rèn)，但精確的靶區(qū)確認(rèn)是困難的，因?yàn)楹粑\(yùn)動(dòng)、心臟和血管搏動(dòng)會(huì)引起肺腫瘤在放療過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)和形變。呼吸運(yùn)動(dòng)引起的臨床靶體積位置變化是影響胸腔內(nèi)腫瘤治療準(zhǔn)確性的主要因素[2]。近年來(lái)，雖然放療技術(shù)有了很大提高，但隨呼吸運(yùn)動(dòng)的病灶的適形放療還不能令人滿意，于是便出現(xiàn)了一些對(duì)呼吸進(jìn)行補(bǔ)償?shù)拇胧?，這些措施覆蓋了肺癌放療從靶區(qū)確定到治療評(píng)估的各個(gè)環(huán)節(jié)。如在照射過(guò)程中，有門控技術(shù)、呼吸控制技術(shù)、實(shí)時(shí)追蹤技術(shù)、強(qiáng)迫淺呼吸技術(shù)等。每種技術(shù)還存在很多具體實(shí)施方法。但其需要專門的設(shè)備、復(fù)雜的操作和不菲的費(fèi)用才能實(shí)現(xiàn)。目前，國(guó)內(nèi)相當(dāng)一部分醫(yī)療單位無(wú)法滿足這些條件，同時(shí)大部分肺癌患者無(wú)力承擔(dān)這些技術(shù)的高昂費(fèi)用。因此，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有條件盡量控制呼吸運(yùn)動(dòng)的影響，從而減少放射治療所帶來(lái)的副作用。本文利用治療計(jì)劃系統(tǒng)（treat mentplanning system，TPS）的圖像融合技術(shù)，分析研究呼吸運(yùn)動(dòng)對(duì)肺癌三維適形放療（three dimensional conformal radiotherapy，3DCRT）腫瘤靶區(qū)（gross targetvolume，GTV）幾何中心位移和體積的影響，為GTV的勾畫提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取病理證實(shí)的原發(fā)性非小細(xì)胞肺癌患者，在主管醫(yī)生的指導(dǎo)下，行呼吸屏氣訓(xùn)練。在平靜呼吸狀態(tài)下，吸氣時(shí)屏住氣，保持9 s左右；呼氣時(shí)屏住氣，保持9 s左右。入選的27例患者，年齡42～78歲，中位年齡58歲，病灶分別位于左右肺的上、中、下各部位，各部位分別有9、7、11例。

1.2 患者的體位固定及CT定位掃描

采用曾自力、劉兵等[3]用真空墊讓患者仰臥固定體位的方法，用激光燈校正體位，使患者體中軸與床長(zhǎng)軸一致，用氣泵抽真空墊使其真空，固定患者體位。

采用16排螺旋CT，行CT增強(qiáng)掃描，掃描參數(shù)：管電壓140 kV，管電流110mA，掃描層厚3.75mm，螺距1.75mm，X線球管旋轉(zhuǎn)一圈進(jìn)床35mm，掃描時(shí)間可控制在6～7 s內(nèi)，掃描范圍自上界胸廓至下界膈肌全部。保持平靜呼吸狀態(tài)，行第一次CT掃描，相同條件下行呼氣末屏氣掃描和吸氣末屏氣掃描，呼氣末屏氣掃描和吸氣末屏氣掃描之間的時(shí)間間隔為120 s，以利于患者恢復(fù)平靜呼吸節(jié)律。

1.3 患者靶區(qū)的確定

將CT掃描信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳入美國(guó)瓦里安公司Eclipse DX治療計(jì)劃系統(tǒng)，由患者主管醫(yī)生勾畫靶區(qū)，根據(jù)國(guó)際輻射單位和計(jì)量委員會(huì)（ICRU），ICRU 50—1993和 ICRU 62—1999號(hào)報(bào)告，GTV是可證實(shí)的實(shí)體瘤范圍和惡性贅生物的范圍。它由初始瘤（GTV-初）和可能的轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)（GTV-結(jié)）或其他轉(zhuǎn)移灶（GTV-M）組成。GTV幾乎總是對(duì)應(yīng)于那些瘤細(xì)胞密度最高的惡性贅生物，因此，為達(dá)到根治的目的，必須用足夠的劑量完全覆蓋GTV。對(duì)于肺癌，GTV就是原發(fā)腫瘤和有臨床意義的陽(yáng)性區(qū)域淋巴結(jié)[4]。本文只勾畫肺內(nèi)GTV，不考慮縱隔病灶。肺內(nèi)病變?cè)诜未爸泄串嫞未按皩挒? 600 HU，窗位為-600HU[1]。在TPS中勾畫第一次CT掃描圖像，得到GTV；將呼氣末屏氣掃描和吸氣末屏氣掃描圖像進(jìn)行融合，得到融合圖像，勾畫得到融合圖像的腫瘤靶區(qū)（gross target volume fusion，GTVf）；勾畫吸氣末屏氣掃描圖像，得到診斷圖像的腫瘤靶區(qū)GTVz。

1.4 GTVf分別與GTV、GTVz的比較

設(shè)患者身體左右方向?yàn)閄，前后方向?yàn)閅，頭腳方向?yàn)閆。利用TPS得到GTVf的中心坐標(biāo)（X0，Y0，Z0），GTV的中心坐標(biāo)（X1，Y1，Z1），GTVz的中心坐標(biāo)（X2，Y2，Z2）；得到 GTVf的體積 VGTVf、GTV的體積VGTV、GTVz的體積VGTVz。將GTVf的中心坐標(biāo)分別與GTV、GTVz的中心坐標(biāo)進(jìn)行比較；將VGTVf分別與VGTV、VGTVz的體積進(jìn)行比較；將VGTV與VGTVz的體積進(jìn)行比較。

1.5 統(tǒng)計(jì)方法

采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)量資料以x±s表示，應(yīng)用配對(duì)t檢驗(yàn)比較各項(xiàng)指標(biāo)，以P﹤0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 GTVf與GTV、GTVz中心坐標(biāo)的比較

2.1.1 GTVf與GTV中心坐標(biāo)的比較

腫瘤靶區(qū)的幾何中心在患者身體左右方向X位移幅度的平均值為（0.34±0.21）cm，范圍在0.00～0.70cm之間；前后方向Y位移幅度的平均值為（0.21±0.27）cm，范圍在0.00～0.50 cm之間；頭腳方向Z位移幅度的平均值為（0.84±0.42）cm，范圍在0.30～1.50 cm之間。

2.1.2 GTVf與GTVz中心坐標(biāo)的比較

腫瘤靶區(qū)的幾何中心在患者身體左右方向X位移幅度的平均值為（0.36±0.24）cm，范圍在0.00～0.80 cm之間；前后方向Y位移幅度的平均值為（0.28±0.31）cm，范圍在0.10～0.60 cm之間；頭腳方向Z位移幅度的平均值為（0.91±0.43）cm，范圍在0.30～1.70 cm之間。

2.2 V GTVf、V GTV、V GTVz 相互比較

2.2.1 VGTVf與VGTV的比較

融合圖像腫瘤靶區(qū)體積與平靜呼吸狀態(tài)下腫瘤靶區(qū)體積相比，9例病灶位于肺的上部位，融合圖像腫瘤靶區(qū)體積平均增加37.29%；7例病灶位于肺的中部位，融合圖像腫瘤靶區(qū)體積平均增加21.44%；11例病灶位于肺的下部位，融合圖像腫瘤靶區(qū)體積平均增加44.82%。它們的差異都有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見表1。

表1 V GTVf與V GTV的比較

2.2.2 VGTVf與 VGTVz的比較

融合圖像腫瘤靶區(qū)體積VGTVf與診斷圖像腫瘤靶區(qū)體積VGTVz相比，9例病灶位于肺的上部位，融合圖像腫瘤靶區(qū)體積平均增加42.33%；7例病灶位于肺的中部位，融合圖像腫瘤靶區(qū)體積平均增加25.39%；11例病灶位于肺的下部位，融合圖像腫瘤靶區(qū)體積平均增加50.97%。它們的差異都有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見表2。

表2 V GTVf與V GTVz的比較

2.2.3 VGTV與VGTVz的比較

平靜呼吸狀態(tài)下，腫瘤靶區(qū)體積VGTV與診斷圖像腫瘤靶區(qū)體積VGTVz相比，9例病灶位于肺的上部位，腫瘤靶區(qū)體積平均增加4.09%；7例病灶位于肺的中部位，腫瘤靶區(qū)體積平均增加4.28%；11例病灶位于肺的下部位，腫瘤靶區(qū)體積平均增加4.24%。它們的差異都有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見表3。

表3 V GTV與V GTVz的比較

3 討論

隨著影像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、立體定位及驗(yàn)證等一系列技術(shù)及方法的發(fā)展和結(jié)合，放射治療可實(shí)施對(duì)靶區(qū)的準(zhǔn)確打擊及對(duì)正常組織的有效保護(hù)，實(shí)現(xiàn)放療方案最優(yōu)化，將高劑量集中于靶區(qū)，使放療損傷風(fēng)險(xiǎn)降到最低。從而，為患者提供了更合理、安全、有效的治療策略，使患者獲得更好的療效和更高的生活質(zhì)量。

為了使放療靶區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化，ICRU50—1993和ICRU 62—1999號(hào)報(bào)告推薦了專門的靶區(qū)勾畫方法，但勾畫起來(lái)并非易事。診斷性CT圖像是在患者呼吸暫停（吸口氣，屏住氣）情況下的吸氣末屏氣掃描圖像，在TPS中勾畫得到診斷性CT圖像的GTVz；而放療計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)，采用的CT掃描圖像是患者在平靜呼吸狀態(tài)下進(jìn)行的，在TPS中勾畫得到治療計(jì)劃的GTV。對(duì)于肺癌，診斷性CT圖像的GTVz，只采集了呼吸周期中某一時(shí)刻的信息，但這些信息不能準(zhǔn)確代表患者接受放射治療時(shí)相關(guān)器官在呼吸周期中的狀態(tài)。目前，常假設(shè)平靜呼吸狀態(tài)下CT掃描所得圖像能代表腫瘤的平均位置，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV）外放，這可能造成過(guò)多正常組織受照或部分靶區(qū)漏照[5]，有研究認(rèn)為，約10%～15%的靶區(qū)處于低劑量區(qū)[6]。由于時(shí)間、空間融合因素導(dǎo)致CT單層掃描上生成模糊影像，同時(shí)，由于呼吸運(yùn)動(dòng)和CT掃描的不同步，使結(jié)果不能真實(shí)反映腫瘤影像。因此，呼吸運(yùn)動(dòng)會(huì)影響影像資料的可靠性，在診斷性CT圖像和平靜呼吸狀態(tài)下的CT掃描圖像上勾畫的GTVz和GTV是不精確的。從結(jié)果可以看出，呼吸運(yùn)動(dòng)會(huì)引起肺部病灶產(chǎn)生位移，而且這些位移在X、Y、Z 3個(gè)方向上均有改變，這與Bradley JD，Perez CA，DehdashtiF的結(jié)果相同[7]。同時(shí)，VGTV與VGTVz差異較大，P＜0.05，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。3DCRT的每次治療不能在一個(gè)呼吸周期內(nèi)完成，因此，不可避免地受到呼吸運(yùn)動(dòng)的影響[8]。

腫瘤治療失敗的主要原因是病變的局部未控或復(fù)發(fā)。造成靶區(qū)移動(dòng)進(jìn)而影響精確放射治療的主要原因是呼吸運(yùn)動(dòng)。如何確定腫瘤靶區(qū)隨呼吸變化產(chǎn)生的移動(dòng)范圍，準(zhǔn)確勾畫腫瘤靶區(qū)，在減少正常組織受照射的同時(shí)又不讓腫瘤靶區(qū)漏照，是急需解決的問(wèn)題。現(xiàn)在已有確定腫瘤位移的方法應(yīng)用于臨床，如圖像引導(dǎo)放射治療（image guided radiation therapy，IGRT）、自適應(yīng)放射治療（adaptive radiotherapy，ART）等，它們使因呼吸而漏照的肺癌腫瘤靶區(qū)得到了較好的減少，對(duì)并發(fā)癥的控制也獲得了滿意的效果。但其價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)相當(dāng)一部分醫(yī)療單位無(wú)法購(gòu)買這些設(shè)備。為了確定腫瘤的位移和體積的變化，根據(jù)現(xiàn)有的條件，在TPS中將平靜呼吸狀態(tài)下，呼氣末屏氣掃描和吸氣末屏氣掃描圖像進(jìn)行融合，得到融合圖像，勾畫得到融合圖像GTVf可能較合理、客觀地反映患者在3DCRT中的實(shí)際情況。國(guó)外有學(xué)者嘗試采集患者平靜呼氣末和吸氣末圖像，進(jìn)行靶區(qū)圖像融合來(lái)確定個(gè)體化內(nèi)部腫瘤靶區(qū)（internal target volume，ITV）邊界[10]。但有學(xué)者[10-11]認(rèn)為，腫瘤體積小且運(yùn)動(dòng)幅度較大時(shí)，吸氣末和呼氣末二時(shí)相圖像之間位置分開較明顯，其中間呼吸狀態(tài)的信息可能會(huì)不夠全面。以吸氣末屏氣掃描、呼氣末屏氣掃描和呼氣中段三時(shí)相掃描圖像進(jìn)行融合可能更合理。

3DCRT的特點(diǎn)是靶區(qū)的高度適形和靶區(qū)邊緣劑量銳減，所以對(duì)靶區(qū)的精確確定有更高的要求。目前，3DCRT治療靶區(qū)勾畫主要依賴于CT圖像，但單純根據(jù)CT圖像確定靶區(qū)至少存在4個(gè)問(wèn)題：最佳的CT掃描條件、原發(fā)灶侵入軟組織的程度、肺不張或肺實(shí)變與原發(fā)灶緊密相連時(shí)腫瘤邊界的確定、縱隔轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的確定[12]。文獻(xiàn)回顧分析發(fā)現(xiàn)，臨床醫(yī)生勾畫GTV的變異性是導(dǎo)致肺癌治療計(jì)劃不確定性的主要原因。為了提高靶區(qū)勾畫的一致性，我們選擇了最佳的胸部掃描條件；GTV的大小與CT層面的窗寬、窗位密切相關(guān)，因此，標(biāo)準(zhǔn)的窗寬、窗位參數(shù)應(yīng)該在勾畫靶區(qū)時(shí)特別強(qiáng)調(diào)。通過(guò)總結(jié)分析，我們認(rèn)為，肺內(nèi)病變?cè)诜未爸泄串?，肺窗窗? 600，窗位-600時(shí)CT顯示的病變大小與實(shí)際大小最為接近。同時(shí)，對(duì)放療醫(yī)生進(jìn)行了正規(guī)的放射醫(yī)學(xué)培訓(xùn)，他們有條理的靶區(qū)勾畫，加上影像優(yōu)化技術(shù)和豐富的經(jīng)驗(yàn)，確保了腫瘤靶區(qū)的精確勾畫。劉利、郁志龍[13]研究認(rèn)為，PET/CT用于肺癌定位可進(jìn)一步明確臨床分期，準(zhǔn)確定位定性腫瘤病灶，確定淋巴結(jié)性質(zhì)，區(qū)分腫瘤與肺不張，鑒別治療后有無(wú)腫瘤殘存等，對(duì)放療靶區(qū)勾畫有幫助，有助于靶區(qū)的精確化[14]。

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