基于四維CT的呼吸門控技術(shù)分析呼吸運動對肺部腫瘤的影響

王義海，潘廣鵬，陸艷榮，張瑾熔

（新疆醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院胸腹放療科，烏魯木齊 830011）

肺癌是常見的惡性腫瘤之一。目前放射治療手段已成為腫瘤治療最主要的方法之一，在腫瘤的綜合治療手段中占有重要的地位。對于肺部腫瘤放射治療是除手術(shù)外最主要的局部治療手段。呼吸運動所致肺部腫瘤運動是肺癌放療失敗的主要因素之一［1］。本研究采用基于四維 CT（four－dimensional computed tomography，4D－CT）的呼吸門控技術(shù)對肺部腫瘤治療計劃幾何中心在平靜呼吸下的三維方向移動范圍進(jìn)行研究，以期確定肺癌放療時內(nèi)靶區(qū)體積外擴(kuò)距離。

1 資料與方法

1.1 對象 選擇新疆醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院胸腹放療科2013年8月－2014年1月首次行三維適形調(diào)強(qiáng)放療的肺部腫瘤患者48例（均未行手術(shù)治療），男性30例，女性18例，年齡42～76歲，其中病灶位于左肺24例，右肺24例，神志清楚、查體配合，且卡氏評分（KPS）≥80分，通氣功能良好，能較長時間平臥。

1.2 方法 患者平躺，雙手上舉抱肘，待至患者平靜呼吸并完全放松后以真空氣墊固定體位，啟動呼吸門控系統(tǒng)，劍突處放置瓦里安呼吸感應(yīng)器（熒光標(biāo)記模塊），連接并啟動紅外線攝像頭探測熒光模塊的運動軌跡，通過計算機(jī)轉(zhuǎn)化為呼吸運動信息，根據(jù)顯示屏上呼吸運動幅度，適當(dāng)調(diào)整模塊位置，得到滿意的運動軌跡。然后開始掃描，要求患者平靜呼吸狀態(tài)下以層距3mm進(jìn)行增強(qiáng)掃描。將掃描后圖像通過CT機(jī)的4D軟件程序?qū)⑺肅T數(shù)據(jù)組進(jìn)行重建、分層處理，得到10個不同4D－CT呼吸時相：分別為0%～90%。將全部呼吸時相通過Varian網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳至Eclipse 8.3三維治療計劃系統(tǒng)進(jìn)行圖像登記。由一位副主任醫(yī)師分別勾畫每位患者10個呼吸時相中的大體腫瘤體積GTV，通過Eclipse 8.3治療計劃系統(tǒng)確定GTV幾何中心坐標(biāo)，比較GTV在左右（X軸冠狀位）、前后（Y軸矢狀位）、頭腳（Z軸橫斷位）方向隨呼吸的位移大小及三維空間移動向量，同時測量各邊界位移變化：分別記錄每位患者10層圖像各個邊界在三維方向上的最大位移（吸氣末）、最小位移（呼氣末）坐標(biāo)，兩者之差即為相應(yīng)的位移，也即三維方向的呼吸動度。

1.3 統(tǒng)計學(xué)處理 采用SPSS17.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行分析，全肺呼吸運動三維矢量采用χ2檢驗；左右肺間差異采用t檢驗，檢驗水準(zhǔn)α＝0.05；方向精度按照文獻(xiàn)［2］中給出的公式進(jìn)行計算。

2 結(jié)果

2.1 全肺呼吸動度及三維方向矢量 在平靜呼吸狀態(tài)下，肺的呼吸動度在X軸方向（左右）、Y軸方向（前后）、Z軸方向（頭腳）分別為1.97、2.33、8.41 mm；方向精度分別為1.31、1.50、1.92mm；平均誤差分別為（1.00±1.28 ）、（1.19±1.49）、（1.67±1.89）mm，三維方向的呼吸動度差異有統(tǒng)計學(xué)意義（χ2＝6.773，P ＝0.034）。

2.2 病灶位于左、右肺的呼吸動度比較 病灶位于左、右肺的呼吸動度在X軸方向（左右）、Y軸方向（前后）、Z軸方向（頭腳）分別為1.96和1.99mm（t＝0.79，P＝0.94），2.49和2.18mm（t＝0.72，P＝0.48），8.49和8.18mm（t＝1.21，P＝0.23），三維方向的呼吸動度差異無統(tǒng)計學(xué)意義。

3 討論

精確放療已成為肺部腫瘤放療的主流技術(shù)，靶區(qū)的確定是肺癌放療的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。呼吸運動對肺內(nèi)腫瘤的放射劑量分布和放療效果影響較大，所以呼吸運動是影響GTV外擴(kuò)邊界的重要因素，因此，很多學(xué)者也進(jìn)行了相關(guān)研究以減少腫瘤位移對靶區(qū)的影響［2－5］。由于常規(guī)定位掃描時間較短，很難完全包括肺部腫瘤在整個呼吸周期中的位置和體積，從而造成肺部腫瘤在放療時由于呼吸運動而與實際靶區(qū)不符合。基于四維CT掃描所獲得的肺腫瘤靶區(qū)則可相對準(zhǔn)確反映靜態(tài)腫瘤體積及呼吸運動導(dǎo)致的空間位移，以此確定的靶區(qū)因為考慮了腫瘤受呼吸運動的影響，因此相對準(zhǔn)確。

胸部器官生理性運動是影響精確放療的重要因素，也是放療分次內(nèi)靶區(qū)外擴(kuò)的主要組成部分。4D－CT將時間因素融合入3D圖像，較為準(zhǔn)確地反映了胸部腫瘤運動范圍和空間位置變化規(guī)律，在顯著減少呼吸運動偽影同時提供了呼吸周期內(nèi)靶區(qū)空間運動變化規(guī)律和解剖形變信息，可為內(nèi)靶區(qū)（internal target volume，ITV）的確定提供更為個體化依據(jù)，減少了基于常規(guī)CT定位圖像進(jìn)行ITV確定時統(tǒng)一邊界外擴(kuò)所致的周圍正常組織器官受照、靶區(qū)漏照及靶區(qū)內(nèi)低劑量區(qū)［6－8］。

本研究采用基于四維CT的呼吸門控技術(shù)對肺部腫瘤進(jìn)行研究，三維方向的數(shù)據(jù)采集是應(yīng)用肺體積最大和最小時的差值，也即肺體積最大時代表平靜吸氣末，肺體積最小時代表平靜呼氣末，因此可以代表肺在三維方向上的呼吸動度。結(jié)果顯示，在平靜呼吸狀態(tài)下，肺的呼吸動度在X方向為1.97mm、Y方向2.33mm、Z方向8.41mm；為減少測量儀器或方法的重復(fù)性度量誤差，即隨機(jī)誤差的影響，對三維方向精度進(jìn)行了計算，分別為1.31、1.50、1.92mm，這與 Weiss等［9］報道的Z軸方向位移（6.6±6.4）mm 大于 Y 軸方向（3.0±2.6）mm和X軸方向（2.4±1.8）mm結(jié)果相似。本研究提示，在內(nèi)靶區(qū)外擴(kuò)時不但要考慮到呼吸運動的影響還要考慮隨機(jī)誤差的影響，在X、Y方向應(yīng)至少外擴(kuò)3mm，而在Z方向至少外擴(kuò)10mm。如此才可能避免傳統(tǒng)方法在三維方向上外擴(kuò)同樣安全邊界造成的靶區(qū)漏照或（和）正常組織過量照射。Yu等［10］研究認(rèn)為，腫瘤的位移大小還與腫瘤分期有關(guān)，早期非小細(xì)胞肺癌比局部晚期非小細(xì)胞肺癌的運動幅度明顯增加，早期肺癌運動幅度的中位數(shù)和最大值分別為5.9和31.0mm，而局部晚期肺癌為1.2和12 mm。本研究所選病例均為局部晚期肺癌患者，故結(jié)果較相關(guān)［11－12］研究略小。

肺內(nèi)各部位在呼吸過程中的運動幅度各不相同，從而造成肺內(nèi)各部位病灶位移的可能不同，左肺因還受心臟搏動得影響，可能與右肺在三維方向的移動幅度不同，因此，本研究中對左右肺的呼吸動度進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示左右肺在X方向（左右），Y方向（前后），Z方向（頭腳）分別為1.96、1.99mm，2.49、2.18mm，8.49、8.18mm，經(jīng)檢驗差異無統(tǒng)計學(xué)意義。

綜上所述，應(yīng)用呼吸門控技術(shù)可以定量測定肺部腫瘤受呼吸運動影響在三維方向的移動范圍，可以確定個體化肺癌放療時內(nèi)靶區(qū)體積外擴(kuò)距離。

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