4D-CT在肺轉(zhuǎn)移瘤個(gè)體化精準(zhǔn)放療中的研究

黃玉玲 潘純國 袁星星 周繼民 劉智華 張 云

放射治療已證實(shí)對肺癌患者，尤其是對早期肺癌或肺轉(zhuǎn)移瘤患者的局部腫瘤控制率和提高總生存率方面有顯著效果[1-2]。然而，患者的呼吸運(yùn)動會造成腫瘤靶區(qū)產(chǎn)生形變和位移動[3-4]，因此在臨床上如何保證肺癌靶區(qū)精準(zhǔn)度是目前研究的重點(diǎn)。目前主要解決方式是采用呼吸門控技術(shù)[5]，這種模式最大的好處是能足夠保證放療靶區(qū)的精準(zhǔn)性，但會顯著延長患者的治療時(shí)間，降低放療設(shè)備的利用率和患者放療的舒適度，因此該種模式臨床上的普及率并不高。另一種模式是基于4D-CT進(jìn)行腫瘤靶區(qū)和內(nèi)靶區(qū)創(chuàng)建[6-7]，這雖然在一定程度上增加了靶區(qū)范圍，但它能確保在呼吸周期靶區(qū)不會脫靶。由于4D-CT涉及的圖像資料較多，采用何種模式確定內(nèi)靶區(qū)在臨床上一直存在爭論。本研究通過比較不同模式創(chuàng)建的內(nèi)靶區(qū)，從而尋找高效和精準(zhǔn)的內(nèi)靶區(qū)創(chuàng)建模式。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取2016年10月至2020年6月在本院放療中心進(jìn)行放療的肺轉(zhuǎn)移瘤患者20例，患者年齡40～77歲，中位年齡50歲。男性14例，女性患者6例。左肺上葉2例、中葉5例、下葉3例，右肺上葉2例，中葉4例、下葉4例。所有患者均能行自由呼吸。

1.2 4D-CT模擬定位及圖像重建

所有患者采用塑形墊與頭頸肩面罩或頸胸膜相結(jié)合的方式進(jìn)行體位固定，利用西門子大孔徑CT模擬機(jī)(SOMATOM Definition AS)行CT圖像掃描，掃描時(shí)用瓦里安RPM進(jìn)行呼吸波探測，探測反光盒放置在患者腹部位置?；颊咴谧杂珊粑鼱顟B(tài)下行4D-CT掃描，圖像掃描后導(dǎo)入RPM探測的呼吸波，并分別基于不同方式(0-90時(shí)相、平均時(shí)相、最大密度投影)進(jìn)行圖像重建，圖像完成重建后傳入瓦里安Eclipse 13.5計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行靶區(qū)勾畫。

1.3 靶區(qū)勾畫及內(nèi)靶區(qū)的形成

所有靶區(qū)的勾畫由一名具有豐富經(jīng)驗(yàn)的高級職稱放療醫(yī)師完成。本研究僅僅關(guān)注肺部腫瘤靶區(qū)，不涉及陽性淋巴結(jié)靶區(qū)。內(nèi)靶區(qū)按以下幾種模式產(chǎn)生，A方式：基于10個(gè)時(shí)相疊加形成的靶區(qū)；B方式：基于最大密度投影圖像勾畫的靶區(qū)；C方式：基于CT0(吸氣末)和CT50(呼氣末)時(shí)相疊加形成的靶區(qū)；D方式：基于CT0、CT20和CT50相疊加形成的靶區(qū)；E方式：基于CT0、CT20、CT50和CT70相疊加形成的靶區(qū)；F方式：基于平均時(shí)相勾畫的靶區(qū)按前后左右各3 mm和頭腳方向5 mm方式外擴(kuò)形成的靶區(qū)。

1.4 靶區(qū)差異研究

體積差異的絕對值越接近0，表明該方式的結(jié)果與參考靶區(qū)越接近；OR值位于0～1之間，越接近1表示與參考靶區(qū)重合性越好，反之則差異越大。DSC和J系數(shù)越接近1，表示與參考靶區(qū)形狀相似性越好，反之則差異越大。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 20例不同時(shí)相靶區(qū)體積

由表1可以看出呼吸運(yùn)動對腫瘤靶區(qū)體積影響很大。

表1 20例患者在不同呼吸狀態(tài)下的腫瘤靶區(qū)體積/cc

2.2 6種ITV勾畫方式的體積及比較

20例患者基于A、B、C、D、E、F方式創(chuàng)建的內(nèi)靶區(qū)體積范圍分別為2.0～64.0 cc，1.3～51.5 cc，1.2～56.8 cc，1.3～58.3 cc，1.4～59.6 cc，4.0～71.7 cc，體積大小分別為(15.7±17.1)cc，(13.3±14.5)cc，(13.1±15.1)cc，(13.8±15.8)cc，(14.2±16.0)cc，(21.3±19.5)cc，且B、C、E、F、G方式創(chuàng)建的內(nèi)靶區(qū)與參考靶區(qū)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，但B與C方式、D方式和E方式創(chuàng)建的靶區(qū)體積差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.585、0.176、0.052)。

2.3 5種ITV勾畫方式與A方式的靶區(qū)差異比較

B、C、D、E和F方式創(chuàng)建的內(nèi)靶區(qū)與參考靶區(qū)的體積差異、重合度差異、形狀相似性差異見表2和圖1。其中E方式創(chuàng)建的內(nèi)靶區(qū)體積差異(-12.4±7.6)和形狀相似性DSC系數(shù)(0.93±0.05)，J系數(shù)(0.86±0.08)要優(yōu)于其他方式。雖然F方式靶區(qū)重合性最好(0.93±0.07)，但其體積差異、形狀相似性最差。B與C方式創(chuàng)建的內(nèi)靶區(qū)DSC和J系數(shù)差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.486，0.803)，以及B與D方式的體積差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.377)。

表2 5種ITV勾畫方式與A方式的靶區(qū)差異

圖1 5種內(nèi)靶區(qū)創(chuàng)建方式與參考靶區(qū)差異箱形圖

3 討論

由于呼吸運(yùn)動的存在，三維CT可能造成肺轉(zhuǎn)移瘤靶區(qū)漏掃或重復(fù)掃描，因此其圖像無法真實(shí)地反映腫瘤靶區(qū)的位置和形態(tài)，臨床上為了降低此部分的影響，往往會在腫瘤靶區(qū)的基礎(chǔ)上外擴(kuò)一定范圍生成內(nèi)靶區(qū)以降低呼吸運(yùn)動的影響。研究表明4D-CT圖像上腫瘤運(yùn)動的偽影較少[10]，因此基于4D-CT圖像勾畫能夠有效降低呼吸運(yùn)動的影響。目前勾畫10個(gè)時(shí)相CT圖像的GTV疊加生成的內(nèi)靶區(qū)是生成個(gè)體化內(nèi)靶區(qū)的金標(biāo)準(zhǔn)，該方式幾乎能完全消除呼吸運(yùn)動的影響，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)確定個(gè)體化的內(nèi)靶區(qū)，從而保證腫瘤能夠得到充足的照射劑量，同時(shí)最大限度降低正常組織的照射劑量[11]。但由于臨床上所勾畫的圖像數(shù)量較多，嚴(yán)重影響臨床醫(yī)生勾畫效率。

本研究系統(tǒng)地比較了基于MIP、極限呼吸狀態(tài)、極限呼吸結(jié)合中間狀態(tài)和平均時(shí)相外擴(kuò)的方式形成內(nèi)靶區(qū)與金標(biāo)準(zhǔn)形成的內(nèi)靶區(qū)的差異，從而尋找臨床上最合適的內(nèi)靶區(qū)產(chǎn)生模式。本文的研究結(jié)果表明基于MIP勾畫與基于極限呼吸時(shí)相的內(nèi)靶區(qū)重合度(0.81±0.08 Vs 0.80±0.10)、形狀相似性結(jié)果(0.88±0.05 Vs 0.88±0.06)相當(dāng)，但前者內(nèi)靶區(qū)體積更接近基于10個(gè)時(shí)相勾畫的結(jié)果[(-16.5±7.9)% Vs(-20.2±9.7)%]。這與早期其他研究小組的研究結(jié)果一致[12-13]。有學(xué)者用4D-CT研究早期肺癌發(fā)現(xiàn)基于MIP勾畫與極限呼吸狀態(tài)勾畫靶區(qū)占10個(gè)時(shí)相勾畫靶區(qū)的比值 為0.86±0.077和0.848±0.074(P>0.05)[12]。MIP在圖像重建時(shí)保留了所有相位中同一空間位置的最大CT值，因此MIP圖像所見的器官是其運(yùn)動包絡(luò)組成，所以MIP圖像可以較好地反映腫瘤個(gè)體化的運(yùn)動范圍，依據(jù)MIP勾畫的腫瘤靶區(qū)能較好的匹配參考靶區(qū)，故有研究小組建議使用基于MIP勾畫來代替10個(gè)時(shí)相的勾畫疊加的方式[14-15]。本研究發(fā)現(xiàn)在極限呼吸時(shí)相上增加勾畫CT20或CT20和CT70，其內(nèi)靶區(qū)的體積重合度(0.85±0.08，0.88±0.08)、形狀相似性(0.92±0.05，0.93±0.05)能得到顯著提高，且與基于最大密度投影方式勾畫差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。研究結(jié)果表明基于平均時(shí)相勾畫常規(guī)外擴(kuò)增加了靶區(qū)的體積和重合度，但體積差異和形狀相似性最差，也就是說該方式雖然會避免靶區(qū)漏照，但會明顯增加非靶區(qū)不必要的照射，這對個(gè)體化精準(zhǔn)放療是極其不利的。

肺轉(zhuǎn)移瘤的局部放射治療是尤為重要的，但往往會配合采用化療、靶區(qū)或免疫治療等，因此該部分的患者精準(zhǔn)確定靶區(qū)對降低正常組織肺照射劑量顯得尤為重要。通過4D-CT掃描，然后基于極限呼吸和CT20或CT20及CT70相結(jié)合的方式能夠替代10個(gè)呼吸時(shí)相疊加方式形成內(nèi)靶區(qū)，這樣可以在大幅度減輕放療醫(yī)師勾畫工作量的同時(shí)保證靶區(qū)勾畫的精準(zhǔn)和質(zhì)量。