4D-CT與MR-T2圖像在肝癌精準放療中的臨床研究

李京 佟旭 馬立威 羅福申 張拓 王大鵬 劉彥章 楊光潤 宋雪

[摘要] 目的 探討四維計算機斷層掃描（4D-CT）與T2加權(quán)像掃描（MR-T2）圖像在肝癌精準放療中的臨床效果。方法 選擇2020年1月至2021年3月就診于齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院附屬第三醫(yī)院的48例肝癌患者，均接受4D-CT與MR-T2掃描，利用MIM軟件實施圖像配準，手動在所獲圖像上勾畫腫瘤靶區(qū)（GTV），并通過形變配準技術(shù)將MR-T2圖像中勾畫的GTV形變至4D-CT各時相圖像中。4D-CT各時相圖像上GTV的形變配準前后分別融合為IGTV、IGTVDR，分別形變至4D-CT0時相圖像上，外擴獲得ITV、ITVDR，取PTV作內(nèi)靶區(qū)，設(shè)計放療計劃實施治療。比較形變配準前后IGTV體積、PTV體積、PTV劑量學(xué)與肝臟劑量學(xué)評價指標。 結(jié)果 形變配準后IGTV體積高于形變配準前[（421.05±82.57）cm3 vs.（383.94±62.65）cm3]，PTV體積低于形變配準前[（530.86±141.60）cm3 vs.（626.80±194.15）cm3]，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）;形變配準前后PTV 劑量學(xué)評價指標比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）;形變配準后平均劑量（Dmean）和肝臟V5、V10、V20、V30、V40受量較形變配準前低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。結(jié)論 4D-CT與MR-T2圖像相結(jié)合獲得的IGTV可更準確反映肝癌靶區(qū)范圍、運動軌跡，提高靶區(qū)勾畫精確度，降低正常肝臟受照劑量。

[關(guān)鍵詞] 肝癌;4D-CT;MR-T2;精準放療

[中圖分類號] R734.2? ? ? ? ? [文獻標識碼] B? ? ? ? ? [文章編號] 1673-9701（2022）04-0123-04

[Abstract] Objective To explore the clinical effect of four-dimensional computed tomography （4D-CT） and T2 weighted imaging（MR-T2） in accurate radiotherapy of liver cancer. Methods A total of 48 patients with liver cancer who visited the Third Affiliated Hospital of Qiqihar Medical University from January 2020 to March 2021 were scanned by 4D-CT and MR-T2. The MIM software was used for image registration， and the gross tumor volume （GTV） was manually sketched on the acquired images. The GTV sketched in MR-T2 images was transformed into 4D-CT images by deformable registration technology. GTV on 4D-CT images was fused into IGTV and IGTVDR before and after deformable registration， and deformed to 4D-CT0 images respectively. ITV and ITVDR were obtained by expansion. PTV was taken as the internal target area， and radiotherapy plan was designed to implement treatment. The IGTV volume， PTV volume， PTV dosimetry and liver dosimetry were compared before and after deformable registration. Results After deformable registration， the volume of IGTV was higher than that before deformable registration （[421.05±82.57] cm3 vs. [383.94±62.65] cm3 ）， and the volume of PTV was lower than that before deformable registration （[530.86±141.60] cm3 vs. [626.80±194.15] cm3）， with statistically significant differences （P<0.05）. There was no significant difference in PTV dosimetry evaluation indexes before and after deformable registration （P>0.05）. The mean dose （Dmean） and liver V5， V10， V20， V30 and V40 after deformable registration were lower than those before deformable registration， and the difference was statistically significant （P<0.05）. Conclusion IGTV obtained by combining 4D-CT and MR-T2 images can more accurately reflect the target area and motion trajectory of liver cancer， improve the accuracy of target area delineation and reduce the irradiation dose of normal liver.

[Key words] Liver cancer; 4D-CT; MR-T2; Accurate radiotherapy

放療是治療肝癌的重要手段，能夠抑制病情，提高患者生存率，但隨著呼吸，肝臟會產(chǎn)生較為明顯的變形、位移，對準確定位靶區(qū)、準確評估受量造成不利影響[1-3]。四維計算機斷層掃描（four-dimensional com-puted tomography，4D-CT）是一種新型放射治療技術(shù)，其在常規(guī)掃描基礎(chǔ)上加入時間，運用相應(yīng)的儀器對靶區(qū)進行精準定位，明確劑量累加，準確評估患者真實受量，制訂針對性的放射治療計劃[4-6]。T2加權(quán)像掃描（magnetic imaging T2-weighted，MR-T2）圖像對病變組織特異度較高，其呈現(xiàn)的高信號成為鑒別診斷肝癌的主要依據(jù)[7]。本研究分析4D-CT與MR-T2圖像在肝癌精準放療中的臨床效果，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1一般資料

選取2020年1月至2021年3月在齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院附屬第三醫(yī)院確診為原發(fā)性肝癌患者48例，女18例，男30例;年齡36～62歲，平均（50.65±2.46）歲;病灶位置：肝左葉14例，肝右葉29例，肝尾葉5例。納入標準：①經(jīng)病理組織學(xué)檢查確診[8];②心肺功能良好;③Child-Pugh肝功能分級A或B級[9];④簽署知情同意書;⑤接受放療。排除標準：①重要臟器功能嚴重障礙者;②無法平穩(wěn)呼吸者;③精神疾病者;④存在門脈癌栓塞、腹腔積液、肝臟遠處轉(zhuǎn)移者。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準[（齊）倫審[2021]53號]。

1.2 方法

用大孔徑螺旋CT機進行4D-CT掃描，使患者處于仰臥狀態(tài)，并安撫患者，使其控制平穩(wěn)呼吸，以防止患者呼吸被機器運作過程中的某些因素所擾亂。并將雙手舉到頭頂，保持這個姿勢不動，頭先進。在胸與腹腔之間的位置上方3～4 cm處，一直到右腎下極位置進行掃描，掃描層厚3 mm，管球電流300 mAs，管球電壓120 kV。床尾部設(shè)有可采集熒光標記模塊運動軌跡的紅外攝像裝置，并將熒光標記模塊放于患者腹部，并使用規(guī)定程序軟件將運動軌跡呈現(xiàn)為具體的呼吸曲線，然后輸送到設(shè)備中，以此為依據(jù)開始實施掃描。用規(guī)定程序軟件對呼吸的各個特定區(qū)間內(nèi)的狀態(tài)變化以圖像形式呈現(xiàn)出來，并對其進行整理、按順序排列。每個區(qū)間內(nèi)的影像可通過一定的信息技術(shù)進行平均劃分，獲得序列圖像10個，分別標記為CT0～CT90。用腹部相控陣列線圈、飛利浦Ahieva3.0T磁共振實施磁共振圖像掃描，取仰臥位，頭先進。確定好掃描范圍，深吸一口氣然后屏住呼吸，這期間實施MR-T2檢查，掃描參數(shù)：①T2加權(quán)成像（T2-weighted imaging，T2WI）：回波時間（echo time，TE）96～104 ms，重復(fù)時間（repeattime，TR）3000～4000 ms，回波鏈長度16，層厚5 mm，矩陣320×256，視野（field of view，F(xiàn)OV）38 cm。②呼吸觸發(fā)DWI：TE 73 ms，TR 4000 ms，矩陣160×120，F(xiàn)OV 38 cm，b值0和800 s/mm，像素3.7 mm×3.0 mm。這些掃描項目最好一天完成，4D-CT圖像采集后約5 h再進行MRI圖像采集。將獲取的圖像傳送到Vesion 6.5.6（MIM）工作站，對這些圖像進行匹配、疊加。先實施剛性配準，再進行自動形變配準，用Reg Refine、Reg Reveal保證評估圖像形變配準質(zhì)量，先明確小范圍區(qū)域，然后進行人為配準，以優(yōu)化配準成效。在平掃4D-CT、MR-T2圖像各時相上自行標記出腫瘤靶區(qū)（gross tumor volume，GTV），經(jīng)相應(yīng)技術(shù)將MR-T2圖像中標記的GTV形變轉(zhuǎn)到4D-CT各區(qū)間內(nèi)的圖像中。4D-CT各區(qū)間內(nèi)的圖像上GTV的形變配準前后分別融合為大體內(nèi)靶區(qū)（internal gross tumor volume，IGTV）、IGTVDR，分別形變至4D-CT0時相圖像上，外擴1 cm、0.5 cm分別獲得內(nèi)靶區(qū)（internal target volume，ITV）、ITVDR，取計劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）作內(nèi)靶區(qū)，制訂詳細的放療計劃實施治療。同一個標記者在同一個窗位下完成所有肝臟、靶區(qū)、解剖標記的勾畫。預(yù)先設(shè)計兩個PTV，射野角度、數(shù)量與藥方用量相同。4～7野照射，6 mV X射線，藥方用量50 Gy，一共是25次，每次2 Gy。

1.3 觀察指標

①比較形變配準前后IGTV體積、PTV體積;②比較形變配準前后各指數(shù)變化，包括D2、D50、D95、D98、均勻指數(shù)（heterogeneous index，HI）、適形指數(shù)（conformalindex，CI）等;③比較形變配準前后平均劑量（mean beam energy，Dmean）和肝臟V5、V10、V20、V30、V40等肝臟劑量學(xué)評價指標。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

應(yīng)用SPSS 21.0統(tǒng)計學(xué)軟件分析數(shù)據(jù)，計量資料以均數(shù)±標準差（x±s）表示，組間比較采用t檢驗，P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 形變配準前后IGTV體積、PTV體積比較

形變配準后IGTV體積高于形變配準前，PTV體積低于形變配準前，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。見表1。

2.2 形變配準前后PTV劑量學(xué)評價指標比較

形變配準前后PTV 劑量學(xué)評價指標比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。見表2。

2.3 形變配準前后肝臟劑量學(xué)評價指標比較

形變配準后肝臟各數(shù)據(jù)均低于形變配準前，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。見表3。

3 討論

精確放療的關(guān)鍵是在盡量控制正常組織受照劑量的同時增加腫瘤受照劑量，并以精確勾畫腫瘤靶區(qū)為前提[10-12]。因肝臟解剖空間位置與隔膜靠近，其形態(tài)、位置受到呼吸運動的影響較大，即便使用3D-CT掃描也難以精確定位放療靶區(qū)，易出現(xiàn)靶區(qū)“脫靶”，影響治療效果。一般會增大CTV到PTV的外擴范圍，將呼吸對放射治療效果的影響消除，并避免發(fā)生靶區(qū)丟失情況，但增大外擴范圍可致正常肝臟放射劑量增加且會影響靶區(qū)治療劑量，并也無法有效避免靶區(qū)的漏照。

4D-CT可使用規(guī)定設(shè)備呈現(xiàn)出具體的呼吸曲線，并用規(guī)定程序軟件對呼吸的各個特定區(qū)間內(nèi)的狀態(tài)變化以圖像形式呈現(xiàn)出來，從而獲取動態(tài)的不同時間內(nèi)變化的CT圖像，靶區(qū)同時能提供正常肝臟的位置、體積等信息[13]。醫(yī)生可根據(jù)4D-CT圖像對器官的整個運動范圍與鄰近組織運動信息作出直觀的觀察，制訂針對性的放療方案。但4D-CT要進行10個呼吸時相的掃描，掃描時間相對較長，不好把握強化時機，不能清晰顯示病灶邊界。MRI具有高特異度、敏感度，在病變檢測、臨床分期評估方面優(yōu)于CT，能夠提供準確、全面的多維信息，肝臟病變與周圍器官顯示更清晰[14-16]。本研究中，形變配準后IGTV體積較形變配準前高，PTV體積和肝臟V5、V10、V20、V30、V40、Dmean受量較形變配準前低，提示4D-CT與MR-T2圖像相結(jié)合可提高靶區(qū)勾畫精確度，降低正常肝臟受照劑量。MR-T2圖像可在允許區(qū)分固定與非固體、分流體水平基礎(chǔ)上，增強肝臟病變顯示，常被應(yīng)用于含脂肪、小的病變檢測[17]。4D-CT在自由呼吸狀態(tài)下掃描，MR-T2圖像在深呼吸狀態(tài)下掃描，兩者掃描存在時間上差異，而肝臟形狀差異明顯，加上內(nèi)臟器官存在的某些差異等，兩者掃描獲取的圖像并不完全相同[18-19]。且肝臟腫瘤放療過程中內(nèi)臟器官會在不同時間心臟跳動、呼吸運動等變化下逐漸發(fā)生變化，對此需要運用圖像配準技術(shù)進行評估。利用形變配準能夠使兩幅圖像上具有診斷意義或所有解剖點均達到匹配，可準確顯示腫瘤與周圍軟組織、器官的位置關(guān)系，提高對靶區(qū)與危及器官受照劑量的評估準確性，提高放射治療安全性[20-21]。

綜上所述，4D-CT與MR-T2圖像相結(jié)合獲得的IGTV可更準確反映肝癌靶區(qū)范圍、運動軌跡，提高靶區(qū)勾畫精確度，降低正常肝臟受照劑量。

[參考文獻]

[1] 劉于，葛彬彬，王君輝，等.腹膜加球囊配合OPS技術(shù)在肝癌放療中的臨床應(yīng)用[J].現(xiàn)代腫瘤醫(yī)學(xué)，2020，28（3）：459-462.

[2] 鄒金華，劉忠強，徐金鋒.4D-CT在立體定向放射治療中對內(nèi)靶區(qū)體積和劑量的影響[J].中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2020，37（8）：951-954.

[3] 黃付靜，馬長升，王若崢，等.4DCT與MR圖像形變配準確定原發(fā)性肝癌放療靶區(qū)的應(yīng)用研究[J].中華放射腫瘤學(xué)雜志，2017，26（5）：555-559.

[4] 彭應(yīng)林.基于圖像形變配準的宮頸癌放療累積劑量學(xué)研究[J].中華放射腫瘤學(xué)雜志，2020，29（6）：472-476.

[5] 李雅寧，陸世培，彭應(yīng)林，等.BodyFIX聯(lián)合腹壓板在肝癌大劑量放射治療中的應(yīng)用[J].中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2018，35（3）：265-268.

[6] 賴國靜，李建成，潘才住，等.四維與三維CT模擬定位確定食管癌原發(fā)腫瘤靶區(qū)位移和體積的比較研究[J].實用腫瘤雜志，2017，32（5）：444-449.

[7] 胡超月，李建彬，王金之，等.基于增強三維CT、四維CT及錐形束CT確定食管癌原發(fā)腫瘤大體腫瘤體積的比較[J].中華放射醫(yī)學(xué)與防護雜志，2017，37（6）：430-433.

[8] 中華人民共和國衛(wèi)生和計劃生育委員會醫(yī)政醫(yī)管局.原發(fā)性肝癌診療規(guī)范（2017年版）[J].中華消化外科雜志，2017，16（7）：635-647.

[9] 周年蘭，向曉星，龍愛華，等.血清D-二聚體與肝硬化Child-Pugh分級及并發(fā)癥的關(guān)系[J].肝臟，2017，22（8）：726-728.

[10] 劉首鵬，廖雄飛，黎杰，等.基于4D-CT和4D-CBCT掃描研究呼吸運動對模體成像體積的影響[J].腫瘤預(yù)防與治療，2021，34（1）：53-58.

[11] 紀天龍，謝克北，黨軍，等.應(yīng)用4D-CT對非小細胞肺癌由呼吸運動所致肺受量變化的研究[J].中華放射醫(yī)學(xué)與防護雜志，2016，36（2）：121-124.

[12] 徐華，鞏貫忠，劉同海，等.4D-CT和形變配準技術(shù)對肝癌放療中累加劑量的評估[J].中華放射醫(yī)學(xué)與防護雜志，2015，35（5）：349-352.

[13] 習(xí)勉，劉孟忠，鄧小武，等.應(yīng)用4D-CT技術(shù)確定肝癌內(nèi)靶體積及相關(guān)劑量學(xué)研究[J].癌癥，2007，26（1）：1-8.

[14] 馮永恒，李軍，高瑞雪，等.4D-CT血管成像技術(shù)在急性肺栓塞患者肺動脈成像中的應(yīng)用價值[J].醫(yī)療裝備，2020，33（4）：8-9.

[15] 段曉培.探析640層容積CT4D-CTA技術(shù)在腦血管病成像中的應(yīng)用[J].黑龍江醫(yī)藥，2019，32（2）：418-420.

[16] 高靖琰，展萌，李海龍，等.4D-CT聯(lián)合呼吸門控技術(shù)在非小細胞肺癌放療中的應(yīng)用研究[J].影像研究與醫(yī)學(xué)應(yīng)用，2019，3（17）：94-96.

[17] 段益利，李建彬，張英杰，等.基于PET/CT選定閾值與基于4D-CT呼氣末時相所勾畫非小細胞肺癌原發(fā)腫瘤靶區(qū)相關(guān)性分析[J].中華放射醫(yī)學(xué)與防護雜志，2015， 35（8）：590-593.

[18] 張書旭，周凌宏，楊俊，等.基于4D-CT研究隨呼吸運動靶區(qū)的劑量分布規(guī)律[J].中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2010， 27（3）：1825-1828.

[19] 戚元俊，李建彬，張英杰，等.基于四維CT探討腹部加壓對周圍型肺部腫瘤立體定向放療靶區(qū)位移及外擴邊界的影響[J].中華放射醫(yī)學(xué)與防護雜志，2021，41（2）：134-139.

[20] 邢軍，李建彬，張英杰，等.四維CT中三種方法勾畫原發(fā)性肝癌內(nèi)大體靶體積的比較研究[J].中華腫瘤雜志，2012，34（2）：122-128.

[21] 金梅，劉力，李鑫，等.雙源CT四維動態(tài)螺旋掃描對顱內(nèi)動脈瘤破裂風(fēng)險的評估價值[J].影像研究與醫(yī)學(xué)應(yīng)用，2019，3（16）：23-25.

（收稿日期：2021-08-16）