3DCT与CBCT确定周围型孤立肺癌肿瘤内靶体积的差异性研究

陈惠琴，王 玉，柏朋刚，吴君心(通讯作者)，张秀春，李奇欣，李江山，戴艺涛

(1福建医科大学省立临床医学院，福州350014，2福建省肿瘤医院转化医学重点实验室福建省福建医科大学教学医院福建省肿瘤医院 放疗科，福州350014; 3福建医科大学附属第三医院 放疗科，福州350000)

3DCT与CBCT确定周围型孤立肺癌肿瘤内靶体积的差异性研究

陈惠琴1，王 玉2，柏朋刚2，吴君心2(通讯作者)，张秀春2，李奇欣2，李江山3，戴艺涛2

(1福建医科大学省立临床医学院，福州350014，2福建省肿瘤医院转化医学重点实验室福建省福建医科大学教学医院福建省肿瘤医院 放疗科，福州350014; 3福建医科大学附属第三医院 放疗科，福州350000)

目的:对比基于常规三维CT(3DCT)和kV级锥形束CT(CBCT)定义的周围型孤立性肺癌的内靶体积(ITV3DCT和ITVCBCT)大小、相似度的差异性研究。方法:纳入12例周围型孤立肺腺癌，治疗前行常规3DCT定位扫描勾画形成大体肿瘤靶区(GTV)，定义GTV前后、左右、头足向分别均匀外扩5mm、5mm、10mm形成内靶体积ITV3DCT。放疗第一天行CBCT扫描并直接勾画获取ITVCBCT，对比ITV3DCT和ITVCBCT大小，配对t检验对比ITV3DCT和ITVCBCT的差异性。同时将CT及CBCT图像融合配准调整并进行不同扫描坐标坐标系转换，使得两幅图像在同一坐标系上，用DICE相似法(DSC)计算出重叠度。结果:ITV3DCT较ITVCBCT明显偏大，体积平均增加35．4cm3(范围9．0～92．8cm3)，且P=0．000，差别有统计学意义。平均体积相似度仅为0．49(范围0．26～0．67)。结论:常规3DCT不能用于确定运动肿瘤内靶体积，临床实践中可以参考CBCT来确定肿瘤运动的大小和空间位置，以获得更好的治疗效果。

肺癌;3DCT;CBCT;内靶体积;DICE参数

放射治疗技术发展日新月异，图像引导放射治疗(Image Guided Radiation Therapy，IGRT)等新技术层出不穷，提高治疗增益比仍是精确放疗共同的宗旨。国际辐射单位和测量委员会(International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)第83号报告［1］定义并细化了肿瘤靶区安全边界:内边界(IM)和摆位误差边界(SM)，其中IM指正常器官生理运动而导致的临床靶区(clinical target volume，CTV)在三维空间上的变化，从而提出内靶体积的概念(Internal Target Volume，ITV)。不同患者、不同病灶部位因呼吸及心脏搏动影响决定着肿瘤ITV设置必须体现个体化。四维CT(four-dimensional，4DCT)确定ITV是目前公认较准确的方法［2］，但考虑硬件设备及操作过程的复杂程度等，基于三维CT(3DCT)勾画肿瘤靶体积，采用群体化的边界扩放来补偿呼吸运动是目前临床上常用的方法［3］。但由于3DCT扫描时间短，获取的瞬间图像并不能真实反映肿瘤体积大小，可能导致正常组织接受不必要的照射或者漏照。基于3DCT常规扩边获取内靶体积的真实性需要进一步探究。加速器机载的 kV级锥形束 CT(Cone Beam CT，CBCT)由于扫描时间长，重建图像包含着肿瘤运动信息可以构建个体化的在线ITV［3，4，5］，在指导肿瘤靶区勾画、扩边等运用的重要性日益凸显。本研究利用常规3DCT和CBCT获取运动肿瘤的内靶体积ITV3DCT和ITVCBCT，探讨其体积大小差异以及靶区重叠情况。

1 材料与方法

1.1 临床资料:纳入12例经病理确诊的周围型孤立肺腺癌，KPS评分均≥70分，平均年龄65岁(范围60～78岁)，其中男性8例，女性4例，所有患者仰卧位自由呼吸状态下均能安静呼吸，并能配合完成扫描过程。

1.2 设备、软件参数设置:飞利浦大孔径16排CT模拟机(PHILIPS Brilliance Big Bore CT)、医科达Assess加速器机载千伏级锥形束 CT(kVCBCT)。常规3DCT扫描参数:120kV，旋转时间1．0s，螺距1．06，3mm/层重建。CBCT扫描参数: 120kV，Chest M20模式，射野准直器M20，滤过器F1，旋转扫面角度:-180°～+180°，扫描时间2 min，3mm/层重建。

一体化控制装置在中小型灌排泵站中的应用………………………………… 史湘琨，宋成法，李端明(12.40)

1.3 图像获取及靶区勾画:每位患者均在自由呼吸状态下常规行3DCT扫描，扫描层厚5mm，3mm/层重建 CT图像并传至 Pinnacle计划系统(SmartEn9．2)，由固定一名放疗科医师在肺窗下(窗宽1600HU窗位 -600 HU)勾画大体肿瘤GTV，扩边补偿呼吸运动形成类内靶体积ITV3DCT，具体扩边方法:GTV前后、左右、头足向分别扩5mm、5mm、10mm。获取每位患者放疗第一次的CBCT图像，3mm/层重建CBCT图像并传至Pinnacle计划系统，在固定的条件下(窗宽400HU窗位40 HU)进行勾画。由于CBCT图像包含靶区信息，故可直接勾画形成ITVCBCT。勾画由固定一名专业放疗科医师进行靶区勾画，并由两名副主任级别以上放疗科医师进行审阅修改。(注:由于亚临床病灶CTV在影像学(CT/CBCT)上均无法肉眼勾画，本研究中GTV、ITV的勾画均紧贴肿瘤边缘，不包括肿瘤边缘毛刺，未再扩边形成CTV)。

1.4 3DCT、CBCT图像融合及坐标系转化:将CBCT重建图像导入CT计划中，利用系统自带的“交互信息法”进行 CBCT与 CT图像配准，将ITVCBCT信息映射到CT图像上，导出单独的ITVCBCT空间数据。打开CT计划系统，再将导出的空间数据导入至CT图像中，这样ITVCBCT及ITV3DCT均同时出现在3DCT图像上，进行坐标系的转化，方便后续分析。该操作由一名经验丰富的物理师、放疗科主任医师共同进行。

1.6 统计分析:采用SPSS19．0统计软件，计数资料采用平均数、最大值、最小值表示，运用配对t检验对比ITVCBCT与ITV3DCT的差异性。

小组讨论的问题主要是针对课文的重点和难点，讨论的时机必须是学生对课文的感知已经达到一定程度，独立思考又不得其解之时。

2.2 DICE参数:12例患者肿瘤内靶体积的DICE参数具体数值见表1，图1。研究结果显示:3DCT确定的肿瘤类内靶体积 ITV3DCT较 CBCT确定的ITVCBCT，相似度小，平均DICE=0．49327，稳定性不高，最大相似度仅为0．67042，最小相似度低至0．26205。

（1）实验选取停食48 h的健康有活力的斑点叉尾鮰，通过优化二氧化碳休眠条件，得出最佳的麻醉液温度、浓度和保活温度。（2）在最佳的条件下进行休眠和保活鮰鱼，探索出不同保活时间（5、7、9、11和13 h）的存活率以及保活时间对鮰鱼血液生化指标和肌肉品质的影响，并分别测定麻醉前（设为对照组）、保活以及复苏后（置于清水中24 h）各生化指标的变化，设定3个平行组，每个平行10尾鱼。

2 结果

2.1 ITVCBCT与ITV3DCT体积差异:12例患者3DCT扫描获取的GTV、ITV3DCT与CBCT获取的ITVCBCT对应的体积(VGTV、VITV3DCT、VITVCBCT)具体数值见表1，△V1为VITV3DCT-VITVCBCT，结果显示3DCT确定的内靶体积较CBCT确定的内靶体积平均增加35．4cm3，最大差异达92．8 cm3，最小差异达9．0 cm3。△V2为VITVCBCT-VGTV，对比ITVCBCT与ITV3DCT的体积时采用配对t检验，t=4．866，v =11，P=0．000，差别有统计学意义。

表1 12例周围型肺癌3DCT与CBCT相应靶区大小的比较

1.5 数据的获取:ITVCBCT及ITV3DCT可由Pinnacle SmartEn9．2直接读出，计算 DICE相似度方法(Dice’s similarity coefficient，DSC)采用自编Pinnacle脚本自动获取 DICE重叠参数(DICE=2(VITV3DCT∩VITVCBCT) /(VITV3DCT+VITVCBCT))。当DICE=0时，提示ITVCBCT与ITV3DCT体积完全没有重合，当DICE=1时，提示ITVCBCT与ITV3DCT完全重合，重叠度好。

图1 12例周围型肺癌患者ITVCBCT与ITV3DCT相似度比较(DICE参数)

3 讨论

加速器机载的kV级CBCT其因辐射剂量少的优势而广泛运用于放射治疗前校正摆位误差以指导精确放疗。随着IGRT技术的发展，蕴含运动信息的CBCT仅用于指导摆位误差已难以满足精确放疗的需求，国内外的研究热点已开始关注其包含的运动信息［3，6］。CBCT采用旋转式扫描，扫描一周时间60～120s，已包含了20～40个的呼吸周期，故其图像中包含了四维因素。Wang等［4］对比了CBCT与4DCT所确定的ITV，发现其体积相差＜8%，提示CBCT可以用于指导个体化内靶体积的勾画。而常规定位的3DCT，由于扫描时间短，获取的仅为瞬间图像，并本身已不能真实反映肿瘤体积大小，临床上基于3DCT群体化的扩边确定的ITV，势必导致肿瘤的“漏照”或者正常组织接受不必要的照射，其真实性及可靠性需要进一步探究。

本研究利用CBCT确定12例周围型孤立肺癌的内靶体积ITVCBCT，对比基于3DCT扫描群体化扩边确定的类靶体积ITV3DCT，结果显示二者体积存在明显差异，且差异有统计学意义(P=0．000)，群体化扩边形成的ITV3DCT明显大于ITVCBCT(平均增加35．4cm3，范围9．0～92．8cm3)。李奉祥等［3］也利用CBCT验证了基于常规3DCT均匀外扩定义的ITV的准确性，结果显示CTV基础上无论外扩5mm或 10mm所确定的内靶体积均明显大于ITVCBCT。本研究结果提示基于常规3DCT确定的照射靶区过大，正常组织存在不必要的“多照”，势必增加更多的放疗副反应。李青松等［7］分析了15例周围型肺癌，分别利用 CBCT和3DCT确定PTVCBCT、PTVCT行放疗计划设计，研究结果显示CBCT组较3DCT组全肺V20平均减小2．59%，脊髓最大受量平均减小1151．7cGy，差异有统计学意义(P＜0．05)。

DICE相似度方法(DSC)已广泛使用于形变图像的分割与配准评估中［3，7，8，9］。李奉祥等［5］利用DSC对比了3DCT、CBCT、4DCT确定的肺癌ITV，研究发现，ITV4DCT与ITVCBCT重叠度较好，中位相似度达0．83，当对比ITVCBCT与ITV3DCT时，相似度波动在0．46～0．79之间，中位相似度仅为0．6(P＜0．05)。本研究亦采用了 DSC方法比较ITVCBCT与ITV3DCT，研究结果与上述文献一致(平均DICE参数为0．49，最大相似度仅为0．67，最小相似度低至0．26)，二者的相似重叠度低，且稳定性不高，提示必然存在对正常组织的“多照”以及对肿瘤组织的“漏照”，但如何利用CBCT具体指导3DCT对于运动靶区的勾画，需要进一步研究。

因早期糖尿病足的病因病机为瘀血阻滞经络,不通则痛,故治疗原则为活血化瘀,通络止痛。糖尿病的病变脏腑主要在肺、脾、肾,中医藏象学说认为在局部用药,通过人体的皮肤腠理吸收而到达脏腑以改善脏腑功能,达到治疗的目的。中药足浴方中的艾叶、桂枝具有散寒止痛,红花、川芎、鸡血藤具有活血化瘀、通络止痛的作用,中药足浴时,有效中药成分在热水的热力帮助下,渗透进皮肤,被足部毛细血管吸收,进入人体血液循环系统,使机体气血运行通畅。

综上，对于基于3DCT获取瞬间图像来确定ITV的方法因为运动伪影、部分容积效应等因素引起重建图像的严重失真，并不推荐应用于临床靶区勾画指导精确放射治疗。利用 CBCT具体指导3DCT对于孤立运动靶区的勾画，有很好的参考价值，可以大幅度的提高治疗的准确性。虽然由于图像质量原因还是有些误差。其勾画的ITV可能还是有低估了真实ITV的大小［10，11］，但是已经比较接近真正的ITV，而对于如何进一步提高准确性还需要更进一步的研究。

［1］Hodapp N．The ICRU Report 83:prescribing，recording and reporting photon-beam intensity-modulated radiation therapy(IMRT) ［J］．Strahlenther Onkol，2012，188(1):97-99．

［2］李奉祥，李建彬，张英杰等．四维影像在肿瘤放射治疗中的应用 ［J］．中华肿瘤杂志，2011，33(10): 721-725．

［3］李奉祥，李建彬，马志芳等．基于3D-CT、4D-CT和锥形束CT定义的非小细胞肺癌内靶区比较［J］．中华放射医学与防护杂志，2014，34(2):110-115．

［4］Wang Z，Cone-beam CT location of internal target volume for stereotactic body radiotherapy of lung lesions．Int J Radiat Oncol Biol Phys，2007，69(5):1618-1624．

［5］Whitfield G，Jain P，Green M，Watkins G，Henry A，Stratford J，et al．Quantifying motion for pancreatic radiotherapy margin calculation．Radiotherapy and Oncology．2012;103:360-366．

［6］Liu HW，Khan R，D'Ambrosi R et al．The influence of target and patient characteristics on the volume obtained from cone beam CT in lung stereotactic body radiation therapy［J］ ．RadiotherOncol，2013，106 (3):312 -316．

［7］李青松，CBCT在非小细胞肺癌精确放疗中的应用分析［J］，现代诊断与治疗，2013，24(9):2110 -2111．

［8］Bharatha A，Hirose M，Hata N，et al．Evaluation of three -dimensional finite element-based deformable registration of pre- and intraoperative prostate imaging．Med Phys，2001，28:2551-2560．

［9］陈钦榕，柏朋刚，林兴福等．鼻咽癌调强放射治疗前后患者体重与腮腺变化相关性研究［J］，医疗装备，2014，27(9):39-41．

［10］Vergalasova I，Maurer J，Yin F-F．Potential underestimation of the internal target volume(ITV)from freebreathing CBCT．Medical Physics 2011;38:4689．

［11］Cai J，McLawhorn R，Read PW et al．Effects of breathing variation on gating window internal target volume in respiratory gated radiation therapy［J］ ．Med Phys，2010，37(8):3927-34

R734．2

A

1002-2376(2015)02-0001-03

国家临床重点专科建设项目，福建省临床重点专科建设项目

2014-11-09