影像技术在肺癌适形放疗靶区勾画中应用进展

刘瑞宝，李洪福综述 ，王旬果 审校

(东营市人民医院肿瘤一区1、放射科2，山东 东营 257000)

影像技术在肺癌适形放疗靶区勾画中应用进展

刘瑞宝1，李洪福2综述 ，王旬果1审校

(东营市人民医院肿瘤一区1、放射科2，山东 东营 257000)

肺癌是我国常见恶性肿瘤，放射治疗在肺癌治疗中发挥重要作用，如何精确勾画靶区是近年来临床医师关注课题。随着4DCT技术、磁共振弥散成像技术、PET-CT技术的应用，靶区勾画、放射治疗更加精确，并能更好的区分肺肿瘤与肺不张、阻塞性炎，减少呼吸运动对放疗靶区的影响。本文就CT、MRI及PET-CT等有关影像技术在肺癌三维适形放疗靶区勾画中的应用情况做一综述。

肺癌；放疗；靶区；影像技术

肺癌发病率、死亡率呈逐年上升的趋势，已成为严重威胁人类生命健康的恶性肿瘤之一[1]。放疗在肺癌治疗中发挥着重要作用，60%以上的肺癌患者在其治疗的不同时期需要接受放疗。肺癌放射治疗的目的是最大限度地控制局部肿瘤生长、最大程度地降低放射性肺损伤。精确靶区勾画是肺癌放疗前提和基础。近年来，CT、MRI及PET-CT等影像技术在肺癌放疗前肿瘤靶区范围确定中起到重要作用，在肺癌适形放疗靶区勾画过程中发挥越来越重要的作用，现综述如下：

1 CT在肺癌放疗靶区勾画中应用

肺癌传统放疗中常发生急性放射性肺炎，从而限制了肿瘤剂量的提高，降低了疗效和放疗后的生存质量。CT作为三维影像引导工具，在肺癌的精确定位放疗中起到了重要作用[2-3]。与放疗技术发展一样，CT引导下放疗发展也经历了从三维到四维、由静态到动态的发展过程[4-5]。

肺癌放疗主要是对原发肿瘤和有临床意义的阳性区域淋巴结。目前3DCRT图像通过强化扫描可较清晰显示肿瘤轮廓，但受原发肿瘤与周围软组织入侵程度、肺不张、阻塞性肺炎、肺实变、呼吸运动等因素影响，导致临床医师勾画靶区困难。临床医师勾画靶区时通过调节CT的窗宽、窗位来完成肿瘤靶区的勾画，但由于受上述因素影响，即使选择合理的窗宽、窗位，所勾画的GTV(Gross tumor volume，GTV)也难以与病理学上的GTV完全吻合。李万龙等[6]的研究表明CT勾画GTV的准确性为72.7%，81.8%的GTV可以完全包括GTV-T和GTV-N，而18.2%的GTV未能完全包括GTV-N，也就是说有18.2%的患者在做精确放射治疗时可能出现脱靶。不同的CT技术，GTV大小也不一致，Persson等[7]对36例患者46处肺肿瘤分别采用三维CT(Three-dimensional CT，3DCT)和四维CT(4DCT)或呼吸门控CT(Breathhold CT，BHCT)扫描后勾画GTV，计算患者在中度呼吸、吸气末、呼气末状态时GTV大小，采用4DCT或BHCT勾画GTV平均体积为4.9 cm3，而3DCT在中度呼吸、吸气末、呼气末时相均较4DCT或BHCT下勾画平均GTV大，分别相差0.3 cm3、0.2 cm3、0.3 cm3。肺癌受呼吸运动影响较大，自由呼吸下正常肺组织受照射体积较大，采用呼吸控制技术可减少正常肺照射体积。Paumier等[8]对7例直径小于5 cm肺原发或继发肿瘤(共11处病灶)分别采用3DCT在自由呼吸、深吸气后屏气时及4DCT在吸气、呼气2个时相扫描，计算比较不同情况下计划体积(Planning target volume，PTV)大小及输送到肺部的照射剂量。自由呼吸情况下PTV为(83±28)cm3，远大于任何其他的技术下计算结果(P＜0.000 1)，相对于PTV内靶区(ITV)可减少1/4[(63±31)cm3]，而在深吸气后屏气情况下及4DCT呼吸同步扫描PTV则可减少1/3[(50～54)±(24～26)cm3]。深吸气后屏气情况下未受照射肺较其他情况大[分别为(5 500±1 500)cm3和(3 540～3 920)cm3，P＜0.000 1)]。自由呼吸情况下正常肺受照射的V5和V20也远大于其他情况(P＜0.000 1)。

2 磁共振弥散成像技术在肺癌放疗靶区勾画应用

磁共振弥散(Diffusion weighted imaging，DWI)是反映活体组织中水分子微观运动的成像，很大程度上取决于组织细胞内水分子含量、细胞膜扩散屏障的存在，人体组织中受细胞密度和细胞核、细胞浆比例等因素的影响[9]。通过肿瘤组织与正常组织弥散系数的区别，可鉴别肿瘤组织与正常组织，并进一步区分肿瘤病理分期[10]。Satoh等[11]对54例直径≥5 mm的肺结节进行DWI(b=1 000 s/mm2)且以5分制法定性分析肺结节的信号强度(1：几乎无信号；2：信号强度介于1和3之间；3：与胸髓的信号相当；4：高于胸髓的信号；5：明显高于胸髓的信号)。恶性结节的分值明显高于良性结节(P＜0.01)。若以3分作为诊断恶性的阈值，敏感度为88.9%、特异度为61.1%、精确度为79.6%。所以肺结节良恶性可通过DWI的信号强度高低来鉴别。何翠菊等[12]对33例肺癌患者的WB-DWI检查，评估其在显示恶性肿瘤患者全身转移状况的实用价值。依据WB-DWI+CT/MRI的综合影像诊断恶性肿瘤全身脏器转移的敏感性高达90.9%，明显高于单独应用CT/MRI诊断的敏感性(78.9%)，且二者在诊断恶性肿瘤全身脏器转移上差异具有统计学意义(P＜0.05)。

肿瘤组织生长可导致管气管狭窄，甚至闭塞，气管闭塞后可引起气管远端阻塞性炎症及肺不张，肺泡内含气量进一步减少、消失，引起肺组织萎缩、实变，并与肿瘤组织融合成实性包块，CT扫描甚至强化扫描均不易区分肿瘤界限，影响肿瘤靶区精确勾画。张安度等[13]对47例放疗患者分别采用CT及MR进行图像采集，在CT图像上勾画靶区为GTV-ct，在DWI图像上勾画靶区为GTV-mri，GTVct-mri为CT靶区去除与MR靶区重合部分的体积，比较GTV-ct、GTV-mri的体积差异。GTV-ct和GTV-mri的平均体积分别为142.7 cm3和101.1 cm3，差异有统计学意义(P＜0.001)。伴有肺不张/阻塞性肺炎者的GTV-ct为173.6 cm3，GTV-mri为117.8 cm3(P＜0.001)；不伴有肺不张/阻塞性肺炎者的GTV-ct平均为115.3 cm3，GTV-mri为88.8 cm3(P＜0.001)，DWI与CT显示的肿瘤体积有差异。DWI可区分肺肿瘤组织与阻塞性肺炎、肺不张。DWI成像对肺癌靶区勾画有很大帮助。

3 PET/CT在肺癌放疗靶区勾画应用

PET/CT是集解剖影像和功能成像于一体的影像技术，在临床的应用越来越广泛，对指导肺癌分期、精确放疗、疗效判断具有重要的价值[14-16]。应用PET-CT模拟定位并勾画靶区，可避免靶区扩大或遗漏，可提高CT难以界定边界肺癌靶区精确度[17-18]。珊丹等[19]对诊断明确的30例Ⅲ期NSCLC患者进行治疗体位的PET-CT扫描，并根据CT、PET-CT融合图像进行临床分期与靶区勾画，制定相应的放疗计划。选择大体肿瘤体积(GTV)、计划靶体积(Planning tumor volume, PTV)、周围正常组织受量等指标进行统计学分析。结果PET-CT改变可临床分期：10.00%(3/30)的病例分期升高，10.00%(3/30)的病例分期降低；PET-CT改变GTV和PTV：60.00%(18/30)的病例靶体积缩小，40.00%(12/30)的病例靶体积增大，其中体积发生明显变化者(变化＞25%)占56.67%(17/30)，但全组GTV、PTV变化不明显(P＞0.05)；PET-CT改变治疗计划参数：给予相同的靶区剂量60 Gy/30次，PET参与后PTV变化者的周围正常组织受量均发生相应的变化，但各项指标全组变化不明显(P＞0.05)。Bradley等[20]对纳入研究的51例患者中47例Ⅱ、Ⅲ期可评价肺癌病例研究发现，相对于单存CT下勾画肺癌靶区，PET-CT引导下勾画GTV更小(98.7 ml和86.2 ml；P＜0.000 1)。同时也可降低肺受照射剂量(19 Gy和17.8 Gy，P=0.06)。

4 问题与展望

放射治疗是中晚期肺癌的主要治疗手段，靶区勾画的是否准确性直接关系到放射治疗的疗效，呼吸运动、心脏活动影响肺癌在胸腔内的位置变化，导致计划靶区难以确定。同时中心性肺癌合并阻塞性肺炎、肺不张，亦会增加肺癌靶区界限确定难度。适形、调强、呼吸门控以及图像动态引导等技术发展成为确定和控制肿瘤随呼吸变化、心脏活动而产生移动，降低正常肺组织受照射的关键。CT定位是肺癌放疗必备工具，而MRI、PET-CT等影像技术发展及图像融合技术应用为肺癌并阻塞性肺炎、肺不张放疗减少误放、漏放提供技术支持。如何合理、有计划的利用一个或多个影像引导技术，结合病变特点，发挥各个影像技术最佳结合，还有许多问题亟待解决。相信通过对该问题的深入研究，影像技术必将在肺癌的临床治疗中发挥更大的作用。

[1]Edwards BK,Noone AM,Mariotto AB,et al.Annual Report to the Nation on the status of cancer,1975-2010,featuring prevalence of comorbidity and impact on survival among persons with lung, colorectal,breast,or prostate cancer[J].Cancer,2014,120(9): 1290-1314.

[2]Wang L,Feigenberg S,Chen L,et al.Benefit of three-dimensional image-guided stereotactic localization in the hypofractionated treatment of lung cancer[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2006,66(3): 738-747.

[3]Santoro JP,McNamara J,Yorke E,et al.A study of respiration-correlated cone-beam CT scans to correct target positioning errors in radiotherapy of thoracic cancer[J].Med Phys,2012,39 (10):5825-5834.

[4]Risser L,Vialard FX,Baluwala HY,et al.Piecewise-diffeomorphic image registration:application to the motion estimation between 3D CT lung images with sliding conditions[J].Med Image Anal, 2013,17(2):182-193.

[5]Nath SK,Sandhu AP,Jensen L,et al.Frameless image-guided stereotactic body radiation therapy for lung tumors with 4-dimensional computed tomography or 4-dimensional positron emission tomography/computed tomography[J].Clin Lung Cancer,2011,12 (3):180-186.

[6]李万龙,于金明,徐 瑾,等.CT用于非小细胞肺癌靶区勾画的价值[J].中华放射肿瘤学杂志,2004,13(4):294-296.

[7]Persson GF,Nygaard DE,Munck Af Rosenschöld P,et al.Artifacts in conventional computed tomography(CT)and free breathing four-dimensional CT induce uncertainty in gross tumor volume determination[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2011,80(5): 1573-1580.

[8]Paumier A,Crespeau A,Krhili S,et al.Dosimetric study of the different techniques to deal with respiratory motion for lung stereotactic radiotherapy[J].Cancer Radiother,2012,16(4):263-271.

[9]Matoba M,Tonami H,Kondou T,et al.Lung carcinoma:diffusionweighted MR imaging-preliminary evaluation with apparent diffusion coefficient[J].Radiology,2007,243(2):570-577.

[10]Liu Y,Bai RJ,Sun HR,et al.Diffusion-weighted magnetic resonance imaging of uterine cervical cancer[J].J Comput Assist Tomogr,2009,33(6):858-862.

[11]Satoh S,Kitazume Y,Ohdama S,et al.Can malignant and benign pulmonary nodules be differentiated with diffusion-weighted MRI? [J].AJRAm J Roentgenol,2008,191(2):464-470.

[12]何翠菊,罗娅红,李 森,等.全身磁共振弥散成像技术在肺癌分期中的应用研究[J].中国临床医学影像杂志,2009,20(12): 925-928.

[13]张安度,田 华,韩 春,等.磁共振弥散加权成像在肺癌精确放疗靶区勾画中应用价值分析[J].中华肿瘤防治杂志,2013,20 (16):1249-1256.

[14]周玉凤,夏淦林.18F-FDG PET-CT显像对非小细胞肺癌术前区域淋巴结诊断及分期的临床价值[J].中国CT和MRI杂志,2014,12 (3):70-74.

[15]彭莹莹,张书旭,余 辉,等.PET/CT图像分割技术在肺癌放疗计划中的应用[J].中国医疗设备,2014,29(6):160-163.

[16]Hanna GG,McAleese J,Carson KJ,et al.(18)F-FDG PET-CT simulation for non-small-cell lung cancer:effect in patients already staged by PET-CT[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2010,77(1): 24-30.

[17]Guerra L,Meregalli S,Zorz A,et al.Comparative evaluation of CT-based and respiratory-gated PET/CT-based planning target volume(PTV)in the definition of radiation treatment planning in lung cancer:preliminary results[J].Eur J Nucl Med Mol Imaging,2014, 41(4):702-710.

[18]Abdulla S,Salavati A,Saboury B,et al.Quantitative assessment of global lung inflammation following radiationtherapy using FDG PET/CT:a pilot study[J].Eur J Nucl Med Mol Imaging,2014,41 (2):350-356.

[19]珊 丹,韩 波,潘慧莹,等.18F-FDG-PET-CT模拟定位在Ⅲ期非小细胞肺癌放疗中的应用研究[J].中国肺癌杂志,2010,13(7): 700-705.

[20]Bradley J,Bae K,Choi N,et al.A phase II comparative study of gross tumor volume definition with or without PET/CT fusion in dosimetric planning for non-small-cell lung cancer(NSCLC):primary analysis of Radiation Therapy Oncology Group(RTOG)0515 [J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2012,82(1):435-441.

Progress on the application of imaging techniques in target volume delineation in conformal radiotherapy for lung cancer.

LIU Rui-bao1,LI Hong-fu2,WANG Xun-guo1.The First Department of Oncology1,Department of Radiology2,Dongying People's Hospital,Dongying 257000,Guangdong,CHINA

Lung cancer is a common malignant tumor in China,and radiotherapy plays an important role in the treatment of lung cancer.How to precisely delineate the clinical target volume is a focused topic in recent years. With the application of the 4 DCT technology,diffusion-weighted magnetic resonance imaging(DW-MRI),and positron emission tomography-computed tomography(PET-CT),target volume delineation and radiotherapy has reached higher accuracy,which can better distinguish lung cancer from obstructive atelectasis,inflammation,and reduce the impact of respiratory movement on target volume.This review presents the application progress of imaging techniques (CT,MRI and PET-CT)in target volume delineation in three-dimensional conformal radiotherapy for lung cancer.

Lung cancer;Radiotherapy;Target volume;Imaging techniques

R734.2

A

1003—6350（2015）17—2569—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.17.0929

2014-12-30)

刘瑞宝。E-mail：liuruibao88@163.com