四维CT轮廓勾画方式的探讨

张爱萍　尹立杰　戴建荣　杨彦琴　王杰　范颖琳　卿珍　韩军

[摘 要] 目的：通过对比两种方法勾画的内肿瘤区（IGTV）位置和体积差异，探讨一种满足临床准确度要求且高效的4D CT轮廓勾画方式。方法：选取10例行胸部4D CT患者，每例都采用两种方式进行IGTV勾画。一种为所有时相逐层勾画后融合，定义为IGTV1；另一种为单套勾画，其余时相作为背景播放，定义为IGTV2。为了保证测试充分性，由十位医生完成全部病例勾画。对比两种方法所得IGTV的几何中心位置、体积大小、重合度及勾画时间。结果：两种方式产生的IGTV几何中心在x、y、z轴上平均差异都小于1mm。IGTV1、IGTV2体积分别为（23.13±20.05）cm3、（23.27±19.86）cm3，体积比为1.02±0.04，两者重合度为96.05%±1.73%。两种勾画方式所产生IGTV几何中心位置和体积均无统计学意义差別，几何形状也重合较好。但采用本文探讨组织轮廓勾画方式，可显著缩短医生组织轮廓勾画时间，平均勾画时间从25.52min降至7.9min。结论：本文探讨IGTV勾画方式勾画准确度完全能满足临床应用要求，且勾画速度提高了3倍。

[关键词] 4D CT；IGTV；呼吸时相； 轮廓勾画

中图分类号：R445 文献标识码：A 文章编号：2095-5200（2015）02-001-03

准确靶区定位是制定肿瘤放射治疗方案关键。胸腹部肿瘤定位时，呼吸运动会导致胸部器官（肺、乳腺等）和上腹部器官（肝、胃、肾等）位置和形状周期性变化。心脏跳动也有类似呼吸运动影响，只是影响范围小、程度轻。研究发现胸腹部器官在头脚方向运动幅度大于其前后及左右方向运动幅度。文献报道呼吸运动导致肝脏头脚方向移动10～26 mm（浅呼吸）、12～75 mm（深呼吸），前后l～12 mm，左右l～9 mm[1-2]。放疗过程中如果忽略呼吸引起胸腹部器官运动，可能造成部分目标靶区在某些呼吸时相位于射野之外，而周围器官进入射野。

四维CT作为与时间关联动态CT，其能够很好地反映正常器官和肿瘤运动情况[3-5]。理论上四维CT是进行胸腹部肿瘤个体化内靶区勾画金标准。肺癌、肝癌、胰腺癌放射治疗应用研究均表明，四维CT可在保证靶区准确基础上减少进入PTV正常组织体积，更好地保护正常组织[6-8]。本文就4D靶区勾画实现方式进行对比分析，探讨一种既能满足临床精度要求，又方便快捷勾画方式。

1 对象和方法

1.1 4D 靶区勾画实现方式

4D靶区勾画最直接最准确实现方式是对采集多套图像都进行靶区勾画。但现有Cine扫描模式产生图像通常有上千幅，甚至更多，这使靶区勾画成为4D放疗所面临难题。为了节省临床靶区勾画工作量，有采用以两个呼吸极限相位CT来确定靶区勾画方式，但Rietzel E等[9-10]利用4D CT研究胸部肿瘤区勾画时，发现单纯以两个呼吸极限相位CT来确定靶区不足以覆盖靶区真实运动范围，可能造成靶区约6.3%遗漏。而Zhang T等[11]在研究肺癌立体定向放疗中4D靶区勾画时，以呼气末CT为基准，对呼吸周期中十个呼气相位CT进行变形配准，得到配准变换矩阵后，把呼气末时相上勾画肿瘤区自动映射到其它相位CT上，进而得到所有相位肿瘤区所覆盖范围，但此种实现方式完全依赖于变形配准算法准确度。研究表明，该种实现方式相比所有时相逐层勾画平均体积增大约9%[12]。

基于此，本文探讨一种新4D靶区勾画方式，即只在一个时相上勾画靶区，其余时相该层对应图像作为背景动态播放，这样虽然只做了一套图像靶区勾画，实际上所有时相轮廓都已涵盖。为了更明确描述呼吸运动对靶体积影响，勾画靶区时，采用包含GTV运动信息的内GTV（Internal gross target volume， IGTV） [13]，将采用此方法勾画的包含GTV运动信息的IGTV轮廓与所有图像全部勾画的IGTV轮廓进行对比分析，探讨该方法精度。

1.2 试验方案设计

选取10例不同类型胸部肿瘤病例，每例患者4D CT图像都由10个不同呼吸时相CT序列组成。为保证测试充分性，排除人为误差影响，靶区勾画由10位有5年工作经验、相同职称医生完成。每位医生都采用两种方式进行IGTV勾画。比较分析两种方式下靶区勾画时间及IGTV差异。

1.2.1 IGTV勾画 为了避免人为因素影响，每位医生在ModernTPS治疗计划系统中对同一患者采用两种方式进行IGTV勾画时，要在同一窗宽窗位设置下进行。

方式一：在10个呼吸时相CT图像上分别勾画GTV，并将其融合得到IGTV，本文定义为IGTV1；

方式二：从10套图像中选取一套为参考图像，在参考图像中勾画GTV时，相对应其余时相该断层图像作为背景连续播放，最终勾画完成GTV即为IGTV，本文定义为IGTV2。

1.2.2 分析方法 方式一得到IGTV视为理想内肿瘤区，比较其与方式二勾画IGTV在几何中心位置、体积大小及重合度差异，同时对比分析两种勾画方式时间差异。对结果数据采用配对Wilcoxon符号秩和检验方法进行统计分析，P<0.05认为差异有统计学意义。

（1）几何中心位置和体积大小：IGTV几何中心点用图像坐标系中x、y、z轴坐标值来表示。两种勾画方式IGTV体积差异可通过体积比值来反映。（2）重合度：IGTV1体积表示为VIGTV1；IGTV2体积表示为VIGTV2. 则：VIGTV1与VIGTV2重合度为：，以此反映IGTV1与IGTV2之间重合情况。（3）IGTV勾画时间取十位医生相同勾画方式平均值。

2 结果

2.1 几何中心位置差异

如表1所示，所有患者在两种勾画方式下IGTV几何中心在x、y、z轴上平均差异均小于1mm，且三个轴上秩和检验P值均>0.05，差异无统计学意义。说明两种勾画方式下IGTV几何中心位置无显著差异。

2.2 体积大小、重合度分析

如表2所示，IGTV1和IGTV2两种方式勾画IGTV体积分别为（23.13±20.05）cm3、（23.27±19.86）cm3，两者体积无统计学意义差别（z=-1.122，P=0.262），说明两种勾画方式下IGTV体积无显著差异。IGTV1与IGTV2重合度为96.05%±1.73%，说明两种勾画方式产生IGTV几何形状重合较好。

2.3 IGTV勾画时间

如表3所示，本文探讨组织轮廓勾画方式，所有时相轮廓一次勾画完成，与传统逐个时相勾画方式在勾画时间上比较有显著差异（z=-2.803，P=0.005）。

3 讨论

依据4DCT影像勾画靶区体积包含了GTV伴随呼吸运动空间位移，可以客观地确定内肿瘤区。理想IGTV是在所有呼吸时相（一般10个）勾画靶区后融合而成，然而，在所有时相CT图像中勾画靶区显著增加了医生工作。因此，本研究探讨了一种单套图像勾画轮廓，其余时相作为背景播放方式，一次完成IGTV勾画。上述结果对比分析可见，两种勾画方式所产生IGTV几何中心位置变化不明显。IGTV1与IGTV2重合度为96.05%±1.73%，考虑即使是同一个人在相同窗宽窗位，多次重复勾画同一套CT图像时，多次勾画轮廓也不能完全重合，我们认为两种方式产生IGTV几何形状重合度吻合较好，差别可以接受。但采用本文探讨组织轮廓勾画方式，可显著缩短医生组织轮廓勾画时间。

本文探讨的IGTV勾画方式，既满足临床使用精度要求，又极大程度节省了医生勾画轮廓时间，降低了医生勾画工作负荷问题。同时，该实现方式也可用于危及器官勾画，用于更准确评估危及器官受量。

参 考 文 献

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