肺灌注显像在优化肺癌三维适形放射治疗计划中的价值*

林 琳 郑 容②* 王绿化 耿建华② 陈盛祖 李晔雄

肺灌注显像在优化肺癌三维适形放射治疗计划中的价值*

林 琳①郑 容①②*王绿化③耿建华①②陈盛祖①李晔雄③

目的：将肺灌注显像的功能信息整合到三维适形放射治疗计划的制定过程中，探讨能否优化放射治疗计划，从而更好地保护正常肺组织。方法：将行三维适形放射治疗的18例肺癌患者按缺损区与肿瘤病灶的大小分为4级。①0级：无灌注受损；②1级：肿瘤及其周围局部肺灌注受损；③2级：达1叶肺灌注受损；④3级：超过1叶肺灌注受损。选择患者单光子发射计算机断层成像术(SPECT)断层图像中放射性计数最大值≥30%作为阈值，由计算机在各个断层上自动生成感兴趣区(ROI)，界定为功能正常的肺组织区域(FL)。分别参照和不参照三维肺灌注图像制定三维放射治疗计划并进行对比。结果：18例患者均有不同程度的肺动脉血流灌注受损，其中1级5例，2级7例，3级6例。在10 Gy、13 Gy、20 Gy、25 Gy、30 Gy及40 Gy的放射性剂量受量水平上，所有患者受量＞x Gy的全肺容积接收剂量的百分数(≥x Gy，WLVx)和功能性正常肺容积接收剂量的百分比(≥x Gy，FLVx)均有降低，并且FLVx的降低幅度均＞WLVx；在10 Gy、13 Gy、20 Gy及25 Gy的剂量受量水平上，2级以上患者的FLVx降低幅度均＞1级患者；在30 Gy、40 Gy的剂量受量水平上，2级以上患者的FLVx降低幅度轻微＜1级患者。结论：肺灌注显像能有效优化肺癌三维放射治疗计划，保护功能正常肺组织，并且对于肺灌注缺损大的患者效果更佳。

体层摄影术，发射型计算机，单光子；放射性核素显像；放射疗法，适形；肺肿瘤；辐射损伤

[First-author’s address] Department of Nuclear Medicine, Cancer Hospital Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100021, China.

放射治疗是局部晚期肺癌患者的主要治疗方式，而三维适形放射治疗则是一种比较先进的放射治疗手段。肺癌三维适形放射治疗计划的制定通常以胸部CT图像为基础，单纯以肺部和纵隔病变的解剖形态改变作为放射治疗的依据，而忽略了病变导致的局部肺功能的改变。本研究拟将肺灌注显像的功能信息整合到肺癌三维适形放射治疗计划的制定过程中，在保证肿瘤靶区照射剂量的前提下，对比应用肺灌注显像前后的放射治疗计划的变化，评估肺灌注显像是否能优化三维适形放射治疗计划，更好的保护正常肺组织。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取三维适形放射治疗的18例肺癌患者接受治疗前肺灌注显像。18例患者中男性13例，女性5例；年龄35岁～79岁，中位年龄为62岁。其中中央型肺癌12例，周围型肺癌6例。肿瘤位于上叶8例，位于中下叶10例。病理类型：鳞癌7例，腺癌6例，小细胞肺癌5例。统一按肿瘤、淋巴结及远处转移(tumor node metastasis，TNM)分期标准，T12例，T24例，T36例，T46例。N03例，N12例，N25例，N38例，无M1患者，肿瘤临床分期Ⅱb期3例，Ⅲa期4例，Ⅲb期11例。治疗剂量为36～60 Gy，中位剂量为60 Gy。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：患者一般状况良好；卡氏性能量表(Karnofsky performance scale，KPS)评分≥70分能耐受肺灌注检查，签署知情同意书。

(2)排除标准：有远处转移；既往有胸部放射治疗史、胸部手术治疗史和严重心肺疾病史等。

1.3 方法

1.3.1 肺灌注显像方法

99Tcm标记人血清大颗粒聚合白蛋白(99Tcm-MAA)由中国原子能科学研究院提供，仪器为GE Millennium TMVGⅤ型(Hawkeye)双探头单光子发射断层显影仪(single photon Emission computed tomography，SPECT)，采用低能高分辨准直器。患者仰卧在检查床上，双手抱头，保持与CT模拟定位和放射治疗时相似体位。缓慢静脉注射99Tcm-MAA 185 MBq即刻进行SPECT肺部断层图像，每个探头旋转180o，每6o采集1帧图像，每帧采集20 s，放大倍数1.0，生成横断面、冠状面及矢状面的断层图像，并获得同机CT图像(140 kV，2.5 mA，层厚10 mm，螺距1∶1，采集矩阵256×256，放大倍数1.0)和SPECT与CT的融合图像。

1.3.2 肺灌注受损范围评价

放射治疗前肺灌注受损范围按下述标准评定。①0级：无灌注受损；②1级：肿瘤及其周围局部肺灌注受损；③2级：达1叶肺灌注受损；④3级：超过1叶肺灌注受损。

1.3.3 肺灌注图像感兴趣区的勾画

选择患者SPECT断层图像中放射性计数最高的层面，以其放射性计数最大值≥30%作为阈值，由计算机在各个层面上自动生成感兴趣区(region of interest，ROI)，界定为需要受到保护的、功能正常的肺组织区域(functional lung，FL)。

1.3.4 CT模拟定位

仪器为Simens Plus 4螺旋CT，患者仰卧在检查床上，双手抱头，热塑体膜固定，扫描范围从颈部到膈下，扫描参数为：管电压120 kV，管电流150 mA，层厚5 mm，螺距1∶1，采集矩阵512×512，放大倍数1.0，生成横断面、冠状面及矢状面的断层图像。扫描图像以DICOM格式传至Pinnacle(Version 3)逆向计划工作站，制定三维适形放射治疗计划。

1.3.5 三维适形放射治疗计划

由富有经验的高年资放射治疗医师在CT模拟扫描图像的基础上，在保证肿瘤靶区的照射剂量和保护心脏大血管、食管及脊髓的照射剂量受限于相应安全范围的前提下，分别参照和不参照对应的三维肺灌注图像勾画肿瘤靶区(包括大体肿瘤容积、临床靶区容积和计划靶区容积)和FL，由富有经验的放射治疗物理师分别设计出2种三维适形放射治疗计划，尽可能降低肺组织(包括全肺以及FL)的照射剂量，并比较2种放射治疗计划的差异。

1.4 统计学方法

将分别获取的2种三维适形放射治疗计划的肺组织剂量参数，以SPSS 11.5统计软件进行统计分析，配对t检验，比较肺灌注信息优化后放射治疗计划的变化情况。

2 结果

2.1 肺灌注特点

所有患者治疗前均有不同程度的肺动脉血流灌注受损，其中1级5例，2级7例，3级6例。中央型肺癌患者灌注受损范围2级以上者占75.0%(9/12)，而周围型受损范围达2级以上者占66.7%(4/6)，中央型肺癌患者灌注受损范围与周围型受损范围二者之间无显著差异(t=0.138，P=0.710)。

2.2 定量分析

所有患者的FL均小于全肺容积，全肺容积和FL两者的平均差值为1308.5 cm3(范围476.7～1925.3 cm3)。

在各个剂量受量水平上，所有患者的WLVx和FLVx的降低情况，肺灌注缺损1级患者和2级以上患者的FLVx的降低情况分别见表1、表2及表3。

表1 不同剂量受量水平下优化前后患者WLVx差异(%) (x-±s)

表2 不同剂量受量水平下优化前后患者FLVx差异(%) (x-±s)

表3 不同剂量受量水平下肺灌注缺损1级患者和2级以上患者FLVx降低值(%) (x-±s)

3 讨论

目前，局部晚期肺癌患者同步放化疗已成最佳策略，提高放射治疗剂量有望提高疗效，但同时正常肺组织的放射性损伤几率也增大，因此在提高剂量的同时，如何保护正常肺组织成为关键所在[1-2]。放射性核素肺灌注显像可用于了解肺局部血流灌注量，以判断肺血流受损的情况，与其他影像学方法相比较能更好的反映肺的局部生理功能，并且可以在亚临床水平评估肺损伤[3]。

中心型肺癌通常压迫肺门血管，其引起的血流灌注受损区往往大于病灶本身，而周围型肿瘤引起较大的血流灌注缺损，常常伴有肺门或纵隔淋巴结转移；如果肺内肿瘤病灶未侵及较大的动脉血管，只是破坏局部正常的肺循环，就会出现与病灶大小类似的肺动脉血流灌注受损区。本研究有13例患者的肺灌注显像图呈2级、3级表现，均为中心型肺癌或周围型肺癌伴有肺门淋巴结转移；另外有3例中央型肺癌和2例周围型肺癌患者的肺灌注显像图呈1级表现。本组病例中，中央型和周围型患者出现2级以上肺灌注缺损的概率并无明显差异，应该与该组病例的临床分期普遍较晚以及病例数偏小有关。

正常肺组织接受照射后，局部血流灌注会受到损害，照射剂量越大，血流灌注受损越严重。但是，并不是所有的肺组织对放射线损伤的反应均为一致。Peng等[4]报道，放射治疗后随访过程中发现射野内肺灌注水平低者治疗后弥散功能的变化小，即低灌注区对放射线的耐受性比正常灌注区高。在此放射生物效应的前提下，Agrawal等[5]提出，设计放射治疗计划时使射线穿过低灌注区而降低正常灌注区的照射剂量，从而减少肺组织受损伤的风险。有研究表明，肺灌注SPECT断层图像中放射性计数为最大值的30%以下的肺组织部分基本可视为无功能，因此选取各层面中放射性计数最大值≥30%作为阈值，勾画ROI为FL，在设计三维放射治疗计划时尽可能降低FL的剂量受量[6-10]。

通过用肺灌注优化后的放射治疗计划，在各剂量水平上，FLVx均有相当显著的、具有明确统计学意义的降低，其中又以剂量水平较低时差异更为显著，FLVx在10 Gy、13 Gy、20 Gy及25 Gy的降低幅度大，表明离肿瘤较远、受量较低的健康肺组织得到了更好的保护。通过对比肺灌注缺损1级和2级以上患者发现，在剂量受量分别为10 Gy、13 Gy、20 Gy及25 Gy的水平上，2级以上患者的FLVx平均降低值均大于1级患者，尤其剂量水平越低时越为显著。在剂量受量分别为30 Gy、40 Gy的水平上，2级以上患者的FLVx平均降低值轻微小于1级患者，但统计学上无显著差异。目前对放射性肺炎发生的剂量定量并无统一的观点，但是V20(受量＞20 Gy的全肺容积百分数)是使用最广泛的一个衡量指标；在本研究中，所有患者25 Gy以下的FLVx降低幅度最为显著，意味着能降低亚临床、临床的放射性肺损伤，比较的结果显示，肺灌注缺损2级以上的患者较1级患者更能有效的避免和减少25 Gy以下亚临床放射性肺损伤，用肺灌注的信息优化放射治疗计划获益的趋势更为明显。Christian等[11]的研究中，有一例双肺上叶灌注缺损的患者FLV20降低了16%，因此提出大片灌注缺损的患者可能从肺灌注中获得放射治疗计划改进的利益[12-15]。在本研究中，FLV20降低幅度最大的是一例灌注缺损3级患者，降低值为12.2%，并且2级以上患者的FLV10、FLV13、FLV20、FLV25降低幅度均＞1级患者，与Christian等[11]报道的结果相仿。

本研究为肺灌注功能影像在三维放射治疗计划中的应用提出了初步的探索性研究，其进一步的临床结论将有赖于大样本的、前瞻性的随机对照临床试验，以确定肺灌注显像整合在肺癌的三维放射治疗计划中是否能明确降低临床和亚临床放射性肺损伤的发生率，进而使患者获益。

[1]Ayadi M,Zahra N,Thariat J,et al.Intensitymodulated radiation therapy in non-small cell lung cancers[J].Cancer Radiother,2014,18(5-6): 406-413.

[2]孙志华,李青峰,伍钢.62例不可手术的局部晚期非小细胞肺癌同步放化疗分析[J].现代肿瘤医学, 2012,20(4):723-725.

[3]田芹,孟艳冬,汪延明.肺灌注显像在保护非小细胞肺癌患者功能肺中的研究[J].中华老年医学杂志, 2013,32(2):158-161.

[4]Peng F,Stanton P,Bi N,et al.Dose-related changes for lung ventilation and perfusion and prediction for radiation-induced lung injury during the course of radiotherapy in patients with non-small cell lung cancer[J].Pract Radiat Oncol,2013,3(2 Suppl 1):S26.

[5]Agrawal S,Raj MK,Kheruka SC,et al.Utility of single photon emission computed tomography perfusion scans in radiation treatment planning of locally advanced lung cancers[J].Indian J Nucl Med,2012,27(1):10-15.

[6]Wang ZT,Wei LL,Ding XP,et al.Spectguidance to reduce radioactive dose to functioning lung for stage III non-small cell lung cancer[J].Asian Pac J Cancer Prev,2013, 14(2):1061-1065.

[7]孙洪福,白瞳,李宝生,等.SPECT肺灌注显像在非小细胞肺癌调强适形放疗计划优化中的价值[J].中华肿瘤杂志,2011,33(2):155-156.

[8]田芹,汪延明.SPECT肺灌注显像在肺癌放疗中的应用[J].山东医药,2010,50(27):116-117.

[9]康静波,方恒虎,杜锐,等.18F-FDG PET/CT评估体部伽玛刀治疗非小细胞肺癌的疗效研究[J].中国医学装备,2014,11(8):18-22.

[10]张雯杰,郑容,赵路军,等.肺灌注显像观察肺癌三维适形放疗对患者近期肺功能的影响[J].癌症,2004, 23(10):1180-1184.

[11]Christian,Partridge M,Nioutsikou E,et al.The incorporation of SPECT functional lung imaging into inverse radiotherapy planning for non-small cell lung cancer[J].Radiother Oncol,2005,77(3):271-277.

[12]Yamashita H,Takahashi W,Haga A,et al. Radiation pneumonitis after stereotactic radiation therapy for lung cancer[J].World J Radiol,2014,6(9):708-715.

[13]Giridhar P,Mallick S,Rath GK,et al.Radiation induced lung injury:prediction, assessment and management[J].Asian Pac J Cancer Prev,2015, 16(7):2613-2617.

[14]Vogelius IR,Bentzen SM.A literature-based meta-analysis of clinical risk factors for development of radiation induced pneumonitis[J]. Acta Oncol,2012,51(8):975-983.

[15]左宏波,蒋轶.肺癌三维适性放疗肺灌注显像观察对患者近期肺功能影响分析[J].中国现代药物应用,2013,7(23):46-47.

Research on the value of lung perfusion scan optimizing the three-dimensional conformal radiotherapy plan for lung cancer

LIN Lin, ZHENG Rong, WANG Lv-hua, et al
China Medical Equipment,2015,12(6):62-65.

Objective: To observe whether the radiotherapy plan is optimized and normal lung tissue can be protect when lung perfusion to be integrated into the three-dimensional conformal radiotherapy planed. Methods: Eighteen lung cancer patients had performed lung perfusion scans before three-dimensional conformal radiotherapy. The defect of lung perfusion was graded using the following criteria: grade 0: no perfusion damage; grade 1: limited to the area of tumors and its surrounding lung tissue; grade 2: up to one lobe of the lung; and grade 3: beyond one lobe. Region of Interest (ROI) is automatically created in every perfusion slice by computer as Functional Lung (FL) according to the threshold which is defined more than 30 percent of the highest count in all the SPECT slices. Two sets of three-dimensional conformal radiotherapy plans are respectively made with and without the three-dimensional lung perfusion images for every patient in order to minimize the radiation dosage to lung tissue (including Whole Lung and Functional Lung).Statistical analysis is made for the difference between the parameters in two sets of radiotherapy plans using SPSS11.5. Results: All of the patients are observed with lung perfusion defect, five patients with grade 1, seven patients with grade 2 and 6 patients with grade 3 damage, respectively. For every radiation dose level of 10Gy, 13Gy, 20Gy, 25Gy, 30Gy, and 40Gy, the percentage of Whole Lung Volume receiving dose≥xGy(WLVx) is decreased in all patients and the percentage of Functional Lung Volume receiving dose≥xGy(FLVx) is decreased more than WLVx in all patients; For every radiation dose level of 10Gy, 13Gy, 20Gy, and 25Gy, FLVx is decreased more in ≥grade 2 group than in grade 1 group, respectively; For every radiation dose level of 30Gy and 40Gy, FLVx is decreased slightly less in ≥grade 2 group than in grade 1 group. Conclusion: Lung perfusion scan can effectively optimize the three-dimensional conformal radiotherapy plan for lung cancer to protect normal functional lung tissue, especially for patients with larger lung perfusion defect.

Tomography, emission-computed; Single-photon; Radionuclide imaging; Radiotherapy; Conformal; Lung neoplasms; Radiation injuries

林琳,女,(1978- ),硕士，主治医师。中国医学科学院肿瘤医院核医学科，研究方向：核医学在肿瘤诊断治疗中的应用。

1672-8270(2015)06-0062-04

R817

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.06.019

2015-04-01

卫生部部属(管)医院临床学科重点项目(07090010)“图像引导放射治疗的临床应用研究”

①中国医学科学院肿瘤医院核医学科 北京 100021

②中国医学科学院肿瘤医院PET-CT中心 北京 100021

③中国医学科学院肿瘤医院放疗科 北京 100021

*通讯作者：zrong99@163.com