PET/CT联合4DCT在食管癌放疗中的应用*

何 瀚，黄 荣，蒋 军

(广东省佛山市第一人民医院胸腹放疗科 528000)

论著·临床研究

PET/CT联合4DCT在食管癌放疗中的应用*

何 瀚，黄 荣，蒋 军

(广东省佛山市第一人民医院胸腹放疗科 528000)

目的分析标准摄取值(SUV)阈值下的正电子发射体层显像(PET)/CT和全时相4DCT在食管癌靶区勾画的相关性，探索能准确反映靶区空间运动的最优SUV值。方法将该院初治的82例食管癌患者于同一天分别行PET/CT和4DCT扫描定位，选取不同SUV阈值(≥2.0、2.5、3.0、3.5)及最大SUV值的百分比(≥20% SUVmax、30% SUVmax、40% SUVmax)勾画PET/CT靶区内大体肿瘤体积(IGTV)PET/CT，叠加各时相4DCT靶区得到包含所有呼吸状态的靶区IGTV10，对比两图像的靶区中心偏移、体积比和适形指数(CI)，选出与4DCT靶区配准度相对较好的SUV值，并分析该阈值下靶区中心偏移、体积比和CI分别与IGTV10体积、IGTV10长轴径、头脚方向位移及空间运动位移的相关性。结果SUV取2.0或20% SUVmax时，4DCT和PET/CT图像靶区空间匹配程度较好。IGTVPET2.0、IGTVPET20%与IGTV10的靶区中心偏移在头脚方向位移和空间运动位移上均呈正相关(P<0.05)；体积比在IGTV10体积、IGTV10长轴径、头脚方向位移及空间运动位移间均无相关性(P>0.05)；CI在IGTV10体积和IGTV10长轴径上呈正相关，在头脚方向位移及空间运动位移上呈负相关(P<0.05)。结论SUV取2.0和20% SUVmax时，PET/CT与全时相4DCT勾画食管癌靶区的体积相近，但在适形度上二者仍有一定偏差，应对PET/CT阈值及4DCT时相选取做进一步研究。

食管肿瘤；放射治疗；靶区勾画；正电子发射计算机断层成像；四维计算机断层成像

食管癌是我国发病率较高的恶性肿瘤，其发病率高居第5位[1]。采用合理的手段治疗食管癌，能有效提高食管癌的控制率，延长患者生存期。当前，立体定向放疗已经成为治疗食管癌的重要手段，但传统的3DCT定位技术由于只能对患者病灶的某一时刻成像，无法克服呼吸运动和心脏搏动的影响，因此在放疗时容易造成靶区移出治疗射野外。4DCT技术能够对患者的各个呼吸时相进行扫描，重建出肿瘤在每个呼吸运动下的状态，很好地弥补了3DCT的不足[2-3]。正电子发射体层显像(PET)/CT联合4DCT进行肿瘤定位可以减少勾画者主观因素引起的误差和器官运动产生的伪影。本研究将PET/CT下不同标准摄取值(SUV)阈值勾画的靶区IGTVPET/CT(IGTV：内大体肿瘤体积)与4DCT下全时相融合靶区IGTV10进行比较，分析二者的关联性，以及IGTVPET/CT和IGTV10两种靶区的靶区中心偏移、体积比和适形指数(CI)的差异，为肿瘤的精确放疗提供依据。

1 资料与方法

1.1一般资料 收集2015年1月至2016年12月本院初治食管癌患者82例，其中男53例，女29例；年龄49～84岁，中位年龄69岁；所有患者均经病理确诊为鳞癌，Ⅲ期52例，Ⅳ期30例；病灶分别位于食管上段39例，食管中段29例，食管下段14例。纳入标准：(1)患者经食管镜或病理确诊为食管癌；(2)临床分期为局部Ⅲ期或部分Ⅳ期，且经影像学证实无远处转移；(3)患者生存质量卡氏评分(KPS)大于70分，心肺功能基本正常，能完成呼吸训练；(4)患者空腹状态下血糖在正常水平，或经药物控制在正常水平；(5)患者中性粒细胞计数大于或等于1.5×109/L，血小板大于或等于100×109/L，血红蛋白大于或等于100 g/L，肝肾功能基本正常；(6)经患者及家属同意，并签署知情同意书。排除标准：(1)既往或现在患有其他恶性肿瘤；(2)患者存在放化疗禁忌证；(3)出现严重的消化道反应；(4)患者或家属放弃治疗。本研究经伦理委员会审查批准。

1.2方法

1.2.13DCT和4DCT图像的采集 所有患者均采用仰卧位，选择负压真空袋结合热塑体模固定。定位采用GE大孔径CT(Discovery CT590 RT)，患者在经呼吸训练后分别行3DCT和4DCT扫描，3DCT轴位扫描周期为2.8 s(扫描时间1 s、扫描范围2.4 cm、间隔时间1.8 s)，层厚3 mm。4DCT扫描时间大于60 s，重建层厚3 mm。利用瓦里安公司的实时位置管理(RPM)系统追踪4DCT扫描的呼吸运动时相。在患者剑突处放置两个荧光标记点，在床尾处放置红外摄像装置以检测标记点的运动。工作站将摄像装置检测到的标记点轨迹信号转换成呼吸信号，RPM将呼吸周期平均分为10个时相并归类对应时相下的4DCT，其中，将吸气末定为0%时相。

1.2.2PET/CT图像的采集 确定患者血糖水平正常后，静脉注射18氟脱氧葡萄糖(18F-FDG)0.15 mCi/kg，45 min后行全身PET/CT显像。静息60 min，采用与3D/4DCT相同的固定装置和体位，行PET/CT扫描。先行胸部CT扫描，结束后立刻进行PET图像采集，采集时间为每个床位2 min，共采集3～5个床位。PET和CT采集层厚分别为4.25 mm和5 mm。将扫描完的PET图像和CT图像进行重建并融合。图像重建采用有序子集最大期望值法，利用CT透射扫描数据对PET图像进行衰减矫正，得到PET图像和CT图像。

1.2.3图像配准 将采集的3DCT、4DCT及PET/CT图像传至MIM软件，以3DCT为标准图像，将PET/CT的CT图像与其按照灰度配准，在不改变原始图像灰度信息的情况下，基于解剖结构微调边界及轮廓。4DCT及PET图像自动配准到此坐标系下。

1.2.4靶区的勾画 按照国际辐射单位和测定委员会(ICRU)50号[4]及62号[5]报告对3D/4DCT图像进行靶区勾画，靶区勾画的CT条件为窗宽850 HU,窗位-750 HU，将食管厚度大于5 mm或充气状态下厚度大于10 mm作为大体肿瘤靶区(GTV)。将4DCT各个时相采集到的GTV叠加得到10个时相下的肿瘤靶区IGTV10。对PET/CT图像勾画靶区时则基于不同的SUV阈值，将不同SUV值(≥2.0、2.5、3.0、3.5)及最大SUV值的百分比(≥20% SUVmax、30% SUVmax、40% SUVmax)作为靶区分区的条件，分别得到靶区IGTVPET2.0、IGTVPET2.5、IGTVPET3.0、IGTVPET3.5，以及IGTVPET20%、IGTVPET30%、IGTVPET40%[6-8]。比较4DCT靶区和不同SUV阈值的PET/CT靶区的相关性。

1.2.5靶区中心偏移、体积比和CI的计算 靶区中心的计算：计算4DCT和PET/CT靶区中心的空间坐标，二者之差在左右方向记为△x，头脚方向记为△y，腹背方向记为△z，利用空间距离公式(△x2+△y2+△z2)1/2得到靶区中心的距离。体积比的计算：体积比定义为IGTV10与IGTVPET体积的比值，与SUV阈值选取有关；CI的计算：CI定义为4DCT和PET/CT靶区的交集与并集的比值，即(IGTV10∩IGTVPET)/(IGTV10∪IGTVPET)[7]。CI反映4DCT和PET/CT靶区在形状和位置上的匹配程度，CI=1表示靶区完全重合。

2 结 果

2.14DCT和PET/CT的靶区中心偏移、体积比和CI对比 将82例食管癌患者IGTV10和各IGTVPET的靶区中心偏移、体积比和CI进行对比，当SUV阈值取SUV=2.0和20% SUVmax时，4DCT和PET/CT图像在靶区中心的偏移量和体积差异最小，且CI高于其他阈值，见表1。因此，选择SUV为2.0和20% SUVmax作为进一步研究指标。图1为某例食管癌患者4DCT图像勾画IGTV10(绿色)和PET-CT图像勾画IGTVPET2.0(红色)在横截位、矢状位和冠状位的配准结果。

2.2IGTVPET2.0、IGTVPET20%与IGTV10的相关性分析 IGTVPET2.0、IGTVPET20%与IGTV10在IGTV10体积、IGTV10长轴径、头脚方向位移及空间运动位移的相关性见表2。结果显示，在靶区中心偏移方面，IGTVPET2.0及IGTVPET20%与IGTV10在头脚方向位移和空间运动位移上均呈正相关；在体积比方面，IGTVPET2.0及IGTVPET20%与IGTV10在IGTV10体积、IGTV10长轴径、头脚方向位移及空间运动位移间均无相关性；在CI方面，IGTVPET2.0及IGTVPET20%与IGTV10在IGTV10体积和IGTV10长轴径上呈正相关，在头脚方向位移及空间运动位移上呈负相关。

表1 82例食管癌患者IGTV10和各IGTVPET的靶区中心偏移、体积比和CI对比

表2 82例食管癌患者在IGTV10体积、IGTV10长轴径、头脚方向位移及空间运动位移间的相关性

A：横截位；B：矢状位；C：冠状位

图1 IGTV10和IGTVPET2.0的靶区配准结果

3 讨 论

食管癌精确放疗的准确性受呼吸运动、食管蠕动及心脏搏动等诸多因素的影响，其中呼吸运动为最主要的影响因素[9]，通过4DCT构建全时相的呼吸周期可以将上述因素考虑在内。但CT本身存在伪影，且医师在勾画靶区时存在主观性，使得食管癌边界的勾画存在一定难度。PET/CT在肿瘤诊断方面有很大优势，近年来成为肿瘤靶区勾画研究的热点[10]。PET/CT通过设置SUV阈值能够自动识别肿瘤靶区，克服了医师的主观因素。但PET/CT存在空间分辨率差的缺点，肿瘤运动对成像质量影响较大，同时，阈值选择的不确定性也会影响靶区勾画的准确度。本研究通过设置不同SUV阈值，力图找到最佳的SUV，食管癌的PET/CT和4DCT图像在空间上尽可能一致。

本研究结果显示，当SUV阈值取2.0和20% SUVmax时，4DCT和PET/CT图像空间匹配程度最高。这与Wang等[8]得到的研究结果一致。在比较IGTVPET2.0、IGTVPET20%与IGTV10在IGTV10体积、IGTV10长轴径、头脚方向位移及空间运动位移间的相关性时发现，IGTVPET2.0、IGTVPET20%与IGTV10的靶区中心偏移在头脚方向位移和空间运动位移上均呈正相关；体积比在IGTV10体积、IGTV10长轴径、头脚方向位移及空间运动位移间均无相关性；CI在IGTV10体积和IGTV10长轴径上呈正相关，在头脚方向位移及空间运动位移上呈负相关。因此，虽然SUV取2.0和20% SUVmax时4DCT和PET/CT的空间匹配程度高于其他阈值，但仍然不能使PET/CT代替4DCT，这主要表现在IGTVPET与IGTV10的CI在IGTV10体积、IGTV10长轴径、头脚方向位移及空间运动位移间均有相关性。

影响两靶区CI的因素主要是靶区体积、形状和位置偏移。观察上述结果，SUV取2.0和20% SUVmax时，IGTV10和IGTVPET靶区中心偏移量分别为1.78±1.19和1.95±1.05，且体积比接近于1，但CI仅为0.61±0.20和0.59±0.19。因此，本研究中影响CI的主要因素是靶区形状的改变。这可能是由于4DCT的主观因素和PET/CT空间分辨率低导致二者边界不一致。

此外，产生4DCT与PET/CT图像匹配差异的原因，还与患者在图像扫描时的呼吸幅度和频率不一致有关，因此患者在定位前应先接受必要的呼吸训练。最后，患者体内的18F-FDG水平不均匀也会导致差异产生，坏死病灶和炎症可能会干扰肿瘤的勾画[11]，仅凭借SUV值很难获得精确的病灶信息。

多影像联合勾画食管癌靶区可以弥补单一影像手段的不足。全时相4DCT虽能消除靶区运动的不确定性，包含靶区空间的运动信息，但其存在靶区被高估的可能，而EE时相下的GTV被认为较接近实际肿瘤大小[12]。因此，单纯采用全时相4DCT配准4DCT和PET/CT是不可靠的，如何消除配准图像之间的空间错位、提高边缘适形度还需要进一步研究。

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ApplicationofPET/CTcombinedwith4DCTinradiotherapyofesophagealcarcinoma*

HeHan,HuangRong,JiangJun

(DepartmentofChestandAbdomenRadiotherapy,FoshanMunicipalFirstPeople′sHospital,Foshan,Guangdong528000,China)

ObjectiveTo study the correlation of positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) under different standardized uptake value (SUV) thresholds and full time four-dimensional computed tomography (4DCT) in esophageal carcinoma target delineation and explore the optimum SUV value that can accurately reflect the spatial movement of the target.MethodsEighty-two patients with esophageal cancer initial treatment in this hospital were respectively performed the scanning localization by PET/CT and 4DCT on the same day.Then different SUV thresholds (≥2.0,2.5,3.0,3.5) and the percentage of maximum SUV value (≥20% SUVmax,30% SUVmax,40% SUVmax) were selected to delineate the internal gross target volume (IGTV)PET/CTin PET/CT,the ten phases of the 4DCT were collected to obtain the full time target IGTV10,the target center offset,volume ratio and conformity index (CI) were compared between the two images,the relatively good SUV value with the registration in 4DCT target was picked out,then the correlation between the target center offset,volume ratio and CI with the IGTV10volume,long axial diameter of IGTV10,displacement of head-to-foot direction and spatial motion was analyzed.ResultsWhen the SUV threshold was 2.0 or 20% SUVmax,the spatial matching degree of 4DCT and PET/CT images was better.The head-to-foot direction displacement and special motion displacement in the target center offset of IGTVPET2.0,IGTVPET20%and IGTV10showed the positive correlation (P<0.05);the volume ratio had no correlation with the IGTV10volume,IGTV10long axial diameter,head-to-foot direction displacement and special motion displacement (P>0.05);CI had positive correlation with IGTV10volume and IGTV10long axial diameter,while had negative correlation with the head-to-foot direction displacement and special motion displacement (P<0.05).ConclusionWhen SUV taking 2.0 or 20% SUVmax,the esophageal carcinoma target volume of PET/CT is similar to that of full time 4DCT,but there are still some deviations in the conformity index,therefore the PET/CT threshold value and 4DCT time phase selection should be further studied.

esophageal neoplasms；radiotherapy；target delineation；positron emission tomography；four-dimensional computed tomography

10.3969/j.issn.1671-8348.2017.35.020

广东省佛山市科技发展专项资金项目(2015AB00291)。

何瀚(1979-)，副主任医师，硕士，主要从事肿瘤放射治疗方面的研究。

R735.1

A

1671-8348(2017)35-4963-03

2017-06-22

2017-09-16)