放射治疗CT机自身坐标系统测量内靶区在肺中下部肿瘤中的应用
2019-10-23刘青峰谢克北王亿龙
高 路 刘青峰 谢克北 王亿龙 李 光*
肺部肿瘤放射治疗靶区受患者呼吸运动的影响较大，且因患者个人差异及病灶部位的差异，其靶区运动范围亦有不同，应从个体化的角度准确评估内靶区的范围[1-2]。因此，采取个体化外扩可减少不必要的照射范围，减少正常组织的受量。
随着近年来放射治疗技术的不断进步，已有诸多学者报道内靶区确定的各种方法[3-5]。尽管采用模拟定位机可实现个体化确定内靶区，然而相比X射线计算机断层扫描(X-ray computed tomography，CT)，其图像分辨率较低，故此外扩数据误差较大。而四维CT扫描靶区可个体化测量内靶区，其可靠、直观，但其设备昂贵而在临床应用受到一定限制。为此，本研究采用回顾性分析的方法，分析普通放射治疗CT机自身坐标系统测量内靶区在肺中下部肿瘤中的应用，旨在实现精准的放射治疗。
1 资料与方法
1.1 一般资料
回顾性分析2017年8月至2018年7月期间中国医科大学附属第一医院收治的42例肺中下部实体肿瘤患者的临床资料，其中男性2例，女性15例；年龄45～64岁。42例患者中左肺24例，右肺18例，下肺29例，中肺13例。本研究经医院伦理委员会批准，所有患者均自愿接受放射治疗且签署知情同意书。
1.2 纳入与排除标准
(1)纳入标准：①所有病例均符合肺癌诊断标准；②患者均无造影剂过敏史。
(2)排除标准：①肿瘤远处转移者；②患有严重心脏疾病及脏器功能障碍者；③曾经接受放化疗治疗患者；④伴有其他恶性肿瘤者。
1.3 仪器设备
采用LightSpeed Plus 4型CT机(美国GE公司)。
1.4 扫描方法
通过体部热塑模固定患者体位，指导患者在呼气末及吸气末憋气，呼吸时作收缩运动，吸气时作扩张运动，行CT扫描，分别采集自由呼吸、吸气末及呼气末憋气CT扫描图像，扫描条件为管电压120 kV，管电流200 mA，层厚2.5 mm。制作放射治疗计划的基础图像为自由呼吸扫描所获得的CT图像，采集自由呼吸、吸气末及呼气末憋气CT扫描图像上最大肿瘤层面的图像，分别记为T自由呼吸、T吸气末及T呼气末，最后通过最大肿瘤层面图像的肿瘤位置信息对内靶区范围进行评估。
根据CT图像上的坐标系统测量：①假设实体肿瘤随肺运动在呼气时主要向头(Y+)方向运动，吸气时主要向足(Y-)方向运动；②假设实体肿瘤随肺运动在呼气时主要向右(X-)方向运动，在吸气时主要向左(X+)方向运动；③假设实体肿瘤随肺运动在呼气时主要向前(Z+)方向运动，在吸气时主要向后(Z-)方向运动。根据上述现象，对左右(X)方向、头足(Y)方向及升降床(Z)方向的外扩距离分别进行测量，并根据CT图像层面信息对Y方向的外放范围进行评估，做好相关记录。其中，内靶区在Y+方向外扩距离=Y呼气-Y自由呼吸，内靶区在Y-方向外扩距离=Y吸气-Y自由呼吸；内靶区在X+方向外扩距离=X吸气-X自由呼吸，内靶区在X-方向外扩距离=X呼气-X自由呼吸；内靶区在Z+方向外扩距离=Z呼气-Z自由呼吸，内靶区在Z-方向外扩距离=Z吸气-Z自由呼吸。
1.5 统计学方法
采用SPSS23.0版统计学软件对数据进行分析，计量资料用均值±标准差表示，并采用t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 图像各方向距离值比较
肺中下部肿瘤最大层面CT图像各方向距离值比较，Y方向与X方向以及Z方向平均距离值的比较，差异有统计学意义(t=1.351，t=1.066；P＜0.05)，而同一坐标不同方向的距离值比较，并无明显差异，见表1。
表1 肺中下部肿瘤最大层面CT图像各方向距离值比较(mm，±s)
表1 肺中下部肿瘤最大层面CT图像各方向距离值比较(mm，±s)
注：表中*为与头足同一方向比较，P＜0.05
2.2 不同呼吸状态时最大肿瘤层面的CT图像
采集呼吸末憋气时、吸气末憋气时及自由呼吸时肿瘤最大层面CT图像，见图1。
图1 肺中下部肿瘤患者最大层面CT图像
3 讨论
目前，主要有三种确定内靶区的方法：①通过四维CT扫描一组完整的呼吸运动图像，融合该组图像后，可直观了解临床靶区的运动轨迹及范围，虽该方法可直接观察，结果可靠，可作为个体化明确内靶区的可靠方法，但可能存在放大临床靶区的情况，且其扫描时间长，设备昂贵而在我国基层医院的应用率较低[6-7]；②通过模拟机直观了解肿瘤运动范围，虽该方法可对肿瘤进行直接观察，但对临床靶区的辨识度较低，使得测量误差较大[8]；③分别采集吸气及呼气图像，传输到计划系统并对临床靶区进行勾画，随后融合吸气及呼气图像，通过比较两种图像临床靶区中心点位置差别以明确内靶区所需的外扩范围，但该方法操作繁琐，所花时间较长[9-10]。
在内靶区的数据报道中，临床靶区外扩数据是采用左右、上下及升降床方向的三组数据形式进行表示，在临床应用中可认为是在左右、上下及升降床同扩这一数据[11]。若采用自由呼吸状态下CT扫描图像为制作计划的CT图像，因未能明确扫描过程中患者的具体呼吸相位，则从理论角度显示，同扩的方法可能会造成临床靶区运动在吸气末或呼气末等某一极端位置时的外扩内靶区范围过多或过少，而使得临床靶区的漏照或造成正常组织的不必要损伤[12-13]。本研究结果显示，X+、X-方向的平均距离值分别为(0.70±0.22)mm和(0.72±0.23)mm，Y+、Y-方向的平均距离值分别为(4.20±1.32)mm和(4.34±1.30)mm，Z+、Z-方向升降床的平均距离值分别为(1.20±0.35)mm和(1.34±0.42)mm。头足方向与左右、升降床方向平均距离值的比较存在显著性差异，而同一坐标不同方向的距离值比较无明显差异，其结果表明，相比左右、升降床方向，头足方向上的移动距离最大，与国内研究报道相符[14]。需要指出的是，在左右及升降床方向的运动过程中，因肿瘤位置不同，可能随肺呼吸运动的方向与本研究假设方向不同；并且，因左右及升降床方向运动幅度较头足方向明显缩小，CT扫描层厚均为2.5 mm及测量过程中可能存在误差而对最终的测量结果造成一定影响。因此，可采用同扩的方法对左右及升降床方向进行分析，而外扩的方法适用于头足方向的测量，特别是处于肺下部接近膈肌的肿瘤，且内靶区同扩方法的危害性应引起临床重视。
此外，放射治疗CT机自身坐标系统测量内靶区的方法存在选择性，需要指导患者进行呼吸运动，对未达到呼吸训练要求，无法测量CT扫描所获三组图像内靶区的患者应予以排除。Yoganathan等研究[15]认为，在自由呼吸状态下，并非在同一时间下采集同一序列扫描过程中每一层面的CT图像，因此通过该序列多层的图像信息对靶区进行勾画，可能与实际靶区位置存在偏差。基于此，本研究仅比较肿瘤最大层面的CT图像以避免这一偏差，但因肿瘤及容积效应在自由呼吸时进行CT扫描，而重复扫描可能使不同扫描序列所获的肿瘤最大层面并非实际肿瘤的同一位置断层面；而这可反映Y方向(Y+、Y-)上的位置差别[16]。因容积效应的存在，CT机不同扫描序列中所获肿瘤最大层面应涵盖肿瘤实际最大断层面信息，因此这一位置差别应较一个层厚缩小。而有关扫描层厚的选择对测量数据精度的具体影响仍需今后进一步探讨。
放射治疗CT机自身坐标系统测量内靶区在肺中下部肿瘤中具有良好的应用价值，该测量方法简单方便、可靠，且对设备要求较低，便于临床应用。
