4D-CT与MR-T2图像在肝癌精准放疗中的临床研究

李京 佟旭 马立威 罗福申 张拓 王大鹏 刘彦章 杨光润 宋雪

[摘要] 目的 探討四维计算机断层扫描（4D-CT）与T2加权像扫描（MR-T2）图像在肝癌精准放疗中的临床效果。方法 选择2020年1月至2021年3月就诊于齐齐哈尔医学院附属第三医院的48例肝癌患者，均接受4D-CT与MR-T2扫描，利用MIM软件实施图像配准，手动在所获图像上勾画肿瘤靶区（GTV），并通过形变配准技术将MR-T2图像中勾画的GTV形变至4D-CT各时相图像中。4D-CT各时相图像上GTV的形变配准前后分别融合为IGTV、IGTVDR，分别形变至4D-CT0时相图像上，外扩获得ITV、ITVDR，取PTV作内靶区，设计放疗计划实施治疗。比较形变配准前后IGTV体积、PTV体积、PTV剂量学与肝脏剂量学评价指标。 结果 形变配准后IGTV体积高于形变配准前[（421.05±82.57）cm3 vs.（383.94±62.65）cm3]，PTV体积低于形变配准前[（530.86±141.60）cm3 vs.（626.80±194.15）cm3]，差异有统计学意义（P<0.05）;形变配准前后PTV 剂量学评价指标比较，差异无统计学意义（P>0.05）;形变配准后平均剂量（Dmean）和肝脏V5、V10、V20、V30、V40受量较形变配准前低，差异有统计学意义（P<0.05）。结论 4D-CT与MR-T2图像相结合获得的IGTV可更准确反映肝癌靶区范围、运动轨迹，提高靶区勾画精确度，降低正常肝脏受照剂量。

[关键词] 肝癌;4D-CT;MR-T2;精准放疗

[中图分类号] R734.2          [文献标识码] B          [文章编号] 1673-9701（2022）04-0123-04

[Abstract] Objective To explore the clinical effect of four-dimensional computed tomography （4D-CT） and T2 weighted imaging（MR-T2） in accurate radiotherapy of liver cancer. Methods A total of 48 patients with liver cancer who visited the Third Affiliated Hospital of Qiqihar Medical University from January 2020 to March 2021 were scanned by 4D-CT and MR-T2. The MIM software was used for image registration， and the gross tumor volume （GTV） was manually sketched on the acquired images. The GTV sketched in MR-T2 images was transformed into 4D-CT images by deformable registration technology. GTV on 4D-CT images was fused into IGTV and IGTVDR before and after deformable registration， and deformed to 4D-CT0 images respectively. ITV and ITVDR were obtained by expansion. PTV was taken as the internal target area， and radiotherapy plan was designed to implement treatment. The IGTV volume， PTV volume， PTV dosimetry and liver dosimetry were compared before and after deformable registration. Results After deformable registration， the volume of IGTV was higher than that before deformable registration （[421.05±82.57] cm3 vs. [383.94±62.65] cm3 ）， and the volume of PTV was lower than that before deformable registration （[530.86±141.60] cm3 vs. [626.80±194.15] cm3）， with statistically significant differences （P<0.05）. There was no significant difference in PTV dosimetry evaluation indexes before and after deformable registration （P>0.05）. The mean dose （Dmean） and liver V5， V10， V20， V30 and V40 after deformable registration were lower than those before deformable registration， and the difference was statistically significant （P<0.05）. Conclusion IGTV obtained by combining 4D-CT and MR-T2 images can more accurately reflect the target area and motion trajectory of liver cancer， improve the accuracy of target area delineation and reduce the irradiation dose of normal liver.

[Key words] Liver cancer; 4D-CT; MR-T2; Accurate radiotherapy

放疗是治疗肝癌的重要手段，能够抑制病情，提高患者生存率，但随着呼吸，肝脏会产生较为明显的变形、位移，对准确定位靶区、准确评估受量造成不利影响[1-3]。四维计算机断层扫描（four-dimensional com-puted tomography，4D-CT）是一种新型放射治疗技术，其在常规扫描基础上加入时间，运用相应的仪器对靶区进行精准定位，明确剂量累加，准确评估患者真实受量，制订针对性的放射治疗计划[4-6]。T2加权像扫描（magnetic imaging T2-weighted，MR-T2）图像对病变组织特异度较高，其呈现的高信号成为鉴别诊断肝癌的主要依据[7]。本研究分析4D-CT与MR-T2图像在肝癌精准放疗中的临床效果，现报道如下。

1 资料与方法

1.1一般资料

选取2020年1月至2021年3月在齐齐哈尔医学院附属第三医院确诊为原发性肝癌患者48例，女18例，男30例;年龄36～62岁，平均（50.65±2.46）岁;病灶位置：肝左叶14例，肝右叶29例，肝尾叶5例。纳入标准：①经病理组织学检查确诊[8];②心肺功能良好;③Child-Pugh肝功能分级A或B级[9];④签署知情同意书;⑤接受放疗。排除标准：①重要脏器功能严重障碍者;②无法平稳呼吸者;③精神疾病者;④存在门脉癌栓塞、腹腔积液、肝脏远处转移者。本研究经医院医学伦理委员会批准[（齐）伦审[2021]53号]。

1.2 方法

用大孔径螺旋CT机进行4D-CT扫描，使患者处于仰卧状态，并安抚患者，使其控制平稳呼吸，以防止患者呼吸被機器运作过程中的某些因素所扰乱。并将双手举到头顶，保持这个姿势不动，头先进。在胸与腹腔之间的位置上方3～4 cm处，一直到右肾下极位置进行扫描，扫描层厚3 mm，管球电流300 mAs，管球电压120 kV。床尾部设有可采集荧光标记模块运动轨迹的红外摄像装置，并将荧光标记模块放于患者腹部，并使用规定程序软件将运动轨迹呈现为具体的呼吸曲线，然后输送到设备中，以此为依据开始实施扫描。用规定程序软件对呼吸的各个特定区间内的状态变化以图像形式呈现出来，并对其进行整理、按顺序排列。每个区间内的影像可通过一定的信息技术进行平均划分，获得序列图像10个，分别标记为CT0～CT90。用腹部相控阵列线圈、飞利浦Ahieva3.0T磁共振实施磁共振图像扫描，取仰卧位，头先进。确定好扫描范围，深吸一口气然后屏住呼吸，这期间实施MR-T2检查，扫描参数：①T2加权成像（T2-weighted imaging，T2WI）：回波时间（echo time，TE）96～104 ms，重复时间（repeattime，TR）3000～4000 ms，回波链长度16，层厚5 mm，矩阵320×256，视野（field of view，FOV）38 cm。②呼吸触发DWI：TE 73 ms，TR 4000 ms，矩阵160×120，FOV 38 cm，b值0和800 s/mm，像素3.7 mm×3.0 mm。这些扫描项目最好一天完成，4D-CT图像采集后约5 h再进行MRI图像采集。将获取的图像传送到Vesion 6.5.6（MIM）工作站，对这些图像进行匹配、叠加。先实施刚性配准，再进行自动形变配准，用Reg Refine、Reg Reveal保证评估图像形变配准质量，先明确小范围区域，然后进行人为配准，以优化配准成效。在平扫4D-CT、MR-T2图像各时相上自行标记出肿瘤靶区（gross tumor volume，GTV），经相应技术将MR-T2图像中标记的GTV形变转到4D-CT各区间内的图像中。4D-CT各区间内的图像上GTV的形变配准前后分别融合为大体内靶区（internal gross tumor volume，IGTV）、IGTVDR，分别形变至4D-CT0时相图像上，外扩1 cm、0.5 cm分别获得内靶区（internal target volume，ITV）、ITVDR，取计划靶区（planning target volume，PTV）作内靶区，制订详细的放疗计划实施治疗。同一个标记者在同一个窗位下完成所有肝脏、靶区、解剖标记的勾画。预先设计两个PTV，射野角度、数量与药方用量相同。4～7野照射，6 mV X射线，药方用量50 Gy，一共是25次，每次2 Gy。

1.3 观察指标

①比较形变配准前后IGTV体积、PTV体积;②比较形变配准前后各指数变化，包括D2、D50、D95、D98、均匀指数（heterogeneous index，HI）、适形指数（conformalindex，CI）等;③比较形变配准前后平均剂量（mean beam energy，Dmean）和肝脏V5、V10、V20、V30、V40等肝脏剂量学评价指标。

1.4 统计学方法

应用SPSS 21.0统计学软件分析数据，计量资料以均数±标准差（x±s）表示，组间比较采用t检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 形变配准前后IGTV体积、PTV体积比较

形变配准后IGTV体积高于形变配准前，PTV体积低于形变配准前，差异有统计学意义（P<0.05）。见表1。

2.2 形变配准前后PTV剂量学评价指标比较

形变配准前后PTV 剂量学评价指标比较，差异无统计学意义（P>0.05）。见表2。

2.3 形变配准前后肝脏剂量学评价指标比较

形变配准后肝脏各数据均低于形变配准前，差异有统计学意义（P<0.05）。见表3。

3 讨论

精确放疗的关键是在尽量控制正常组织受照剂量的同时增加肿瘤受照剂量，并以精确勾画肿瘤靶区为前提[10-12]。因肝脏解剖空间位置与隔膜靠近，其形态、位置受到呼吸运动的影响较大，即便使用3D-CT扫描也难以精确定位放疗靶区，易出现靶区“脱靶”，影响治疗效果。一般会增大CTV到PTV的外扩范围，将呼吸对放射治疗效果的影响消除，并避免发生靶区丢失情况，但增大外扩范围可致正常肝脏放射剂量增加且会影响靶区治疗剂量，并也无法有效避免靶区的漏照。

4D-CT可使用规定设备呈现出具体的呼吸曲线，并用规定程序软件对呼吸的各个特定区间内的状态变化以图像形式呈现出来，从而获取动态的不同时间内变化的CT图像，靶区同时能提供正常肝脏的位置、体积等信息[13]。医生可根据4D-CT图像对器官的整个运动范围与邻近组织运动信息作出直观的观察，制订针对性的放疗方案。但4D-CT要进行10个呼吸时相的扫描，扫描时间相对较长，不好把握强化时机，不能清晰显示病灶边界。MRI具有高特异度、敏感度，在病变检测、临床分期评估方面优于CT，能够提供准确、全面的多维信息，肝脏病变与周围器官显示更清晰[14-16]。本研究中，形变配准后IGTV体积较形变配准前高，PTV体积和肝脏V5、V10、V20、V30、V40、Dmean受量较形变配准前低，提示4D-CT与MR-T2图像相结合可提高靶区勾画精确度，降低正常肝脏受照剂量。MR-T2图像可在允许区分固定与非固体、分流体水平基础上，增强肝脏病变显示，常被应用于含脂肪、小的病变检测[17]。4D-CT在自由呼吸状态下扫描，MR-T2图像在深呼吸状态下扫描，两者扫描存在时间上差异，而肝脏形状差异明显，加上内脏器官存在的某些差异等，两者扫描获取的图像并不完全相同[18-19]。且肝脏肿瘤放疗过程中内脏器官会在不同时间心脏跳动、呼吸运动等变化下逐渐发生变化，对此需要运用图像配准技术进行评估。利用形变配准能够使两幅图像上具有诊断意义或所有解剖点均达到匹配，可准确显示肿瘤与周围软组织、器官的位置关系，提高对靶区与危及器官受照剂量的评估准确性，提高放射治疗安全性[20-21]。

综上所述，4D-CT与MR-T2图像相结合获得的IGTV可更准确反映肝癌靶区范围、运动轨迹，提高靶区勾画精确度，降低正常肝脏受照剂量。

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（收稿日期：2021-08-16）