4D-CT在胸腹部肿瘤放疗中的应用和局限性

4D-CT在胸腹部肿瘤放疗中的应用和局限性

丘敏敏林承光文碧秀

丘敏敏1林承光2文碧秀1

1.中山大学附属第一医院放射治疗科，广东广州510080

2.中山大学肿瘤防治中心放射治疗科，广东广州510060

【摘要】四维计算机断层摄影(4D-CT）可获取含有呼吸运动信息和较少运动伪影的CT图像，有助于肿瘤靶区的准确勾画和放疗计划的精确设计，可有效提高胸腹部肿瘤放疗实施的精确性并降低周围正常组织的受照剂量，提高肿瘤的局部控制率，改善患者的长期生存质量。本文就4D-CT在胸腹部放疗中的应用现状做一综述。

【关键词】4D-CT；胸腹部肿瘤；呼吸运动；靶区勾画；精确放疗

器官运动是胸腹部肿瘤放疗中不可避免的问题。针对呼吸运动引起的胸腹部肿瘤的移位和形变，ICRU62号报告提出了内靶区（InternalTargetVolume,ITV）的概念，并将其定义为由于呼吸运动导致的临床靶区（ClinicalTargetVolume,CTV）体积和形状变化范围，用来补偿分次内CTV大小、形状和位置的变化。四维计算机断层摄影(Four-dimensionalcomputedtomography，4D-CT）是确定ITV最有效的方法。

4D-CT是在常规3D-CT图像采集的基础上，同步采集呼吸信号，将每个呼吸周期分为6-10个呼吸时相，使每层CT图像都与呼吸周期的某一相位（幅度）对应，然后按照相应相位（幅度）进行分组和重建，可得到呼吸周期内各个相位的3D图像序列。4D放疗一般包括4D图像采集、4DCTV勾画、4D计划设计、4D计划实施四个阶段，每个阶段都考虑呼吸运动的影响，已受到广泛重视并逐步应用于肿瘤临床。本文就4D-CT在胸腹部肿瘤放疗中的应用及其局限性做一综述。

1.4D-CT的应用

1.1.评估胸腹部靶区和器官的运动幅度

在胸腹部肿瘤的放疗中，呼吸运动会引起靶区及器官发生较大幅度的运动，严重影响治疗的准确性。定量研究器官和靶区运动，对提高靶区勾画、计划设计等的准确性均有很大意义。与3D-CT相比，4D-CT包含了运动信息，可反映靶区和周围正常组织随呼吸时相变化的规律。

WysockaB[1]利用4D-CT对腹腔内感兴趣的器官（双肾、胃、肝、胰腺）的整体运动情况进行分析，发现三维方向上运动位移不同，头脚方向（SI）、前后方向（AP）、左右方向（RL）分别为5.6mm、2.2mm和1.8mm。Tai[2]分析15例胰腺癌患者，分别观察肝、左肾、右肾和靶区的运动，发现每个结构都是在SI方向的位移比其他两个方向位移大，分别为7.9mm、7.1mm、5.7mm和5.9mm。YamashitaH[3]利用22粒金属标记物观察患者的食管壁运动与呼吸运动的关系，同样发现SI方向位移最大。Gwynne[4]的研究支持前面的结果。同一器官的不同部份位移也存在差异.LiF[5]发现中下肺的位移明显大于上肺，分别为7mm和2.8mm，且SI方向明显大于左右和前后方向。且个体间差异较大。

杨英杰[6]等研究肝脏肿瘤与正常组织三维方向位移的相关性。结果显示左右方向与肿瘤运动存在相关性，分别为肝脏(p=0.015)、右标记(p=0.020)，在前后轴方向相关性的为胆囊(p=0.037)，在头脚轴方向相关性的为右膈顶(p=0.001)、肝脏(p=0.006)、胆囊(p=0.16)。肝脏肿瘤在各向分别与肝脏、右膈肌顶、胆囊、右侧体表标记等的位移显著关联，而与肾脏、胰腺、脾脏、左膈肌顶、中标记住各轴向关联无显著性。Qi[7]分析了18名早期胸部肿瘤患者的4D-CT扫描结果，发现肺部运动大时周围器官的运动也相应较大。

以上研究表明，虽然胸腹部器官随呼吸运动的位置变化幅度不同，但其特征是相同的。不同器官随呼吸运动在头脚方向的位移最大，且不同器官位移范围不同，肺部、肝脏、胰腺的运动幅度最大，在放疗中需特别予以注意。而且运动位移均与呼吸运动有很强的相关性，可以利用4D技术获得患者胸腹部肿瘤的运动特征，实施个体化的靶区勾画及治疗。

1.2.4D-CT在胸腹部肿瘤中的应用

1.2.1.肺癌

肺癌是目前发病率和死亡率最高的肿瘤，治疗以多学科综合治疗为主，其中放疗占有非常重要的地位。但由于呼吸运动引起肿瘤靶区形状和位置的变化，影响了放疗实施的精确度，进而影响放疗疗效。呼吸运动不单引起肺部运动，还会造成周围组织器官不同程度运动。Weiss[8]等使用4D-CT分析了14例肺癌患者，得到各组织器官中心运动幅度，分别为心脏：2.4~7.9mm、肺：5.2~12.0mm、体表标记点：0.3~5.5mm、气管：2.9~10.0mm、食管：1~5mm、脊髓：0~2mm，设计计划时需要个体化地考虑周围组织器官的运动。Hof[9]等对14例肺癌患者进行常规CT和4D-CT扫描，对比了常规外扩形成的PTVconv和4D-CT确定的PTV4D，平均体积分别为57.7cm3和40.7cm3，PTV4D体积减少31％，且靶区无漏照，肺平均受照剂量下降17％。JuX[10]等对10例肺癌患者的PTVconv和PTV4D进行比较，其中8例患者PTV4D比PTVconv小，另2例患者呼吸幅度较大，其PTV体积增加，且PTVconv存在明显漏照。PTV中心位移为（7.8±7.2）mm，全肺接受≥5Gy、≥10Gy、≥15Gy、≥20Gy的照射体积(V5、V10、V15、V20)百分比都有所降低，V5、V10、V15、V20分别下降7.2%、5.5%、6.5%和5.7%（p<0.05）。因此作者认为对于呼吸运动较小的肺癌患者，4D-CT可有效减少靶区体积，提高靶区剂量，减少正常肺组织受量。

1.2.2.肝癌

胃的最大剂量和等效均匀剂量分别下降5.3%和9.7%，右肾的为11.2%和14.9%，左肾为11.4%和12.8%。十二指肠和胃的NTCP分别下降8.4%和17.2%，说明4D-CT可以在不遗漏靶区的情况下提高靶区剂量并显著降低正常组织剂量。

2.4D-CT局限性

4D-CT要求患者保持相对平稳的呼吸，采集过程中无规律的呼吸会造成明显的伪影，为了得到完整清晰的4D图像，要求各个层面整个呼吸时相的扫描数据，需要较长扫描时间，增加了保持平稳呼吸的难度。肺癌患者的心肺功能通常较差，不易保持平稳呼吸。呼吸训练是有必要的，同时也可以使定位和治疗过程中患者的呼吸运动更具重复性。

3.小结

4D-CT是肿瘤放射治疗中的一种新技术，尤其适用于胸腹部肿瘤，为胸腹部肿瘤靶区的勾画、治疗范围的确定以及器官运动的分析提供很好方法。应用4D-CT图像进行靶区勾画，可以更准确地确定靶区边界，减少外扩边界，从而降低正常组织受照量，保护正常组织器官。但4D-CT也存在一定局限性。由不规则呼吸引起的伪影，快速勾画靶区方法的选择、4D-CT造成的辐射剂量增大等都是在应用4D-CT时应考虑的因素。4D-CT在临床中仍未得到最充分有效的应用，许多改进方法仍在进一步探索中。

参考文献

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[2]TaiA,LiangZ,EricksonB,etal.Managementofrespiration-inducedmotionwith4-dimensionalcomputedtomography(4DCT)forpancreasirradiation[J].IntJRadiatOncolBiolPhys,2013,86(5):908-13.

[3]YamashitaH,OkumaK,TakahashiW,etal.Four-dimensionalmeasurementofthedisplacementofmetalclipsorpostoperativesurgicalstaplesduring320-multislicecomputedtomographyscanningofgastriccancer[J].RadiatOncol,2012,7(137.

[4]GwynneS,WillsL,JosephG,etal.Respiratorymovementofupperabdominalorgansanditseffectonradiotherapyplanninginpancreaticcancer[J].ClinOncol(RCollRadiol),2009,21(9):713-9.

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