4D-CT在胸腹部肿瘤放疗中的应用和局限性.doc

4D-CT在胸腹部肿瘤放疗中的应用和局限性丘敏敏1林承光2文碧秀11. 中山大学附属第一医院放射治疗科，广东广州5100802. 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木文就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(InternalTarget Volume, ITV) 的概念，并将其定义为由于呼吸运动导致的临床靶区(Clinical Target Volume, 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-dimensional computed tomography, 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放疗一般括4D图像采集、4D CTV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 步应用于肿瘤临床木文就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吋相变化的规律Wysocka B ［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1.8mmTai ［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人，分别为7.9mm、7.1mm、5.7mm和5.9 mm。

Yamashita H［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GwynneK］的研宄支持前面的结果同一器官的 不同部份位移也存在差异.Li F［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 示左沿方向与肿瘤运动存在相关性，分别为肝脏(p=0.015)、农标记(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， 发现肺部运动大吋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，且不冋器官位移范 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冇很强的相关性，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0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：l~5mm、赞髓：0~2mm， 设计计划吋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%，II靶区无漏照，肺 平均受照剂量下降17% Ju X[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 釈增加，H 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、720分别下降7.2%、5.5%、6.5 %和 5.7% (p< 0.05)o因此作者认为对于呼吸运动较小的肺癌患者，4D-CT可冇效 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吋相的扫描 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，同吋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吋应考虑的因素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[1] Wysocka B, Kassam Z, Lockwood G, et al. Interfraction and respiratory organ motion during conformal radiotherapy in gastric cancer [J]. Int J Radiat Oncol BiolPhys, 2010, 77(1): 53-9.[2] Tai A, Liang Z, Erickson B, et al. Management of respiration-induced motion with4-dimensional computed tomography (4DCT) for pancreas irradiation [J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2013, 86(5): 908-13.[3] Yamashita H, Okuma K, Takahashi W, et al. Four-dimensional measurement of thedisplacement of metal clips or postoperative surgical staples during 320-multislice computed tomography scanning of gastric cancer [J]. Radiat Oncol, 2012, 7(137.[4] Gwynne S, Wills L, Joseph G, et al. Respiratory movement of upper abdominalorgans and its effect on radiotherapy planning in pancreatic cancer [J]. Clin Oncol (RColl Radiol), 2009, 21(9): 713-9.[5] Li F X, Li J B, Zhang Y J, et al. Comparison of the planning target volume based onthree-dimensional CT and four-dimensional CT images of non-small-cell lung cancer[J]. Radiother Oncol, 2011, 99(2): 176-80.[6】张英杰，李建彬，邢军,etal.基于四维和三维CT的肝癌靶区与正常组织位移 分析[」].中华放射肿瘤学杂志,2012, 21(3):261-2.[7] Qi X S, White J, Rabinovitch R, et al. Respiratory organ motion and dosimetric impact on breast and nodal irradiation [J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2010, 78(2):609-17.[8] Weiss E, Wijesooriya K, Dill S V, et al. Tumor and normal tissue motion in thethorax during respiration: Analysis of volumetric and positional variations using 4DCT [J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2007, 67(1): 296-307.[9] Hof H, Rhein B, Haering P, et al. 4D-CT-based target volume definition instereotactic radiotherapy of lung tumours: comparison with a conventionaltechnique using individual margins [J]. Radiother Oncol, 2009, 93(3): 419-23.[10] Ju X, Li M, Zhou Z, et al. [4D-CT-based plan target volume (PTV) definitioncompared with conventional PTV definition using general margin in radiotherapy for lung cancer] [J]. Zhonghua Zhong L。