陳惠琴,王 玉,柏朋剛,吳君心(通訊作者),張秀春,李奇欣,李江山,戴藝濤
(1福建醫(yī)科大學(xué)省立臨床醫(yī)學(xué)院,福州350014,2福建省腫瘤醫(yī)院轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室福建省福建醫(yī)科大學(xué)教學(xué)醫(yī)院福建省腫瘤醫(yī)院 放療科,福州350014; 3福建醫(yī)科大學(xué)附屬第三醫(yī)院 放療科,福州350000)
3DCT與CBCT確定周圍型孤立肺癌腫瘤內(nèi)靶體積的差異性研究
陳惠琴1,王 玉2,柏朋剛2,吳君心2(通訊作者),張秀春2,李奇欣2,李江山3,戴藝濤2
(1福建醫(yī)科大學(xué)省立臨床醫(yī)學(xué)院,福州350014,2福建省腫瘤醫(yī)院轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室福建省福建醫(yī)科大學(xué)教學(xué)醫(yī)院福建省腫瘤醫(yī)院 放療科,福州350014; 3福建醫(yī)科大學(xué)附屬第三醫(yī)院 放療科,福州350000)
目的:對(duì)比基于常規(guī)三維CT(3DCT)和kV級(jí)錐形束CT(CBCT)定義的周圍型孤立性肺癌的內(nèi)靶體積(ITV3DCT和ITVCBCT)大小、相似度的差異性研究。方法:納入12例周圍型孤立肺腺癌,治療前行常規(guī)3DCT定位掃描勾畫形成大體腫瘤靶區(qū)(GTV),定義GTV前后、左右、頭足向分別均勻外擴(kuò)5mm、5mm、10mm形成內(nèi)靶體積ITV3DCT。放療第一天行CBCT掃描并直接勾畫獲取ITVCBCT,對(duì)比ITV3DCT和ITVCBCT大小,配對(duì)t檢驗(yàn)對(duì)比ITV3DCT和ITVCBCT的差異性。同時(shí)將CT及CBCT圖像融合配準(zhǔn)調(diào)整并進(jìn)行不同掃描坐標(biāo)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換,使得兩幅圖像在同一坐標(biāo)系上,用DICE相似法(DSC)計(jì)算出重疊度。結(jié)果:ITV3DCT較ITVCBCT明顯偏大,體積平均增加35.4cm3(范圍9.0~92.8cm3),且P=0.000,差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。平均體積相似度僅為0.49(范圍0.26~0.67)。結(jié)論:常規(guī)3DCT不能用于確定運(yùn)動(dòng)腫瘤內(nèi)靶體積,臨床實(shí)踐中可以參考CBCT來(lái)確定腫瘤運(yùn)動(dòng)的大小和空間位置,以獲得更好的治療效果。
肺癌;3DCT;CBCT;內(nèi)靶體積;DICE參數(shù)
放射治療技術(shù)發(fā)展日新月異,圖像引導(dǎo)放射治療(Image Guided Radiation Therapy,IGRT)等新技術(shù)層出不窮,提高治療增益比仍是精確放療共同的宗旨。國(guó)際輻射單位和測(cè)量委員會(huì)(International Commission on Radiation Units and Measurements,ICRU)第83號(hào)報(bào)告[1]定義并細(xì)化了腫瘤靶區(qū)安全邊界:內(nèi)邊界(IM)和擺位誤差邊界(SM),其中IM指正常器官生理運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的臨床靶區(qū)(clinical target volume,CTV)在三維空間上的變化,從而提出內(nèi)靶體積的概念(Internal Target Volume,ITV)。不同患者、不同病灶部位因呼吸及心臟搏動(dòng)影響決定著腫瘤ITV設(shè)置必須體現(xiàn)個(gè)體化。四維CT(four-dimensional,4DCT)確定ITV是目前公認(rèn)較準(zhǔn)確的方法[2],但考慮硬件設(shè)備及操作過(guò)程的復(fù)雜程度等,基于三維CT(3DCT)勾畫腫瘤靶體積,采用群體化的邊界擴(kuò)放來(lái)補(bǔ)償呼吸運(yùn)動(dòng)是目前臨床上常用的方法[3]。但由于3DCT掃描時(shí)間短,獲取的瞬間圖像并不能真實(shí)反映腫瘤體積大小,可能導(dǎo)致正常組織接受不必要的照射或者漏照?;?DCT常規(guī)擴(kuò)邊獲取內(nèi)靶體積的真實(shí)性需要進(jìn)一步探究。加速器機(jī)載的 kV級(jí)錐形束 CT(Cone Beam CT,CBCT)由于掃描時(shí)間長(zhǎng),重建圖像包含著腫瘤運(yùn)動(dòng)信息可以構(gòu)建個(gè)體化的在線ITV[3,4,5],在指導(dǎo)腫瘤靶區(qū)勾畫、擴(kuò)邊等運(yùn)用的重要性日益凸顯。本研究利用常規(guī)3DCT和CBCT獲取運(yùn)動(dòng)腫瘤的內(nèi)靶體積ITV3DCT和ITVCBCT,探討其體積大小差異以及靶區(qū)重疊情況。
1.1 臨床資料:納入12例經(jīng)病理確診的周圍型孤立肺腺癌,KPS評(píng)分均≥70分,平均年齡65歲(范圍60~78歲),其中男性8例,女性4例,所有患者仰臥位自由呼吸狀態(tài)下均能安靜呼吸,并能配合完成掃描過(guò)程。
1.2 設(shè)備、軟件參數(shù)設(shè)置:飛利浦大孔徑16排CT模擬機(jī)(PHILIPS Brilliance Big Bore CT)、醫(yī)科達(dá)Assess加速器機(jī)載千伏級(jí)錐形束 CT(kVCBCT)。常規(guī)3DCT掃描參數(shù):120kV,旋轉(zhuǎn)時(shí)間1.0s,螺距1.06,3mm/層重建。CBCT掃描參數(shù): 120kV,Chest M20模式,射野準(zhǔn)直器M20,濾過(guò)器F1,旋轉(zhuǎn)掃面角度:-180°~+180°,掃描時(shí)間2 min,3mm/層重建。
一體化控制裝置在中小型灌排泵站中的應(yīng)用………………………………… 史湘琨,宋成法,李端明(12.40)
1.3 圖像獲取及靶區(qū)勾畫:每位患者均在自由呼吸狀態(tài)下常規(guī)行3DCT掃描,掃描層厚5mm,3mm/層重建 CT圖像并傳至 Pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)(SmartEn9.2),由固定一名放療科醫(yī)師在肺窗下(窗寬1600HU窗位 -600 HU)勾畫大體腫瘤GTV,擴(kuò)邊補(bǔ)償呼吸運(yùn)動(dòng)形成類內(nèi)靶體積ITV3DCT,具體擴(kuò)邊方法:GTV前后、左右、頭足向分別擴(kuò)5mm、5mm、10mm。獲取每位患者放療第一次的CBCT圖像,3mm/層重建CBCT圖像并傳至Pinnacle計(jì)劃系統(tǒng),在固定的條件下(窗寬400HU窗位40 HU)進(jìn)行勾畫。由于CBCT圖像包含靶區(qū)信息,故可直接勾畫形成ITVCBCT。勾畫由固定一名專業(yè)放療科醫(yī)師進(jìn)行靶區(qū)勾畫,并由兩名副主任級(jí)別以上放療科醫(yī)師進(jìn)行審閱修改。(注:由于亞臨床病灶CTV在影像學(xué)(CT/CBCT)上均無(wú)法肉眼勾畫,本研究中GTV、ITV的勾畫均緊貼腫瘤邊緣,不包括腫瘤邊緣毛刺,未再擴(kuò)邊形成CTV)。
1.4 3DCT、CBCT圖像融合及坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化:將CBCT重建圖像導(dǎo)入CT計(jì)劃中,利用系統(tǒng)自帶的“交互信息法”進(jìn)行 CBCT與 CT圖像配準(zhǔn),將ITVCBCT信息映射到CT圖像上,導(dǎo)出單獨(dú)的ITVCBCT空間數(shù)據(jù)。打開(kāi)CT計(jì)劃系統(tǒng),再將導(dǎo)出的空間數(shù)據(jù)導(dǎo)入至CT圖像中,這樣ITVCBCT及ITV3DCT均同時(shí)出現(xiàn)在3DCT圖像上,進(jìn)行坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化,方便后續(xù)分析。該操作由一名經(jīng)驗(yàn)豐富的物理師、放療科主任醫(yī)師共同進(jìn)行。
1.6 統(tǒng)計(jì)分析:采用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件,計(jì)數(shù)資料采用平均數(shù)、最大值、最小值表示,運(yùn)用配對(duì)t檢驗(yàn)對(duì)比ITVCBCT與ITV3DCT的差異性。
小組討論的問(wèn)題主要是針對(duì)課文的重點(diǎn)和難點(diǎn),討論的時(shí)機(jī)必須是學(xué)生對(duì)課文的感知已經(jīng)達(dá)到一定程度,獨(dú)立思考又不得其解之時(shí)。
2.2 DICE參數(shù):12例患者腫瘤內(nèi)靶體積的DICE參數(shù)具體數(shù)值見(jiàn)表1,圖1。研究結(jié)果顯示:3DCT確定的腫瘤類內(nèi)靶體積 ITV3DCT較 CBCT確定的ITVCBCT,相似度小,平均DICE=0.49327,穩(wěn)定性不高,最大相似度僅為0.67042,最小相似度低至0.26205。
(1)實(shí)驗(yàn)選取停食48 h的健康有活力的斑點(diǎn)叉尾鮰,通過(guò)優(yōu)化二氧化碳休眠條件,得出最佳的麻醉液溫度、濃度和?;顪囟?。(2)在最佳的條件下進(jìn)行休眠和?;铛t魚,探索出不同?;顣r(shí)間(5、7、9、11和13 h)的存活率以及?;顣r(shí)間對(duì)鮰魚血液生化指標(biāo)和肌肉品質(zhì)的影響,并分別測(cè)定麻醉前(設(shè)為對(duì)照組)、?;钜约皬?fù)蘇后(置于清水中24 h)各生化指標(biāo)的變化,設(shè)定3個(gè)平行組,每個(gè)平行10尾魚。
2.1 ITVCBCT與ITV3DCT體積差異:12例患者3DCT掃描獲取的GTV、ITV3DCT與CBCT獲取的ITVCBCT對(duì)應(yīng)的體積(VGTV、VITV3DCT、VITVCBCT)具體數(shù)值見(jiàn)表1,△V1為VITV3DCT-VITVCBCT,結(jié)果顯示3DCT確定的內(nèi)靶體積較CBCT確定的內(nèi)靶體積平均增加35.4cm3,最大差異達(dá)92.8 cm3,最小差異達(dá)9.0 cm3?!鱒2為VITVCBCT-VGTV,對(duì)比ITVCBCT與ITV3DCT的體積時(shí)采用配對(duì)t檢驗(yàn),t=4.866,v =11,P=0.000,差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
表1 12例周圍型肺癌3DCT與CBCT相應(yīng)靶區(qū)大小的比較
1.5 數(shù)據(jù)的獲取:ITVCBCT及ITV3DCT可由Pinnacle SmartEn9.2直接讀出,計(jì)算 DICE相似度方法(Dice’s similarity coefficient,DSC)采用自編Pinnacle腳本自動(dòng)獲取 DICE重疊參數(shù)(DICE=2(VITV3DCT∩VITVCBCT) /(VITV3DCT+VITVCBCT))。當(dāng)DICE=0時(shí),提示ITVCBCT與ITV3DCT體積完全沒(méi)有重合,當(dāng)DICE=1時(shí),提示ITVCBCT與ITV3DCT完全重合,重疊度好。
圖1 12例周圍型肺癌患者ITVCBCT與ITV3DCT相似度比較(DICE參數(shù))
加速器機(jī)載的kV級(jí)CBCT其因輻射劑量少的優(yōu)勢(shì)而廣泛運(yùn)用于放射治療前校正擺位誤差以指導(dǎo)精確放療。隨著IGRT技術(shù)的發(fā)展,蘊(yùn)含運(yùn)動(dòng)信息的CBCT僅用于指導(dǎo)擺位誤差已難以滿足精確放療的需求,國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)已開(kāi)始關(guān)注其包含的運(yùn)動(dòng)信息[3,6]。CBCT采用旋轉(zhuǎn)式掃描,掃描一周時(shí)間60~120s,已包含了20~40個(gè)的呼吸周期,故其圖像中包含了四維因素。Wang等[4]對(duì)比了CBCT與4DCT所確定的ITV,發(fā)現(xiàn)其體積相差<8%,提示CBCT可以用于指導(dǎo)個(gè)體化內(nèi)靶體積的勾畫。而常規(guī)定位的3DCT,由于掃描時(shí)間短,獲取的僅為瞬間圖像,并本身已不能真實(shí)反映腫瘤體積大小,臨床上基于3DCT群體化的擴(kuò)邊確定的ITV,勢(shì)必導(dǎo)致腫瘤的“漏照”或者正常組織接受不必要的照射,其真實(shí)性及可靠性需要進(jìn)一步探究。
本研究利用CBCT確定12例周圍型孤立肺癌的內(nèi)靶體積ITVCBCT,對(duì)比基于3DCT掃描群體化擴(kuò)邊確定的類靶體積ITV3DCT,結(jié)果顯示二者體積存在明顯差異,且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.000),群體化擴(kuò)邊形成的ITV3DCT明顯大于ITVCBCT(平均增加35.4cm3,范圍9.0~92.8cm3)。李奉祥等[3]也利用CBCT驗(yàn)證了基于常規(guī)3DCT均勻外擴(kuò)定義的ITV的準(zhǔn)確性,結(jié)果顯示CTV基礎(chǔ)上無(wú)論外擴(kuò)5mm或 10mm所確定的內(nèi)靶體積均明顯大于ITVCBCT。本研究結(jié)果提示基于常規(guī)3DCT確定的照射靶區(qū)過(guò)大,正常組織存在不必要的“多照”,勢(shì)必增加更多的放療副反應(yīng)。李青松等[7]分析了15例周圍型肺癌,分別利用 CBCT和3DCT確定PTVCBCT、PTVCT行放療計(jì)劃設(shè)計(jì),研究結(jié)果顯示CBCT組較3DCT組全肺V20平均減小2.59%,脊髓最大受量平均減小1151.7cGy,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。
DICE相似度方法(DSC)已廣泛使用于形變圖像的分割與配準(zhǔn)評(píng)估中[3,7,8,9]。李奉祥等[5]利用DSC對(duì)比了3DCT、CBCT、4DCT確定的肺癌ITV,研究發(fā)現(xiàn),ITV4DCT與ITVCBCT重疊度較好,中位相似度達(dá)0.83,當(dāng)對(duì)比ITVCBCT與ITV3DCT時(shí),相似度波動(dòng)在0.46~0.79之間,中位相似度僅為0.6(P<0.05)。本研究亦采用了 DSC方法比較ITVCBCT與ITV3DCT,研究結(jié)果與上述文獻(xiàn)一致(平均DICE參數(shù)為0.49,最大相似度僅為0.67,最小相似度低至0.26),二者的相似重疊度低,且穩(wěn)定性不高,提示必然存在對(duì)正常組織的“多照”以及對(duì)腫瘤組織的“漏照”,但如何利用CBCT具體指導(dǎo)3DCT對(duì)于運(yùn)動(dòng)靶區(qū)的勾畫,需要進(jìn)一步研究。
因早期糖尿病足的病因病機(jī)為瘀血阻滯經(jīng)絡(luò),不通則痛,故治療原則為活血化瘀,通絡(luò)止痛。糖尿病的病變臟腑主要在肺、脾、腎,中醫(yī)藏象學(xué)說(shuō)認(rèn)為在局部用藥,通過(guò)人體的皮膚腠理吸收而到達(dá)臟腑以改善臟腑功能,達(dá)到治療的目的。中藥足浴方中的艾葉、桂枝具有散寒止痛,紅花、川芎、雞血藤具有活血化瘀、通絡(luò)止痛的作用,中藥足浴時(shí),有效中藥成分在熱水的熱力幫助下,滲透進(jìn)皮膚,被足部毛細(xì)血管吸收,進(jìn)入人體血液循環(huán)系統(tǒng),使機(jī)體氣血運(yùn)行通暢。
綜上,對(duì)于基于3DCT獲取瞬間圖像來(lái)確定ITV的方法因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)偽影、部分容積效應(yīng)等因素引起重建圖像的嚴(yán)重失真,并不推薦應(yīng)用于臨床靶區(qū)勾畫指導(dǎo)精確放射治療。利用 CBCT具體指導(dǎo)3DCT對(duì)于孤立運(yùn)動(dòng)靶區(qū)的勾畫,有很好的參考價(jià)值,可以大幅度的提高治療的準(zhǔn)確性。雖然由于圖像質(zhì)量原因還是有些誤差。其勾畫的ITV可能還是有低估了真實(shí)ITV的大小[10,11],但是已經(jīng)比較接近真正的ITV,而對(duì)于如何進(jìn)一步提高準(zhǔn)確性還需要更進(jìn)一步的研究。
[1]Hodapp N.The ICRU Report 83:prescribing,recording and reporting photon-beam intensity-modulated radiation therapy(IMRT) [J].Strahlenther Onkol,2012,188(1):97-99.
[2]李奉祥,李建彬,張英杰等.四維影像在腫瘤放射治療中的應(yīng)用 [J].中華腫瘤雜志,2011,33(10): 721-725.
[3]李奉祥,李建彬,馬志芳等.基于3D-CT、4D-CT和錐形束CT定義的非小細(xì)胞肺癌內(nèi)靶區(qū)比較[J].中華放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)雜志,2014,34(2):110-115.
[4]Wang Z,Cone-beam CT location of internal target volume for stereotactic body radiotherapy of lung lesions.Int J Radiat Oncol Biol Phys,2007,69(5):1618-1624.
[5]Whitfield G,Jain P,Green M,Watkins G,Henry A,Stratford J,et al.Quantifying motion for pancreatic radiotherapy margin calculation.Radiotherapy and Oncology.2012;103:360-366.
[6]Liu HW,Khan R,D'Ambrosi R et al.The influence of target and patient characteristics on the volume obtained from cone beam CT in lung stereotactic body radiation therapy[J] .RadiotherOncol,2013,106 (3):312 -316.
[7]李青松,CBCT在非小細(xì)胞肺癌精確放療中的應(yīng)用分析[J],現(xiàn)代診斷與治療,2013,24(9):2110 -2111.
[8]Bharatha A,Hirose M,Hata N,et al.Evaluation of three -dimensional finite element-based deformable registration of pre- and intraoperative prostate imaging.Med Phys,2001,28:2551-2560.
[9]陳欽榕,柏朋剛,林興福等.鼻咽癌調(diào)強(qiáng)放射治療前后患者體重與腮腺變化相關(guān)性研究[J],醫(yī)療裝備,2014,27(9):39-41.
[10]Vergalasova I,Maurer J,Yin F-F.Potential underestimation of the internal target volume(ITV)from freebreathing CBCT.Medical Physics 2011;38:4689.
[11]Cai J,McLawhorn R,Read PW et al.Effects of breathing variation on gating window internal target volume in respiratory gated radiation therapy[J] .Med Phys,2010,37(8):3927-34
R734.2
A
1002-2376(2015)02-0001-03
國(guó)家臨床重點(diǎn)??平ㄔO(shè)項(xiàng)目,福建省臨床重點(diǎn)??平ㄔO(shè)項(xiàng)目
2014-11-09