ct在非小細胞肺癌三維適形放療靶區(qū)勾畫中的影響因素

1、ct在非小細胞肺癌三維適形放療靶區(qū)勾畫中的影響因素     【關鍵詞】 癌,非小細胞肺,腫瘤1 靶區(qū)的定義靶區(qū)是指放射治療將要照射的部位,它的確定是放射治療的第一步,也是最重要的一步。國際輻射單位和測定委員會(icru)50號報告對3d2crt靶區(qū)作了如下規(guī)定:大體腫瘤體積(gtv):是指臨床檢查和影像學資料顯示的臨床腫瘤灶;臨床靶體積(ctv):在gtv基礎上擴大一定區(qū)域,包括gtv周邊的亞臨床病灶以及預計可能出現(xiàn)亞臨床播散的區(qū)域;計劃靶體積(ptv):在ctv基礎上再擴大一定范圍,以適應放射治療過程中各種系統(tǒng)誤差和隨機誤差。icru262報

2、告作為對50號報告的補充,對其中的一些定義和概念進行了修正,將ptv中體內器官生理運動和治療重復性誤差區(qū)分開來,分別定義了體內邊界(im)和擺位誤差邊界(sm)等概念。內靶體積(itv):在ctv外加一個im,以包括正常器官運動而導致的ctv在三維空間上的變異;sm:itv外面再擴大一定的邊界,用于補償每次放療擺位重復性誤差和治療設備誤差等不確定因素。2 窗寬、窗位對勾畫靶區(qū)的影響為在熒光屏或膠片上更清晰地顯示感興趣的組織或器官的結構,ct機采用了窗寬、窗位技術。窗寬是指ct圖像上所包含的ct值范圍，在此ct值范圍內的組織結構按其密度高低從白到黑分為16個灰階供觀察對比。窗位或稱窗中心指窗寬上

3、下限的平均數(shù)。為了提高組織結構細節(jié)的顯示，使ct值差別小的兩種組織能分辨，可將窗寬與窗位進行調整。不同窗位、窗寬時,熒光屏上顯示的器官或腫瘤大小不同,勾畫出的gtv就有所差別,肺腫瘤尤為明顯。為了精確描繪靶區(qū)或正常組織,要把窗寬、窗位定在恰當?shù)奈恢蒙?harris等4的研究表明,軟組織窗(窗寬400 hu,窗位+20 hu)適宜顯示縱隔結構。肺窗條件(窗寬850 hu,窗位-750 hu)顯示肺內結節(jié)較為精確。rosenman5對肺癌的研究證實,在窗位-750 hu,窗寬850 hu的條件下,ct圖像上的肺腫瘤大小與實際腫瘤的大小最接近。夏士安等6報道，目前一般建議肺窗窗位為-750 hu、窗

4、寬為1 000 hu左右,縱隔的窗位為40 hu,窗寬為90 hu。如果窗位過高或窗寬過小,容易把腫瘤周圍正常肺組織當作腫瘤組織,使肺損傷加重,引起放射性肺炎等嚴重并發(fā)癥。窗位過低或窗寬過大,則不太容易顯示肺組織中的腫瘤組織,從而使勾畫的腫瘤有可能比實際腫瘤小,引起放療后未控或復發(fā),降低生存率。總之，肺內病變在肺窗中勾畫，縱隔病變在縱隔窗中勾畫，但各種不同類別型號的ct機,最適窗寬窗位并不相同,需在實踐中不斷摸索。3 掃描層厚對勾畫靶區(qū)的影響ct掃描攝影時,每個斷層面均具有一定的厚度,在同一厚層內,如果被掃描物體的密度不同,呈斜面或弧度,則局部密度與實際的ct值會產(chǎn)生誤差,使影像上物體與實際的

5、物體產(chǎn)生變形或密度的改變,此效應稱為部分容積效應。此在影像學診斷上容易導致誤診,而在放射治療上容易導致腫瘤靶區(qū)gtv改變。但是在日常的ct模擬定位中,我們采用的掃描層厚常為5 mm或10 mm,這是因為常規(guī)模擬掃描的范圍較大,如果掃描層厚過薄,則造成掃描層數(shù)過多、掃描時間過長和機器過熱，這就需要停機冷卻,這樣病人在長時間的模擬定位中可因呼吸運動或不自主的運動使影像檢查誤差增大。姚原等7報道,被測物體在不同層厚掃描的ct影像上得到的前后徑和左右徑的數(shù)值與實際測量數(shù)值的誤差很小(小于0.5 mm),與體外測量的結果基本一致。而上下徑的數(shù)值與實際測量數(shù)值的誤差很大(大于1 mm),而且與掃描層厚呈正

6、比關系,即掃描層越厚,上下徑的誤差也越大。而且掃描靶區(qū)的體積較體外實際測量計算的體積,均有不同程度的放大,產(chǎn)生以上誤差的原因是因為有ct的部分容積效應的存在。臨床醫(yī)生在確定臨床靶區(qū)gtv的上下徑時,需要考慮gtv的上下徑約有75%±61%,掃描層厚厚度的范圍是不確定的。掃描層厚越薄,掃描得到的腫瘤體積越接近實際的腫瘤體積。盡量避免用大于3 mm的層厚掃描,這樣掃描所得影像上的腫瘤容積接近于實際的腫瘤容積,有利于治療精度的提高。4 勾畫靶區(qū)醫(yī)生的影像診斷水平對勾畫靶區(qū)的影響治療計劃中，影響gtv勾畫精確性的有硬件設備的質量與所治療病人的臨床特征等客觀因素，也有來自勾畫者(臨床醫(yī)生)的主

7、觀原因。giraud等8請4家醫(yī)院多位影像診斷及放射治療醫(yī)師對10例nsclc靶區(qū)進行勾畫，不同醫(yī)院、不同專業(yè)、不同年資醫(yī)師勾畫的gtv體積值明顯不同：診斷醫(yī)師勾畫的gtv差異性小于治療醫(yī)師，高年資醫(yī)師間差異性小于年輕醫(yī)師。van de steene等9的研究顯示，5名臨床醫(yī)師在ct上對8例nsclc病例的gtv進行勾畫,比較其幾何大小與浸潤范圍,發(fā)現(xiàn)不同觀察者之間勾畫gtv的最大和最小幾何體積之比大于7。有6位醫(yī)師對6例nsclc靶區(qū)獨立勾畫，在肺窗與縱隔窗條件下，平均差別達20%，最高/最低比值為5%42%，醫(yī)師間的差別有統(tǒng)計學意義10。錢建軍等11組織了來自放射治療和影像診斷的6位醫(yī)師進

8、行了gtv勾畫，比較兩個學科和兩次勾畫所產(chǎn)生的差異性。結果表明，9例病人gtv體積最大值/最小值比值<2，3例病人的此項比值>2。在已知影響準確性的重要客觀因素一致的條件下，造成差異的主要原因是醫(yī)師間學科的不同，影像科醫(yī)師比放療科醫(yī)師勾畫的變異性小、準確性高。任克杰等12研究顯示，在肺癌3d2crt過程中確定gtv時應該由多位放射治療醫(yī)師和放射診斷醫(yī)師共同討論確定。張燁等13研究認為，在可能影響勾畫gtv準確性客觀因素一致的情況下,不同醫(yī)師之間勾畫的gtv等中心值在x軸和y軸上存在的差異均有高度統(tǒng)計學意義,而同一醫(yī)師在前后不同時間點勾畫的結果則無差異。吳開良等14觀察到放射治療醫(yī)師

9、之間勾畫gtv的差異主要在于對肺門淋巴結的認定。引起gtv勾畫不確定性的主要原因可能是不同醫(yī)師對腫瘤學的理解和影像學知識存在的差異上。不同醫(yī)師之間勾畫腫瘤靶區(qū)存在差異，醫(yī)師勾畫腫瘤靶區(qū)主觀性差異的主要原因有:gtv勾畫基于單一影像學資料(目前主要是ct影像)，ct圖像顯示腫瘤的局限性以及勾畫醫(yī)師肉眼閱片時的不確定性，增加了gtv體積變異性;放療科醫(yī)師勾畫gtv時，一般會將腫瘤周圍可能存在的亞臨床病灶區(qū)以及可能造成的放射性損傷同時考慮在內，而不同醫(yī)師的側重點又不同，因此，放療科醫(yī)師所勾畫的gtv變化范圍較大;不同醫(yī)師在臨床經(jīng)驗、腫瘤診斷學以及腫瘤學知識等方面存在差異，導致腫瘤區(qū)域確定差異。5 呼

10、吸運動對靶區(qū)勾畫的影響三維放療計劃系統(tǒng)進行靶區(qū)三維重建與劑量計算時，大多默認為靶區(qū)是靜止的，實際上因為某些原因，例如呼吸運動或心臟搏動等，病人在ct掃描過程中腫瘤靶區(qū)仍然處于運動之中，導致腫瘤靶區(qū)在ct圖像上出現(xiàn)偽影，掃描后三維重建靶區(qū)不能真實反映腫瘤的實際形狀和大小，三維劑量計算結果與真實值之間必然存在著差異。erridge等15利用射野影像系統(tǒng)監(jiān)測了25例nsclc病人肺部腫瘤的運動,發(fā)現(xiàn)腫瘤側向運動距離為(7.3±2.7)mm,頭腳方向為(12.5±7.3)mm,前后方向為(9.4±5.2)mm。在頭腳方向上位于下葉和中葉的腫瘤運動幅度(16.7 mm)明顯

11、大于上葉腫瘤(8.8 mm)。shimizu等16在病人自由呼吸狀態(tài)下對下肺部腫瘤進行ct掃描,利用三角形的各個邊長之間的關系計算出腫瘤的位移。結果顯示,肺下葉腫瘤頭腳方向平均位移9.1 mm(3.424.0 mm),左右方向平均位移10.1 mm(022.0 mm),上中葉腫瘤頭腳方向平均位移是6.2 mm(2.411.3 mm)。seppenwoolde等17在治療前將直徑為2 mm的金制標記放置在20例病人的腫瘤內或附近,以金制標記的運動代表肺部包塊的運動情況。在平靜呼吸的條件下進行ct掃描,發(fā)現(xiàn)位于肺下葉、未侵犯脊柱或胸壁等固定結構的腫瘤在頭腳方向的運動幅度為(12±6)mm

12、,位于肺上葉或侵犯固定結構的腫瘤在頭腳方向的運動幅度(2±2)mm?？傊?肺下葉腫瘤平均運動幅度要大于肺部其他位置的腫瘤,其中又以頭腳方向的位移最為顯著。張書旭等18設計了一個能模擬呼吸過程中靶區(qū)一維運動的體模，在不同運動狀態(tài)下掃描，同一靶區(qū)重建圖像的外形差異明顯，重建靶體積的相對偏差最大近90%;同一運動狀態(tài)下，各靶區(qū)重建體積變化隨靶而異;外形較小的靶區(qū)重建體積相對偏差變化范圍為-39.8%89.5%，外形較大的靶區(qū)重建體積相對偏差變化范圍是-18.4%20.5%。呼吸運動對靶區(qū)重建的影響極大，三維放療計劃設計所依賴的ct圖像，必須是腫瘤靶區(qū)處于相對靜止狀態(tài)下掃描的圖像，否則，適形

13、射野和劑量體積直方圖將嚴重失真。而如何正確地控制呼吸運動顯得尤為重要?？傊谌S適形放療技術中,精確勾畫腫瘤區(qū)是優(yōu)化治療增益比的關鍵,要求既不漏掉腫瘤組織,又要最大限度保護正常組織。作者認為可以通過以下途徑來提高靶區(qū)勾畫的精確性:提高ct機的質量,改進掃描技術;應用融合技術(與mri圖像的融合、與pet或spect圖像的融合);應用增強ct掃描技術，提高組織對比度;通過對放療醫(yī)師進行臨床及影像知識的培訓,可提高gtv勾畫的一致性。放療的進步與診斷技術的提高與計算機的發(fā)展密切相關。診斷的發(fā)展已由解剖性的診斷轉向為功能性的診斷,包括pet、mrsi及準確率高于pet的基因檢測。待這些技術臨床應用

14、成熟,腫瘤靶區(qū)的勾畫范圍不僅要求邊界精確,而且同時要求內部結構勾畫的精細,可達到組織學上的腫瘤細胞gtv的勾畫,屆時勾畫的腫瘤范圍為生物靶區(qū)。肺癌是最常見的惡性腫瘤之一,近年來其發(fā)病率和死亡率都有逐年增加的趨勢,其中非小細胞肺癌(nsclc)大約占肺癌總數(shù)的70%80%。然而,近20年來常規(guī)放療的療效并不顯著,5年生存率只有5%10%1,且反應較重。其主要原因是局部未控或復發(fā)和遠處轉移。臨床研究顯示，提高放療劑量可望提高局部控制率和病人生存率2。然而,常規(guī)放射治療不能有效地將放療劑量集中到靶區(qū)內,周圍器官受量較高,總劑量難以提高。三維適形放射治療(3d2crt)則可使高劑量射線投入照射靶區(qū)內,

15、同時鄰近正常組織的受量極低。3d2crt治療nsclc切實可行,可顯著提高近期療效,不同程度延長病人壽命,改善生活質量,減輕放射所致副作用3。靶區(qū)勾畫是適形放療的“精確診斷”、“精確定位”、“精確計劃”、“精確治療”中最重要和最基礎的步驟之一。目前，3d2crt靶區(qū)勾畫主要依賴ct圖像,以ct為基礎制訂的放療計劃已經(jīng)得到廣泛應用。ct圖像在靶區(qū)勾畫中受窗寬、窗位、掃描層厚、呼吸動度及勾畫者主觀因素等的影響。本文對以上影響因素進行綜述?！緟⒖嘉墨I】2perez c a, pajak t f, rubin p, et al. long2termobservations of the patternsof failure in patientswith unresectable nonoat cell carcinoma of the lung treated with definitive radiotherapy: report by the rtog j. cancer, 1987,59:187421881.1baumann m, appold s, petersen c, et al. dose andfractionation conce