作者：尹勇，刘同海，卢洁，白瞳，孙涛
【摘要】 使用锥形束(CT)观察自由呼吸状态下非小细胞肺癌（NSCLC）的肿瘤运动，个体化确定由GTV到PTV外放安全边界。应用安装在直线加速器上的CBCT对患者实施治疗前的扫描，根据CBCT图像，测量其运动范围，确定个体化的GTV至PTV的外放边界。结果表明：通过使用CBCT，考虑肿瘤运动幅度，在Z轴上差异有统计学意义(P=0.020)，而在X、Y轴上差异没有统计学意义（P&>0.05）。说明利用CBCT图像，可以确定GTV外放边界，减少正常肺组织受照剂量，从而降低正常肺组织和脊髓的放射性损伤发生率。
【关键词】 锥形束CT；影像引导放射治疗；精确放疗；非小细胞肺癌
Abstract：To observe and confirm the Internal Tumor Volume (ITV) of non-small cell lung cancer (NSCLC) by analyzing cone-beam CT (CBCT).Before delivering the therapy， the acquisition of CBCT images were completed. By off-line viewing the images and analyzing the displacement of tumor， the inpidual margin from GTV to planning target volume(PTV) were comfirmed.Results showed that due to the movement of organs and tumor by using CBCT，there were significant differences in motion displacements between Z-axis and X and Y-axis.It proves that with the help of the CBCT， measuring the motion displacement of GTV， can guide to confirm the margin from GTV to the PTV. In that case， the dose of normal lung， maximum dose of spinal-cord and V20 of lung can be reduced.
Key words：Cone-beam CT; Image guarded radiation therapy;Accurate radiation therapy; Non-small cell lung cancer
1 引 言
三维适形调强放疗通过精确照射减少正常组织受照体积，改进剂量分布，以达到较高的治疗增益比。但是放疗过程中的一些肿瘤运动等不确定性因素影响肿瘤实际照射剂量的分布，造成肿瘤脱靶和(或)危及器官损伤增加。为解决这些问题，近年发展起来的基于大面积非晶硅数字化X射线探测板的锥形束CT（conebeam CT，CBCT）具有体积小，重量轻，开放式架构的特点，它将放射治疗机与成像设备结合在一起，治疗时采集有关的图像信息，确定治疗靶区和重要结构的位置、运动，并在必要时进行校正，被称为图像引导放射治疗(imageguided radiotherapy， IGRT)［1］，成为IGRT的主要成像设备。它可以直接整合到直线加速器上，机架旋转一周就可获取和重建一个体积范围内的三维图像，与参考图像比较，提供校正信息［2-3］。
本研究使用CBCT观察自由呼吸状态下非小细胞肺癌（NSCLC）的肿瘤运动，个体化确定由GTV到PTV外放安全边界，从而减少肺的受照体积，提高肿瘤剂量，达到提高放射治疗增益比的目的。
2 材料与方法
2.1 临床资料
选择2006年6月～2007年3月间选择拟接受适形放疗的周围型NSCLC患者11例，其中肺鳞癌7例，肺腺癌4例。男7例，女4例，年龄36～72岁，平均年龄51.6岁。均符合以下条件：KPS评分≥70，肺功能良好，患者本人和家属自愿参加并配合治疗。临床资料见表1。表1 11例患者的资料
患者性别年龄KPS分期病理分型肿瘤位置1男36100T2N0M1鳞癌左肺下叶2女7290T3N0M0中分化鳞癌右肺中叶3女41100T2N0M1高分化腺癌右肺上叶4男4090T2N2M0高分化鳞癌右肺中下叶5女6480T2N2M0腺癌右肺下叶6男6690T2N1M0鳞癌左肺下叶7男45100T2N0M0腺癌右肺下叶8女5280T2N2M0高分化腺癌左肺上叶9男6290T2N3M0中分化鳞癌右肺上中叶10男5870T3N1M0鳞癌左肺下叶11男4490T3N0M0低分化鳞癌左肺下叶
2.2 设备与软件系统
Siemenz Sensation 16螺旋 CT、VARIAN Eclipse 6.5治疗计划系统、VARIAN 23 EX医用直线加速器、瓦里安锥形束CT系统（CBCT system）、VARIAN 4DTC系统（four dimensional treatment control system）、eFilm图像处理工作站（eFilm workstation）、VARIAN Eclipse TPS
2.3 方法及流程
(1) CT定位扫描 患者取仰卧位，真空袋固定，激光灯摆位，双手交叉置于头上。CT常规轴位扫描整个肺部，取层厚5 mm，层间距5 mm，获取定位CT图像。
(2) 将CT图像通过网络传输至VARIAN Eclipse TPS，由放疗医师在CT图像上勾画原发肿瘤作为GTVCT，考虑肿瘤运动（约5 mm）和摆位误差（5 mm），将其均匀外放1 cm作为PTVCT。放疗计划师制作放疗计划，完成后传输至直线加速器。
(3) 放疗技术员将患者依据CT定位数据重新摆位，按照放疗计划摆位至肿瘤中心。利用VARIAN系统行CBCT扫描，整个扫描过程约1 min左右。
(4) 将CBCT图像传输至VARIAN Eclipse TPS，应用软件进行图像融合，在CBCT图像上勾画GTVCBCT，由于CBCT扫描时间较长，可将此GTVCBCT 作为内靶区ITV，此靶区已经包含有肿瘤的运动信息，所以将其外放时只需考虑摆位误差（5 cm），即将ITV外放5 cm作为PTVCBCT。图1为1例肺癌配准前后CBCT图像与计划CT图像。
(5) 以PTVCT等中心为基准，分别计算PTVCBCT等中心与PTVCT等中心的差异，作为肿瘤在X、Y、Z三个方向的运动幅度。
3 结 果
在11例NSCLC患者中，肺部肿瘤在X轴方向平均位移为(3.35±0.86) mm，Y轴方向平均位移为(3.65±1.09) mm，Z轴方向平均位移为(8.02±3.71) mm；三个方向上，Z轴方向位移最大（P＜0.01），而X轴和Y轴比较差异没有统计学意义（见表2）。按病灶位置不同，比较病灶位与上中叶和下叶的运动情况，结果发现：肿瘤位于上中叶X轴方向平均位移为(2.7±0.39) mm，Y轴方向平均位移为(3.13±0.46) mm，Z轴方向平均位移为(4.25±1.26) mm；而位于下叶X轴方向平均位移为(3.7±0.86) mm，Y轴方向平均位移为(3.96±1.25) mm，Z轴方向平均位移为(10.17±2.71) mm。统计学分析：肺上中叶和下叶肿瘤的位移在Z轴上差异有统计学意义(P=0.020)，而在X、Y轴上差异没有统计学意义（P＞0.05，见表3）。表2 肺部肿瘤在三维方向的运动幅度表3 病变位于不同肺叶与肿瘤位移的关系
4 讨论
Erridge等［4］用电子射野成像系统(EPID)监测了25例NSCLC患者肺部肿瘤的运动，发现肿瘤侧向运动距离为(7.3±2.7) mm，头脚方向为(12.5±7.3) mm，前后方向为(9.4±5.2) mm。在头脚方向上位于下叶和中叶的肿瘤运动幅度(16.7 mm)明显大于上叶肿瘤(8.8 mm)。Shimizu等［5］对在患者自由呼吸状态下对下肺部肿瘤进行普通CT扫描，结果显示肺下叶肿瘤头脚方向平均位移9.1 mm（3.4～24.0 mm），左右方向平均位移10.1 mm（0～22.0 mm），上中叶肿瘤头脚方向平均位移是6.2 mm（2.4～11.3 mm）。Seppenwoolde等［6］治疗前将直径为2 mm的金制标记放置在20例患者的肿瘤内或附近，以金制标记的运动代表肺部肿块的运动情况，患者在自由呼吸的条件下进行CT扫描，发现位于肺下叶、未侵犯脊柱或胸壁等固定结构的肿瘤在头脚方向的运动幅度为(12±6) mm，位于肺上叶或侵犯固定结构的肿瘤在头脚方向的运动幅度为(2±2) mm。曹永珍等［7］对48例肺癌患者呼吸动度测量结果显示，位于左、右上肺的肿瘤，在X、Y方向动度为（0.20±0.06）、（0.20±0.11） cm，下肺的肿瘤在X、Y方向动度为（0.31±0.10）、（0.36±0.10） cm，主要是心脏搏动所致。不论肿瘤位于肺上、中、下部，对Z轴影响最大，Z轴动度在上肺为（0.38±0.23） cm，中肺为（0.46±0.33） cm，下肺为（0.90±0.45）～（0.93±0.46） cm，尤以下肺更为显著，这主要是受膈肌动度的影响。
kV-CBCT 平板探测器的读数装置和探测器结合在一起，本身具有提高空间分辨率的优势，因此kV-CBCT可以达到比传统的CT更高的空间分辨率， 密度分辨率也足以分辨软组织结构，可以通过肿瘤本身成像引导放疗。而且该系统的射线利用效率高，患者接受的射线剂量少，它可以作为一种实时监测手段。因此，CBCT具有在治疗位置进行X线透视、摄片和容积成像的多重功能，对在线复位很有价值，成为目前IGRT开发和应用的热点。但其密度分辨率尤其是低对比度密度分辨率和先进的CT比还有差距，同时平板探测器CT 系统中散射的影响较大。
我们使用CBCT在患者实施治疗前测量肺部肿瘤的运动情况，方法简单，并且通过CBCT扫描、重建，可以更为精确地计算靶区在三维上的变化范围，对于个体化确定由GTV到PTV外放安全边界的制定有确切的指导作用。使用CBCT测量自由呼吸状态下肺部肿瘤的运动情况：肺部肿瘤在X轴方向平均位移为(3.35±0.86) mm，Y轴方向平均位移为(3.65±1.09) mm，Z轴方向平均位移为(8.02±3.71) mm，三个方向上，Z轴方向位移最大（P＜0.01），而X轴和Y轴比较差异没有统计学意义。肺上中叶和下叶肿瘤的位移在Z轴上差异有统计学意义(P=0.020)，而在X、Y轴上差异没有统计学意义（P＞0.05）。
使用CBCT可以更准确地确定ITV，并且根据其运动范围确定个体化的GTV至PTV的外放边界。通过减小GTV外放边界，减少正常肺组织受照剂量，降低放射性肺损伤指标V20、Dmea和脊髓最大受量，从而降低正常肺组织和脊髓的放射性损伤发生率。
参考文献
［1］于金明，袁双虎.图像引导放射治疗研究及其发展［J］.中华放射肿瘤学杂志，2006，28(2):81-83.
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［3］尹勇，袁双虎，卢洁，等.锥形束CT图像拼接技术的实现及其应用研究［J］.中华放射肿瘤杂志，2008，(5)：391-394.
［4］Erridge SC， Seppenwoolde Y， Muller SH， et al . Portal imaging to assess set-up errors， tumor motion and tumor shrinkage during conformal radiotherapy of non-small cell lung cancer［J］. Radiother Oncol，2003，66(1):75-85.
［5］Shimizu S， Shirato H， Kagei K， et al . Impact of respiratory movement on the computed tomographic images of small lung tumors in three-dimensional (3D) radiotherapy［J］. Int J Radiat Oncol Biol Phys，2000，46(5):1127-1133.
［6］Seppenwoolde Y， Shirato H， Kitamura K， et al . Precise and real-time measurement of 3D tumor motion in lung due to breathing and heartbeat， measured during radiotherapy［J］. Int J Radiat Oncol Biol Phys，2002，53(4):822-834.
［7］曹永珍，黑月林，吕仲虹，等.立体定向放射治疗中肺肿瘤和膈肌动度的研究［J］.中华放射肿瘤学杂志，2000，9（4）:263-265.