ct在非小细胞肺癌三维适形放疗靶区勾画中的影响因素

1、ct在非小细胞肺癌三维适形放疗靶区勾画中的影响因素     【关键词】 癌,非小细胞肺,肿瘤1 靶区的定义靶区是指放射治疗将要照射的部位,它的确定是放射治疗的第一步,也是最重要的一步。国际辐射单位和测定委员会(icru)50号报告对3d2crt靶区作了如下规定:大体肿瘤体积(gtv):是指临床检查和影像学资料显示的临床肿瘤灶;临床靶体积(ctv):在gtv基础上扩大一定区域,包括gtv周边的亚临床病灶以及预计可能出现亚临床播散的区域;计划靶体积(ptv):在ctv基础上再扩大一定范围,以适应放射治疗过程中各种系统误差和随机误差。icru262报

2、告作为对50号报告的补充,对其中的一些定义和概念进行了修正,将ptv中体内器官生理运动和治疗重复性误差区分开来,分别定义了体内边界(im)和摆位误差边界(sm)等概念。内靶体积(itv):在ctv外加一个im,以包括正常器官运动而导致的ctv在三维空间上的变异;sm:itv外面再扩大一定的边界,用于补偿每次放疗摆位重复性误差和治疗设备误差等不确定因素。2 窗宽、窗位对勾画靶区的影响为在荧光屏或胶片上更清晰地显示感兴趣的组织或器官的结构,ct机采用了窗宽、窗位技术。窗宽是指ct图像上所包含的ct值范围，在此ct值范围内的组织结构按其密度高低从白到黑分为16个灰阶供观察对比。窗位或称窗中心指窗宽上

3、下限的平均数。为了提高组织结构细节的显示，使ct值差别小的两种组织能分辨，可将窗宽与窗位进行调整。不同窗位、窗宽时,荧光屏上显示的器官或肿瘤大小不同,勾画出的gtv就有所差别,肺肿瘤尤为明显。为了精确描绘靶区或正常组织,要把窗宽、窗位定在恰当的位置上,harris等4的研究表明,软组织窗(窗宽400 hu,窗位+20 hu)适宜显示纵隔结构。肺窗条件(窗宽850 hu,窗位-750 hu)显示肺内结节较为精确。rosenman5对肺癌的研究证实,在窗位-750 hu,窗宽850 hu的条件下,ct图像上的肺肿瘤大小与实际肿瘤的大小最接近。夏士安等6报道，目前一般建议肺窗窗位为-750 hu、窗

4、宽为1 000 hu左右,纵隔的窗位为40 hu,窗宽为90 hu。如果窗位过高或窗宽过小,容易把肿瘤周围正常肺组织当作肿瘤组织,使肺损伤加重,引起放射性肺炎等严重并发症。窗位过低或窗宽过大,则不太容易显示肺组织中的肿瘤组织,从而使勾画的肿瘤有可能比实际肿瘤小,引起放疗后未控或复发,降低生存率。总之，肺内病变在肺窗中勾画，纵隔病变在纵隔窗中勾画，但各种不同类别型号的ct机,最适窗宽窗位并不相同,需在实践中不断摸索。3 扫描层厚对勾画靶区的影响ct扫描摄影时,每个断层面均具有一定的厚度,在同一厚层内,如果被扫描物体的密度不同,呈斜面或弧度,则局部密度与实际的ct值会产生误差,使影像上物体与实际的

5、物体产生变形或密度的改变,此效应称为部分容积效应。此在影像学诊断上容易导致误诊,而在放射治疗上容易导致肿瘤靶区gtv改变。但是在日常的ct模拟定位中,我们采用的扫描层厚常为5 mm或10 mm,这是因为常规模拟扫描的范围较大,如果扫描层厚过薄,则造成扫描层数过多、扫描时间过长和机器过热，这就需要停机冷却,这样病人在长时间的模拟定位中可因呼吸运动或不自主的运动使影像检查误差增大。姚原等7报道,被测物体在不同层厚扫描的ct影像上得到的前后径和左右径的数值与实际测量数值的误差很小(小于0.5 mm),与体外测量的结果基本一致。而上下径的数值与实际测量数值的误差很大(大于1 mm),而且与扫描层厚呈正

6、比关系,即扫描层越厚,上下径的误差也越大。而且扫描靶区的体积较体外实际测量计算的体积,均有不同程度的放大,产生以上误差的原因是因为有ct的部分容积效应的存在。临床医生在确定临床靶区gtv的上下径时,需要考虑gtv的上下径约有75%±61%,扫描层厚厚度的范围是不确定的。扫描层厚越薄,扫描得到的肿瘤体积越接近实际的肿瘤体积。尽量避免用大于3 mm的层厚扫描,这样扫描所得影像上的肿瘤容积接近于实际的肿瘤容积,有利于治疗精度的提高。4 勾画靶区医生的影像诊断水平对勾画靶区的影响治疗计划中，影响gtv勾画精确性的有硬件设备的质量与所治疗病人的临床特征等客观因素，也有来自勾画者(临床医生)的主

7、观原因。giraud等8请4家医院多位影像诊断及放射治疗医师对10例nsclc靶区进行勾画，不同医院、不同专业、不同年资医师勾画的gtv体积值明显不同：诊断医师勾画的gtv差异性小于治疗医师，高年资医师间差异性小于年轻医师。van de steene等9的研究显示，5名临床医师在ct上对8例nsclc病例的gtv进行勾画,比较其几何大小与浸润范围,发现不同观察者之间勾画gtv的最大和最小几何体积之比大于7。有6位医师对6例nsclc靶区独立勾画，在肺窗与纵隔窗条件下，平均差别达20%，最高/最低比值为5%42%，医师间的差别有统计学意义10。钱建军等11组织了来自放射治疗和影像诊断的6位医师进

8、行了gtv勾画，比较两个学科和两次勾画所产生的差异性。结果表明，9例病人gtv体积最大值/最小值比值<2，3例病人的此项比值>2。在已知影响准确性的重要客观因素一致的条件下，造成差异的主要原因是医师间学科的不同，影像科医师比放疗科医师勾画的变异性小、准确性高。任克杰等12研究显示，在肺癌3d2crt过程中确定gtv时应该由多位放射治疗医师和放射诊断医师共同讨论确定。张烨等13研究认为，在可能影响勾画gtv准确性客观因素一致的情况下,不同医师之间勾画的gtv等中心值在x轴和y轴上存在的差异均有高度统计学意义,而同一医师在前后不同时间点勾画的结果则无差异。吴开良等14观察到放射治疗医师

9、之间勾画gtv的差异主要在于对肺门淋巴结的认定。引起gtv勾画不确定性的主要原因可能是不同医师对肿瘤学的理解和影像学知识存在的差异上。不同医师之间勾画肿瘤靶区存在差异，医师勾画肿瘤靶区主观性差异的主要原因有:gtv勾画基于单一影像学资料(目前主要是ct影像)，ct图像显示肿瘤的局限性以及勾画医师肉眼阅片时的不确定性，增加了gtv体积变异性;放疗科医师勾画gtv时，一般会将肿瘤周围可能存在的亚临床病灶区以及可能造成的放射性损伤同时考虑在内，而不同医师的侧重点又不同，因此，放疗科医师所勾画的gtv变化范围较大;不同医师在临床经验、肿瘤诊断学以及肿瘤学知识等方面存在差异，导致肿瘤区域确定差异。5 呼

10、吸运动对靶区勾画的影响三维放疗计划系统进行靶区三维重建与剂量计算时，大多默认为靶区是静止的，实际上因为某些原因，例如呼吸运动或心脏搏动等，病人在ct扫描过程中肿瘤靶区仍然处于运动之中，导致肿瘤靶区在ct图像上出现伪影，扫描后三维重建靶区不能真实反映肿瘤的实际形状和大小，三维剂量计算结果与真实值之间必然存在着差异。erridge等15利用射野影像系统监测了25例nsclc病人肺部肿瘤的运动,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

11、大于上叶肿瘤(8.8 mm)。shimizu等16在病人自由呼吸状态下对下肺部肿瘤进行ct扫描,利用三角形的各个边长之间的关系计算出肿瘤的位移。结果显示,肺下叶肿瘤头脚方向平均位移9.1 mm(3.424.0 mm),左右方向平均位移10.1 mm(022.0 mm),上中叶肿瘤头脚方向平均位移是6.2 mm(2.411.3 mm)。seppenwoolde等17在治疗前将直径为2 mm的金制标记放置在20例病人的肿瘤内或附近,以金制标记的运动代表肺部包块的运动情况。在平静呼吸的条件下进行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

12、,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(2±2)mm。总之,肺下叶肿瘤平均运动幅度要大于肺部其他位置的肿瘤,其中又以头脚方向的位移最为显著。张书旭等18设计了一个能模拟呼吸过程中靶区一维运动的体模，在不同运动状态下扫描，同一靶区重建图像的外形差异明显，重建靶体积的相对偏差最大近90%;同一运动状态下，各靶区重建体积变化随靶而异;外形较小的靶区重建体积相对偏差变化范围为-39.8%89.5%，外形较大的靶区重建体积相对偏差变化范围是-18.4%20.5%。呼吸运动对靶区重建的影响极大，三维放疗计划设计所依赖的ct图像，必须是肿瘤靶区处于相对静止状态下扫描的图像，否则，适形

13、射野和剂量体积直方图将严重失真。而如何正确地控制呼吸运动显得尤为重要。总之，在三维适形放疗技术中,精确勾画肿瘤区是优化治疗增益比的关键,要求既不漏掉肿瘤组织,又要最大限度保护正常组织。作者认为可以通过以下途径来提高靶区勾画的精确性:提高ct机的质量,改进扫描技术;应用融合技术(与mri图像的融合、与pet或spect图像的融合);应用增强ct扫描技术，提高组织对比度;通过对放疗医师进行临床及影像知识的培训,可提高gtv勾画的一致性。放疗的进步与诊断技术的提高与计算机的发展密切相关。诊断的发展已由解剖性的诊断转向为功能性的诊断,包括pet、mrsi及准确率高于pet的基因检测。待这些技术临床应用

14、成熟,肿瘤靶区的勾画范围不仅要求边界精确,而且同时要求内部结构勾画的精细,可达到组织学上的肿瘤细胞gtv的勾画,届时勾画的肿瘤范围为生物靶区。肺癌是最常见的恶性肿瘤之一,近年来其发病率和死亡率都有逐年增加的趋势,其中非小细胞肺癌(nsclc)大约占肺癌总数的70%80%。然而,近20年来常规放疗的疗效并不显著,5年生存率只有5%10%1,且反应较重。其主要原因是局部未控或复发和远处转移。临床研究显示，提高放疗剂量可望提高局部控制率和病人生存率2。然而,常规放射治疗不能有效地将放疗剂量集中到靶区内,周围器官受量较高,总剂量难以提高。三维适形放射治疗(3d2crt)则可使高剂量射线投入照射靶区内,

15、同时邻近正常组织的受量极低。3d2crt治疗nsclc切实可行,可显著提高近期疗效,不同程度延长病人寿命,改善生活质量,减轻放射所致副作用3。靶区勾画是适形放疗的“精确诊断”、“精确定位”、“精确计划”、“精确治疗”中最重要和最基础的步骤之一。目前，3d2crt靶区勾画主要依赖ct图像,以ct为基础制订的放疗计划已经得到广泛应用。ct图像在靶区勾画中受窗宽、窗位、扫描层厚、呼吸动度及勾画者主观因素等的影响。本文对以上影响因素进行综述。【参考文献】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