四維CT輪廓勾畫方式的探討

張愛萍　尹立杰　戴建榮　楊彥琴　王杰　范穎琳　卿珍　韓軍

[摘 要] 目的：通過對比兩種方法勾畫的內腫瘤區（IGTV）位置和體積差異，探討一種滿足臨床準確度要求且高效的4D CT輪廓勾畫方式。方法：選取10例行胸部4D CT患者，每例都采用兩種方式進行IGTV勾畫。一種為所有時相逐層勾畫后融合，定義為IGTV1；另一種為單套勾畫，其余時相作為背景播放，定義為IGTV2。為了保證測試充分性，由十位醫生完成全部病例勾畫。對比兩種方法所得IGTV的幾何中心位置、體積大小、重合度及勾畫時間。結果：兩種方式產生的IGTV幾何中心在x、y、z軸上平均差異都小于1mm。IGTV1、IGTV2體積分別為（23.13±20.05）cm3、（23.27±19.86）cm3，體積比為1.02±0.04，兩者重合度為96.05%±1.73%。兩種勾畫方式所產生IGTV幾何中心位置和體積均無統計學意義差別，幾何形狀也重合較好。但采用本文探討組織輪廓勾畫方式，可顯著縮短醫生組織輪廓勾畫時間，平均勾畫時間從25.52min降至7.9min。結論：本文探討IGTV勾畫方式勾畫準確度完全能滿足臨床應用要求，且勾畫速度提高了3倍。

[關鍵詞] 4D CT；IGTV；呼吸時相； 輪廓勾畫

中圖分類號：R445 文獻標識碼：A 文章編號：2095-5200（2015）02-001-03

準確靶區定位是制定腫瘤放射治療方案關鍵。胸腹部腫瘤定位時，呼吸運動會導致胸部器官（肺、乳腺等）和上腹部器官（肝、胃、腎等）位置和形狀周期性變化。心臟跳動也有類似呼吸運動影響，只是影響范圍小、程度輕。研究發現胸腹部器官在頭腳方向運動幅度大于其前后及左右方向運動幅度。文獻報道呼吸運動導致肝臟頭腳方向移動10～26 mm（淺呼吸）、12～75 mm（深呼吸），前后l～12 mm，左右l～9 mm[1-2]。放療過程中如果忽略呼吸引起胸腹部器官運動，可能造成部分目標靶區在某些呼吸時相位于射野之外，而周圍器官進入射野。

四維CT作為與時間關聯動態CT，其能夠很好地反映正常器官和腫瘤運動情況[3-5]。理論上四維CT是進行胸腹部腫瘤個體化內靶區勾畫金標準。肺癌、肝癌、胰腺癌放射治療應用研究均表明，四維CT可在保證靶區準確基礎上減少進入PTV正常組織體積，更好地保護正常組織[6-8]。本文就4D靶區勾畫實現方式進行對比分析，探討一種既能滿足臨床精度要求，又方便快捷勾畫方式。

1 對象和方法

1.1 4D 靶區勾畫實現方式

4D靶區勾畫最直接最準確實現方式是對采集多套圖像都進行靶區勾畫。但現有Cine掃描模式產生圖像通常有上千幅，甚至更多，這使靶區勾畫成為4D放療所面臨難題。為了節省臨床靶區勾畫工作量，有采用以兩個呼吸極限相位CT來確定靶區勾畫方式，但Rietzel E等[9-10]利用4D CT研究胸部腫瘤區勾畫時，發現單純以兩個呼吸極限相位CT來確定靶區不足以覆蓋靶區真實運動范圍，可能造成靶區約6.3%遺漏。而Zhang T等[11]在研究肺癌立體定向放療中4D靶區勾畫時，以呼氣末CT為基準，對呼吸周期中十個呼氣相位CT進行變形配準，得到配準變換矩陣后，把呼氣末時相上勾畫腫瘤區自動映射到其它相位CT上，進而得到所有相位腫瘤區所覆蓋范圍，但此種實現方式完全依賴于變形配準算法準確度。研究表明，該種實現方式相比所有時相逐層勾畫平均體積增大約9%[12]。

基于此，本文探討一種新4D靶區勾畫方式，即只在一個時相上勾畫靶區，其余時相該層對應圖像作為背景動態播放，這樣雖然只做了一套圖像靶區勾畫，實際上所有時相輪廓都已涵蓋。為了更明確描述呼吸運動對靶體積影響，勾畫靶區時，采用包含GTV運動信息的內GTV（Internal gross target volume， IGTV） [13]，將采用此方法勾畫的包含GTV運動信息的IGTV輪廓與所有圖像全部勾畫的IGTV輪廓進行對比分析，探討該方法精度。

1.2 試驗方案設計

選取10例不同類型胸部腫瘤病例，每例患者4D CT圖像都由10個不同呼吸時相CT序列組成。為保證測試充分性，排除人為誤差影響，靶區勾畫由10位有5年工作經驗、相同職稱醫生完成。每位醫生都采用兩種方式進行IGTV勾畫。比較分析兩種方式下靶區勾畫時間及IGTV差異。

1.2.1 IGTV勾畫 為了避免人為因素影響，每位醫生在ModernTPS治療計劃系統中對同一患者采用兩種方式進行IGTV勾畫時，要在同一窗寬窗位設置下進行。

方式一：在10個呼吸時相CT圖像上分別勾畫GTV，并將其融合得到IGTV，本文定義為IGTV1；

方式二：從10套圖像中選取一套為參考圖像，在參考圖像中勾畫GTV時，相對應其余時相該斷層圖像作為背景連續播放，最終勾畫完成GTV即為IGTV，本文定義為IGTV2。

1.2.2 分析方法 方式一得到IGTV視為理想內腫瘤區，比較其與方式二勾畫IGTV在幾何中心位置、體積大小及重合度差異，同時對比分析兩種勾畫方式時間差異。對結果數據采用配對Wilcoxon符號秩和檢驗方法進行統計分析，P<0.05認為差異有統計學意義。

（1）幾何中心位置和體積大小：IGTV幾何中心點用圖像坐標系中x、y、z軸坐標值來表示。兩種勾畫方式IGTV體積差異可通過體積比值來反映。（2）重合度：IGTV1體積表示為VIGTV1；IGTV2體積表示為VIGTV2. 則：VIGTV1與VIGTV2重合度為：，以此反映IGTV1與IGTV2之間重合情況。（3）IGTV勾畫時間取十位醫生相同勾畫方式平均值。

2 結果

2.1 幾何中心位置差異

如表1所示，所有患者在兩種勾畫方式下IGTV幾何中心在x、y、z軸上平均差異均小于1mm，且三個軸上秩和檢驗P值均>0.05，差異無統計學意義。說明兩種勾畫方式下IGTV幾何中心位置無顯著差異。

2.2 體積大小、重合度分析

如表2所示，IGTV1和IGTV2兩種方式勾畫IGTV體積分別為（23.13±20.05）cm3、（23.27±19.86）cm3，兩者體積無統計學意義差別（z=-1.122，P=0.262），說明兩種勾畫方式下IGTV體積無顯著差異。IGTV1與IGTV2重合度為96.05%±1.73%，說明兩種勾畫方式產生IGTV幾何形狀重合較好。

2.3 IGTV勾畫時間

如表3所示，本文探討組織輪廓勾畫方式，所有時相輪廓一次勾畫完成，與傳統逐個時相勾畫方式在勾畫時間上比較有顯著差異（z=-2.803，P=0.005）。

3 討論

依據4DCT影像勾畫靶區體積包含了GTV伴隨呼吸運動空間位移，可以客觀地確定內腫瘤區。理想IGTV是在所有呼吸時相（一般10個）勾畫靶區后融合而成，然而，在所有時相CT圖像中勾畫靶區顯著增加了醫生工作。因此，本研究探討了一種單套圖像勾畫輪廓，其余時相作為背景播放方式，一次完成IGTV勾畫。上述結果對比分析可見，兩種勾畫方式所產生IGTV幾何中心位置變化不明顯。IGTV1與IGTV2重合度為96.05%±1.73%，考慮即使是同一個人在相同窗寬窗位，多次重復勾畫同一套CT圖像時，多次勾畫輪廓也不能完全重合，我們認為兩種方式產生IGTV幾何形狀重合度吻合較好，差別可以接受。但采用本文探討組織輪廓勾畫方式，可顯著縮短醫生組織輪廓勾畫時間。

本文探討的IGTV勾畫方式，既滿足臨床使用精度要求，又極大程度節省了醫生勾畫輪廓時間，降低了醫生勾畫工作負荷問題。同時，該實現方式也可用于危及器官勾畫，用于更準確評估危及器官受量。

參 考 文 獻

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