PET/CT圖像分割技術(shù)在NSCLC患者放療中的應(yīng)用

陳韋翔 張余琴 張 煜,*

1.南方醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院(廣東 廣州 510000)

2.南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院放療科(廣東 廣州 510630)

肺癌是世界上最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，已成為我國(guó)城市人口惡性腫瘤死亡原因的首位。非小細(xì)胞型肺癌(non-small cell lung cancer，NSCL)包括鱗癌、腺癌、大細(xì)胞癌，與小細(xì)胞癌相比其癌細(xì)胞生長(zhǎng)分裂較慢，擴(kuò)散轉(zhuǎn)移相對(duì)較晚，但非小細(xì)胞肺癌約占所有肺癌的80%，約75%的患者發(fā)現(xiàn)時(shí)已處于中晚期，5年生存率極低，嚴(yán)重威脅著人民的生命健康[1-2]。放療是臨床治療NSCL的常用手段，傳統(tǒng)的放療技術(shù)主要依靠CT技術(shù)對(duì)腫瘤病灶進(jìn)行分割定位，但常由于定位不夠精準(zhǔn)，引起多種嚴(yán)重并發(fā)癥[3]。PET/CT作為一種新型的影像學(xué)技術(shù)，將正電子發(fā)射掃描(positron emission tomography，PET)與計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)(computerized tomography，CT)相結(jié)合，病灶定位更加精準(zhǔn)，其臨床應(yīng)用日漸廣泛[4]。在上述研究背景下，本研究采用了PET/CT圖像分割技術(shù)對(duì)NSCLC患者進(jìn)行檢查，探討其在放療中的應(yīng)用價(jià)值，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 一般資料將2016年6月至2020年2月我院的NSCLC患者118例作為研究對(duì)象，納入標(biāo)準(zhǔn)：均符合《肺癌診斷與治療進(jìn)展》中NSCL的診斷標(biāo)準(zhǔn)[5]。排除標(biāo)準(zhǔn)：合并除NSCL外其他肺部疾病或惡性腫瘤者；非首次治療者；合并糖尿病等嚴(yán)重代謝性疾病者；不耐受本項(xiàng)研究者。采用隨機(jī)數(shù)表法將其分成對(duì)照組和研究組，每組59例。研究組男性31例，女性28例；年齡50～75歲，平均年齡(62.42±3.73)歲；腺癌32例，鱗癌27例。對(duì)照組男性30例，女性29例；年齡51～76歲，平均年齡(62.58±3.76)歲；腺癌34例，鱗癌25例。兩組一般資料均無(wú)明顯差異(P＞0.05)。本研究經(jīng)我院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)會(huì)議表決通過(guò)，且經(jīng)患者及其家屬了解并同意。

1.2 方法

1.2.1 對(duì)照組 采用常規(guī)CT掃描儀(德國(guó)西門子，Sensation)對(duì)患者頸部至膈面下緣水平進(jìn)行掃描，掃描間隔1.5mm，層厚1.5mm，螺距1.750，具體操作流程嚴(yán)格參照儀器說(shuō)明書。檢查完畢后由經(jīng)驗(yàn)豐富的放療醫(yī)師根據(jù)CT圖像手動(dòng)勾勒分割出癌灶靶區(qū)。根據(jù)CT手動(dòng)分割圖像制定放療計(jì)劃，放療后用微分DVH劑量直方圖評(píng)估正常組織受累劑量。

1.2.2 研究組 采用PET/CT掃描儀(美國(guó)GE，Discovery MI)對(duì)患者頸部至膈面下緣水平進(jìn)行掃描，將所得PET、CT圖像進(jìn)行同機(jī)融合，再分別由經(jīng)驗(yàn)豐富的放療醫(yī)師、配套的計(jì)算機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)根據(jù)融合后圖像手動(dòng)、自動(dòng)地勾勒分割出癌灶靶區(qū)，相關(guān)參數(shù)設(shè)置與操作流程均嚴(yán)格參照儀器說(shuō)明書。根據(jù)PET/CT自動(dòng)分割圖像制定放療計(jì)劃，放療后用微分DVH劑量直方圖評(píng)估正常組織受累劑量。

1.3 觀察指標(biāo)(1)檢查完畢后將CT手動(dòng)分割圖像、PET/CT手動(dòng)分割圖像、PET/CT自動(dòng)分割圖像進(jìn)行同機(jī)融合，觀察比較三種方式所得的靶區(qū)體積，同時(shí)用配套計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算比較三種方式所得的靶區(qū)體積。(2)比較兩組正常組織放療受累劑量，包括肺部、心臟、食管、脊髓。(3)記錄比較兩組放療后2個(gè)月內(nèi)并發(fā)癥的發(fā)生情況，包括放射性肺炎、食管炎、皮疹。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量數(shù)據(jù)均以(±s)的方式表示，采用t檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)組間比較采用χ2檢驗(yàn)。以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)的意義。

2 結(jié) 果

2.1 三種方式所得的靶區(qū)體積比較由圖1～圖2可知，PET/CT自動(dòng)、手動(dòng)圖像幾乎重合，分割所得靶區(qū)體積差異不大，CT手動(dòng)圖像分割所得靶區(qū)體積明顯大于PET/CT自動(dòng)、手動(dòng)圖像分割所得靶區(qū)體積。

圖1 三種方式所得的靶區(qū)體積示意圖。圖2 靶區(qū)體積局部放大圖。紅線為PET/CT自動(dòng)圖像；黃線為PET/CT手動(dòng)圖像；綠線為CT手動(dòng)圖像。

由軟件計(jì)算結(jié)果可知，PET/CT自動(dòng)、手動(dòng)圖像分割所得靶區(qū)體積無(wú)明顯差異(P＞0.05)，且均明顯小于CT手動(dòng)圖像分割所得靶區(qū)體積(P＜0.05)，見(jiàn)表1。

表1 三種方式所得的靶區(qū)體積比較(cm3, x- ±s)

2.2 兩組正常組織放療受累劑量比較研究組肺部、心臟、食管、脊髓正常組織放療受累劑量均明顯低于對(duì)照組(P＜0.05)，見(jiàn)表2。

表2 兩組正常組織放療受累劑量比較(cGy, x-±s)

2.3 兩組放療后2個(gè)月內(nèi)并發(fā)癥比較研究組放療后2個(gè)月內(nèi)總并發(fā)癥發(fā)生率明顯低于對(duì)照組(P＜0.05)，見(jiàn)表3。

表3 兩組放療后2個(gè)月內(nèi)并發(fā)癥比較[n(%)]

3 討 論

NSCL是臨床最常見(jiàn)的肺癌類型，多數(shù)患者發(fā)現(xiàn)較晚，預(yù)后不良，極易錯(cuò)過(guò)手術(shù)時(shí)機(jī)，放療成為該病的主要治療手段之一，但放療波及面廣，副作用大，對(duì)正常組織細(xì)胞也具有一定的破壞作用，因而常引起食欲低下、惡心、嘔吐、口腔潰瘍、脫發(fā)等一系列不良反應(yīng)[6-7]，如何有效減少放療過(guò)程中對(duì)正常組織的破壞成為臨床治療NSCL亟待解決的問(wèn)題。隨著放射影像學(xué)與計(jì)算機(jī)診斷技術(shù)的不斷進(jìn)步，PET/CT圖像分割技術(shù)作為一種先進(jìn)的臨床診療技術(shù)，充分發(fā)揮了PET與CT的優(yōu)勢(shì)，將功能代謝顯像與解剖結(jié)構(gòu)顯像相結(jié)合，能對(duì)病灶有著更高的分辨率和更精準(zhǔn)的定位，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)得到越來(lái)越多專家學(xué)者的認(rèn)可[8-9]。現(xiàn)為探討PET/CT圖像分割技術(shù)在NSCLC患者放療中的應(yīng)用價(jià)值，特做此研究。

本研究結(jié)果顯示，PET/CT自動(dòng)、手動(dòng)圖像分割所得靶區(qū)體積均明顯小于CT手動(dòng)圖像分割所得靶區(qū)體積，提示PET/CT圖像分割技術(shù)能提高NSCLC患者癌灶靶區(qū)的定位精度。究其原因，可能是PET/CT作為PET與CT的組合體，集PET、CT于一身，通過(guò)將微量的正電子核素示蹤劑注入人體，標(biāo)記葡萄糖、蛋白質(zhì)等人體營(yíng)養(yǎng)代謝物質(zhì)作為顯像劑，而后利用病灶對(duì)顯像標(biāo)記物的吸收來(lái)反映其營(yíng)養(yǎng)代謝變化，分辨病灶性質(zhì)[10]，再利用PET設(shè)備對(duì)上述標(biāo)記物在人體各組織器官的分布情況進(jìn)行探測(cè)，最后利用CT技術(shù)對(duì)這些分布有上述核素標(biāo)記物的組織器官部位進(jìn)行精準(zhǔn)定位，從而在清晰反映病灶營(yíng)養(yǎng)代謝變化的同時(shí)，也精確地反映存在惡性病變的靶區(qū)體積，將PET與CT的功能進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，最大限度地發(fā)揮了兩者的技術(shù)優(yōu)勢(shì)[11]。Usuda等[12]研究表明，相較于傳統(tǒng)的CT圖像分割技術(shù)，PET與CT的聯(lián)合分割技術(shù)能更好地反映病灶的解剖結(jié)構(gòu)，確定腫瘤區(qū)域范圍，同時(shí)穩(wěn)定性更佳；Akshima等[13]研究表明，PET/CT聯(lián)合自動(dòng)分割技術(shù)能更清晰地反映病灶輪廓，更準(zhǔn)確地定位正常組織與病變組織的邊界；上述研究報(bào)道均與本研究結(jié)果相一致。

本研究結(jié)果顯示，研究組正常組織放療受累劑量明顯低于對(duì)照組，放療后2個(gè)月內(nèi)總并發(fā)癥發(fā)生率明顯低于對(duì)照組，提示PET/CT圖像分割技術(shù)能降低NSCLC患者放療中正常組織受累劑量，減少放療后相關(guān)并發(fā)癥。探究其機(jī)制，可能是因?yàn)镻ET/CT圖像分割技術(shù)能更為精準(zhǔn)地測(cè)得腫瘤病灶的靶區(qū)體積，確定病變的目標(biāo)范圍，從而能制定更有針對(duì)性的放療計(jì)劃，有的放矢，減少放療過(guò)程中對(duì)無(wú)關(guān)區(qū)域的放射暴露，從而減輕對(duì)正常組織的放射損傷，降低相關(guān)并發(fā)癥[14]。Oikonomou等[15]研究表明，經(jīng)PET/CT圖像分割技術(shù)輔助放療后，肺癌患者的病灶組織細(xì)胞的異質(zhì)性減小，而正常組織的細(xì)胞基底膜損傷減小，放療后惡心、嘔吐、全身乏力、粒細(xì)胞減少等不良反應(yīng)均明顯減輕；Kim等[16]研究表明，相較于傳統(tǒng)分割技術(shù)，PET/CT技術(shù)對(duì)肺癌性結(jié)節(jié)具有更高的診斷特異性與敏感性，邊界對(duì)比度更高，放療后能顯著減少周邊無(wú)關(guān)組織的受照射范圍，減少相關(guān)并發(fā)癥。上述文獻(xiàn)報(bào)道均與本研究結(jié)果相一致。

綜上所述，PET/CT圖像分割技術(shù)能提高NSCLC患者癌灶靶區(qū)的定位精度，降低放療中正常組織受累劑量，減少放療后相關(guān)并發(fā)癥。