三维CT与四维CT确定食管癌原发肿瘤内在大体肿瘤体积比较研究

目的 比较基于三维CT (3DCT)和四维CT (4DCT)4种方法确定的食管癌内在大体肿瘤体积(IGTV)位置、体积及匹配指数(MI)的差异。方法 13例食管癌患者于同次CT模拟定位时序贯完成3DCT和4DCT扫描,并依据国际抗癌联盟或美国癌症研究联合会食管分段标准分为胸上段组(A组)和胸中下段组(B组)。采用4种方式获得IGTV:4DCT 10个呼吸时相的GTV融合得到IGTV₁₀;0%和50%时相融合得到IGTV₂;在最大密度投影(MIP)图像上勾画得到IGTV_MIP;基于3DCT图像上GTV依据4DCT图像测得的靶区运动范围外扩得到IGTV_3D。结果 A组左右、前后、上下方向位移差异无统计学意义(0.11、0.09、0.18 cm,χ²=1.06,P=0.589);B组上下方向位移>左右、前后方向(0.47、0.15、0.12 cm,χ²=12.00,P=0.002)。A组IGTV₁₀与IGTV₂、IGTV_3D靶区中心三维方向位移差异均无统计学意义(t=－2.24~0.00,P=0.089~1.000),MI分别为0.88、0.54。B组IGTV₁₀和IGTV_3D靶区中心左右、前后、头脚位移差异无统计学意义(t=－0.80、－0.82、－1.16,P=0.450、0.438、0.285),MI为0.59;而IGTV₁₀和IGTV₂靶区中心位移在左右方向差异有统计学意义(t=2.97,P=0.021),MI为0.86。IGTV_MIP体积10(t=－2.84,P=0.025),IGTV_MIP和IGTV₁₀靶区中心左右、前后、头脚位移差异无统计学意义(t=－0.25、0.84、－1.22,P=0.809、0.429、0.263),IGTV₁₀对IGTV_MIP的MI为0.78。结论 对胸段食管原发肿瘤,基于4DCT图像进行靶区勾画在保证靶区覆盖率的同时缩小了内靶体积,但IGTV₂ 和IGTV_MIP均不能包含食管原发肿瘤的全部运动信息。     

4DCT MIP图像与FDG PET-CT不同SUV阈值勾画NSCLC IGTV的比较研究

目的 比较NSCLC基于4DCT MIP图像与FDG PET-CT不同SUV阈值勾画所得靶区间体积及位置差异。方法 10例NSCLC患者序贯完成胸部3DCT、4DCT增强扫描并基于相同体位固定方式及定位参数行FDG PET-CT扫描。在4DCT MIP图像上勾画IGTV_MIP,分别基于PET图像9种不同阈值自动勾画及手动勾画10种IGTV_PET(IGTV_PET2.0、IGTV_PET2.5、IGTV_PET3.0、IGTV_PET3.5、IGTV_PET20%、IGTV_PET25%、IGTV_PET30%、IGTV_PET35%、IGTV_PET40%、IGTV_PETman)。配对t检验比较IGTV_PET与IGTV_MIP靶区位置、体积、包含度及匹配指数差异。 结果 10种 IGTV_PET与IGTV_MIP 中心点坐标仅在z轴差异有统计学意义(P=0.014~ 0.044)。IGTV_{PET2.0 及IGTVPET20% 与IGTVMIP体积大小最接近,体积比分别为1.02和1.06(P= 0.806)。IGTVPET2.0与IGTVMIP 及IGTVPET25%与IGTVMIP 的匹配指数最高,分别为0.46和0.45(P=0.603 )。IGTVMIP 对IGTV PET20% 及IGTVPET2.0 的包含度最高,分别为0.61 和0.61 (P=0.963 )。 结论 基于PET SUV值2.0及最大值的20%勾画的IGTVPET 与基于4DCT MIP图像构建的IGTVMIP 体积大小最接近、空间错位也相对较少,但就空间位置而言,两者均不能替代IGTVMIP 。基于PETCT勾画NSCLC原发肿瘤靶区时,选择合适的SUV值的同时要参照4DCT进行靶区位置校正。}     

3DCT、4DCT和PET-CT定义的胸段食管癌PTV比较研究

目的 探讨基于PET-CT图像SUV≥2.5、20%或25%SUV_max与基于3DCT、4DCT构建的胸段食管癌PTV位置及体闫积差异性。方法 18例胸段食管癌患者序贯完成3DCT、4DCT、FDG PET-CT 胸部定位扫描。3DCT图像常规外扩获得PTV_3D;PTV_4D通过10个时相靶区融合获得;基于SUV≥2.5、20%或25%SUV_max分别得到IGTV_PET2.5、IGTV_PET20%、IGTV_PET25%,分别将这3个靶区上下方向外扩3.5 cm,左右前后方向外扩1 cm得到PTV_PET2.5、PTV_PET20%、PTV_PET25%。结果 PTV_3D体积显著大于PTV_4D和PTV_PET(P=0.000~0.044),而PTV_PET和PTV_4D相近(P=0.216~0.633)。PTV_3D、PTV_4D相互间DI分别为0.70、0.95,同三维运动矢量呈负相关(P=0.039)。PTV_PET2.5、PTV_PET20%、PTV_PET25%相互间DI分别为0.74、0.72、0.78、0.73、0.77、0.70,同三维运动矢量无相关性(P=0.150~0.822)。PTV_3D、PTV_PET间相互DI分别为0.86、0.84、0.88、0.63、0.67、0.59。结论 由于各自所包含的靶区信息差异等原因,基于3DCT、4DCT及PET-CT构建的胸段食管癌PTV在空间上很难达到完全重合。利用自由呼吸状态下PET扫描图像来构建胸段食管癌PTV尚需慎重。     

基于PET-CT的SUV值与基于4DCT的EE时相勾画胸段食管癌GTV相关性分析

目的 探讨基于PET-CT图像SUV阈值≥2.0及20%SUV_max与基于4DCT的EE时相图像勾画胸段食管癌原发肿瘤GTV相关性因素。方法 22例胸段食管癌患者序贯完成3DCT、4DCT、FDG PET-CT 胸部定位扫描。基于4DCT的EE时相图像勾画GTV_50%。基于SUV≥2.0、20%SUV_max分别在PET图像上勾画IGTV_PET并分别命名为IGTV_PET2.0、IGTV_PET20%。获得GTV_50%最大横径、GTV_50%大小、上下方向位移、三维运动矢量和SUV_max。结果 IGTV_PET2.0、IGTV_PET20%与GTV_50%间体积比与GTV_50%最大横径、GTV_50%大小、上下方向位移、三维运动矢量均无相关性(P=0.055~0.932);IGTV_PET2.0、IGTV_PET20%与GTV_50%间CI与GTV_50%最大横径、GTV_50%大小、上下方向位移、三维运动矢量均有相关性(P=0.005~0.033);IGTV_PET20%与GTV_50%间体积比、CI与SUV_max均有相关性(P=0.001、0.016)。结论 基于PET-CT图像构建的IGTV并不能客观真实反映肿瘤空间位置变化及运动信息,而且单一数值的SUV阈值选取也是不可靠的。构建食管癌原发肿瘤靶区时应依据4DCT所构建IGTV纠正PET-CT所构建IGTV边界及其位置。     

基于3DCT、4DCT和CBCT增强扫描测量正常食管壁厚度的研究

目的 比较3DCT、4DCT和CBCT增强扫描图像测量的正常食管壁厚度,为食管癌靶区的勾画提供参考。方法 对2009—2016年间50例肺癌或转移性肺癌患者行胸部增强3DCT、4DCT模拟定位扫描,并于首次3DCRT时进行增强CBCT扫描。分别在3DCT、4DCT呼气末时相(4DCT₅₀)、4DCT最大密度投影图像(4DCT_MIP)及CBCT图像上勾画正常食管,逐层测量各段食管壁厚度取平均值。对同段食管在不同CT图像上管壁厚度的比较行成组t检验,对不同段食管在同种CT图像上管壁厚度的比较行单因素方差分析。结果 3DCT与4DCT₅₀图像间胸段及腹段食管壁厚度差异无统计学意义(P=0.056~0.550);3DCT与4DCT_MIP、CBCT图像间胸段和腹段食管壁的厚度差异有统计学意义(P=0.000~0.004);4DCT_MIP与CBCT图像间胸上、中段食管壁厚度差异有统计学意义(P=0.008、0.001)。在3DCT、4DCT_MIP、4DCT₅₀图像上,胸下段食管壁均较胸上、中段厚(P=0.008~0.041),腹段食管壁较胸段厚(P均=0.000);在CBCT图像上,胸上、中、下段之间的差异均无统计学意义(P=0.088~0.945)。结论 在3DCT、4DCT₅₀图像上勾画胸段食管原发肿瘤GTV时正常食管壁厚度的判断可以使用同一标准,但在4DCT_MIP、CBCT图像上采用5 mm作为勾画GTV时正常食管壁厚度的判定标准尚需谨慎。     

基于4DCT探讨放疗中食管癌GTV50及IGTV空间位置及重合度变化

目的 基于4DCT模拟定位增强扫描探讨放疗不同时段胸段食管癌GTV₅₀、IGTV空间位置及重合度变化。方法 对33例胸段食管癌患者于放疗前及放疗10次、20次时行4DCT模拟定位增强扫描,分别在每次扫描各时相图像上勾画食管癌GTV₅₀并构建IGTV。比较不同时段靶体积大小、DI和MI。结果 疗程中GTV₅₀、IGTV体积均呈递减趋势,两靶区中心点位置变化均不明显。初始靶区对放疗10次、20次GTV₅₀的DI分别为0.75、0.63(P=0.000),IGTV的分别为0.79、0.66(P=0.000);GTV₅₀的MI分别为0.61、0.56(P=0.002),IGTV的分别为0.68、0.58(P=0.005)。两靶体积比变化与初始各靶区对疗程中各靶区DI变化均呈正相关(r=0.632,r=0.783),与MI亦均呈正相关(r=0.387,r=0.483),三维运动矢量与MI均呈负相关(r=－0.455,r=－0.438)。结论 胸段食管癌原发灶常规剂量分割放疗时GTV₅₀、IGTV空间位置变化均<0.8 cm,同时放疗中靶区退缩致使靶区DI及MI出现不同程度下降。     

3DCT和4DCT扫描下不同运动频率对运动中大体肿瘤体积的影响

目的 探讨不同运动频率下基于3DCT和4DCT扫描所构建的运动肿瘤体积和中心点坐标位置差异。方法 利用Modus公司呼吸运动平台和8个不同形态和体积模体模拟肺部肿瘤运动,在10、15、20 次/min运动频率下分别行3DCT和4DCT扫描,依次勾画3种运动频率下GTV₁₀、GTV₁₅、GTV₂₀和IGTV₁₀、IGTV₁₅、IGTV₂₀并得到中心点坐标位置,对GTV₁₀、GTV₁₅、GTV₂₀、IGTV₁₀、IGTV-15、IGTV₂₀、中心点坐标位置值行Friedman检验。结果 GTV₁₀、GTV₁₅、GTV₂₀分别为(12.41±14.26)、(10.38±11.18)、(12.50±15.23) cm³(P=0.687),x轴位置值分别为(-8.2±96.2)、(-8.6±96.1)、(-8.6±95.7) mm (P=0.968),y轴为(108.2±25.0)、(110.4±22.5)、(109.0±24.2) mm (P=0.028),z轴为(65.2±13.7)、(65.4±13.4)、(65.4±13.2) mm (P=0.902)。3种运动频率下IGTV分别为(17.78±19.42)、(17.43±19.56)、(17.44±18.80) cm³(P=0.417),x轴位置值分别为(-7.7±95.9)、(-7.9±95.6)、(-7.9±95.1) mm (P=0.325),y轴为(109.4±24.5)、(109.6±24.1)、(109.2±24.3) mm (P=0.525),z轴为(65.5±13.3)、(65.6±13.4)、(65.5±13.3) mm (P=0.093)。结论 胸部肿瘤模拟定位时,呼吸运动频率对4DCT扫描靶区构建无明显影响;不同呼吸频率下所构建的3D靶体积大小差别不明显,但对靶区中心点y轴位置影响明显。     

三维运动模体的4DCBCT与4DCT图像配准

目的 研究4DCT与4DCBCT对三维运动模体的成像和配准精度。方法 对CIRS008A模体进行4DCT和4DCBCT扫描。用直径1、2 cm小球模拟不同大小肿瘤,设置小球在三维方向作正弦运动(上下、前后和左右方向振幅分别为±1.0、±0.4、±0.2 cm),运动周期为4 s。勾画图像中的10个时相靶区、IGTV、MIP及平均密度投影(MeanIP)的靶区并测量体积。对4DCT与4DCBCT图像靶体积与小球静止体积V_S及运动体积V_D相比较;刚性配准后分析4DCT与4DCBCT图像靶区的匹配度(MI)。结果 图像中各时相的靶体积均>V_S。小体积小球的4DCT与4DCBCT图像各时相体积均值相对于V_S的变化(35.03%和32.62%)大于大体积小球 22.66%和17%)。ITV和MIP靶区体积略>V_D,MeanIP靶区体积D。小体积小球各时相靶区的平均MI (66.76%)小于大体积小球MI (82.21%);同时IGTV、MIP、MeanIP的MI (77.39%、75.90%、74.47%)也小于大体积小球的IGTV、MIP、MeanIP (90.29%、89.28%、82.74%)。结论 在肿瘤体积较小、运动幅度较大的情况下,谨慎使用4DCT与4DCBCT进行相互间配准比较。     

4DCT全时相与PET-CT不同SUV阈值勾画胸段食管癌IGTV的比较研究

目的 比较基于4DCT 10个时相与基于PET-CT不同SUV值勾画的IGTV的大小和CI、DI值。方法 15例胸段食管癌患者序贯完成3DCT、4DCT、FDG PET-CT 胸部定位扫描。在4DCT各时相图像上分别勾画IGTV并融合获得IGTV₁₀。基于不同SUV值(≥2.0、2.5、3.0、3.5)及 SUV_max的不同百分比(≥20%、25%、30%、35%、40%)分别在PET图像上勾画IGTV_PET2.0、IGTV_PET2.5、IGTV_PET3.0、IGTV_PET3.5、IGTV_PET20%、IGTV_PET25%、IGTV_PET30%、IGTV_PET35%、IGTV_PET40%。两两比较采用配对t检验,靶区中心间距与CI、DI值相关性采用Pearson法分析。结果 IGTV_PET2.5、IGTV_PET20%与IGTV₁₀体积相近(体积比0.92、1.08,P=0.985、0.886),IGTV_PET2.0、IGTV_PET2.5、IGTV_PET20%与IGTV₁₀间CI值也相近(0.53、0.52、0.53,P=0.432,1.00,0.414),但三者均明显大于其他6个IGTV_PET与IGTV₁₀间的CI值(0.33~0.50,P=0.000~0.047)。IGTV_PET2.5对IGTV₁₀的DI (0.74)与IGTV_PET20%对IGTV₁₀的DI (0.72)也相近(P=0.542),IGTV₁₀对IGTV_PET2.5的DI (0.67)与IGTV₁₀对IGTV_PET20%的DI也相近(P=0.539)。结论 SUV阈值为2.5及最大值的20%时,基于PET-CT勾画的IGTV_PET与基于4DCT 10个时相构建的IGTV₁₀体积大小接近且空间错位程度相对较小。     

基于形变配准获得的强化4DCT制定肝癌个体化IGTV可行性研究

目的 研究基于形变配准技术实现的强化4DCT进行HCC个体化IGTV制定的可行性。方法 选择首次放疗的HCC患者 10例,依次完成自由呼吸下4DCT扫描,ABC辅助下平静EI屏气3DCT平扫和动脉期强化扫描,将4DCT依呼吸时相分为10个序列。在各序列CT图像中勾画GTV和肝脏,将4DCT各时相GTV融合为IGTV₁;将强化3DCT的GTV形变配准到4DCT各时相图像上,获得10个GTV_DR,并融合为IGTV_DR。配对t检验比较不同靶区体积差异。结果 4DCT和平扫3DCT在肝癌靶区勾画时较难确定靶区边缘。强化3DCT可清晰显示肿瘤边缘,GTV较4DCT和平扫3DCT平均增加了37.99%(P=0.002)。形变配准后4DCT各时相GTV平均增加了36.34%(P=0.011),与强化3DCT的基本相当(P=0.632)。IGTV_DR较IGTV₁平均增加了19.91%(P=0.017)。结论 形变配准技术结合强化3DCT和4DCT图像实现的强化4DCT图像可显著提高HCC的IGTV勾画精度。     

三维CT与四维CT确定胸段食管癌计划靶体积比较研究

目的 比较基于三维CT (3DCT)和四维CT (4DCT)构建的胸段食管癌原发肿瘤计划靶体积(PTV)的位置及体积差异性。
方法 43例胸段食管癌患者于同次CT模拟定位时序贯完成3DCT和4DCT扫描。通过4DCT获取自由呼吸状态下靶区中心点三维方向最大位移,依据靶区位移不均匀外扩获取PTV 3D ,常规外扩获取PTV conv ,PTV 4D 则通过4DCT的10个时相靶区融合获得。
结果 胸上、中、下段食管癌患者PTV3D和PTVconv与PTV4D中心点位置差异三维方向上中位数均<03cm,PTV4D/PTV3D分别为0.80、0.88、0.71,PTV4D/PTVconv分别为0.67、0.73、0.76(χ2=－3.18、－2.98、－3.06,P=0001、0003、0002)。胸上、中、下段食管癌PTV3D与PTV4D靶区相似度中位数分别为0.87、0.90、0.81,PTVconv与PTV4D的分别为0.80、0.84、0.83(χ2=－3.18、－2.98、－3.06,P=0.001、0.003、0.002)。三组患者PTV3D及PTVconv对PTV4D的包含度差异均<2%。胸上、中段食管癌PTV3D造成正常组织受照体积比PTVconv降低了11.81%、11.86%,胸下段食管癌增加了2.93%。
结论 对胸中上段食管癌3DCT不均匀外扩构建的PTV与4DCT构建的PTV符合度较好,对胸下段食管癌常规外扩构建的PTV与4DCT构建的PTV符合度相对较为理想。     

保乳术后放疗四维CT呼气末术腔勾画影响因素分析

目的 基于四维CT (4DCT)探讨CT层厚、术腔可见度评分(CVS)及金属夹个数对保乳术后术腔(LC)勾画的影响。方法 术腔放置金属夹数目≥5个的35例保乳术后患者入组行4DCT扫描,全部患者均于T₅₀时相图像上勾画LC。分别依据CT层厚、CVS及金属夹个数对患者进行分组,评价不同组间勾画者间及勾画者自身LC差异(Δ_inter和Δ_intra)及LC间相似度(DSC)。     

应用4DCT技术确定食管癌放疗靶区及其剂量学研究

目的 比较胸中下段食管癌3D、4D放疗计划的靶区大小、靶区位移及相关剂量学差异,评估4D计划的临床价值。方法 2012年内 19例胸中下段食管癌患者分别在同次CT模拟定位时序贯行3D、4D扫描,模拟勾画二者靶区及OAR。设计3D计划和4D计划,比较3D计划与4D计划靶体积、中心点位移及OAR剂量学差异。在各项参数相同下将3D计划平移至4DCT形成3DC计划,并比较3DC计划与3D计划靶区剂量学差异。采用配对t检验或Wilcoxon符号秩检验两套计划差异。结果 全组4DCT的PTV大于3DCT (195.19 cm³∶175.67 cm³,P=0.001)。10例胸中段食管癌中心点位移仅左右方向不同(位移为0.25 cm,P=0.014)。9例胸下段食管癌中心点位移3个方向差异无统计学意义(P=0.722、0.307、0.208)。19例胸中下段食管癌3DC计划中 V₁₀₀、V₉₅、V₉₀均低于3D计划(88.62%∶95.69%,P=0.000;95.17%∶99.79%,P=0.001;97.19%∶99.99%,P=0.001)。全组4D计划两肺 V₅、V₂₀及心脏 D_mean均高于3D计划(39.49%∶37.44%,P=0.016;19.93%∶18.87%,P=0.018及2607.74 cGy∶2389.16 cGy,P=0.004),但均未超出剂量限制范围。结论 4DCT定位技术能准确确定胸中下段食管癌靶区个体化外扩边界,4D计划因靶区增大虽使肺受量增加但在剂量限制范围内,4D计划使心脏受量增加应引起注意。     

四维CT测量平静呼吸下原发胸段食管肿瘤运动的初步研究

目的 采用四维CT(4DCT)探讨平静呼吸状态下原发食管肿瘤的运动特征.方法 16例原发食管癌患者在平静呼吸体位下采用4DCT采集原发灶运动信息,并在每个患者10套图像上勾画大体肿瘤体积(GTV1～GTV10),测量并记录每个中心点坐标,计算每个中心点在不同呼吸时相的移动距离,分析胸部各段食管肿瘤运动特征.结果 呼气相和吸气相双肺、食管癌原发灶体积分别为2993.50 cm3和3362.12 cm3(t=12.36,P=0.000)、35.00 cm3和34.84 cm3(t=-0.61,P=O.546).食管癌靶区中心在左右、前后、头脚方向总移动峰值分别为0.65、0.55、2.03 mm(F=41.14,P=0.000),胸上段的分别为0.50、0.48、1.23 mm(F=5.45,P=0.017),胸中段的为0.68、0.62、1.97 mm (F=27.74,P=0.000),胸下段的为0.72、0.38、3.05 mm(F=15.61,P=0.000).结论 胸段食管肿瘤左右、前后方向运动幅度较小,头脚方向运动幅度较大,不同段病灶运动也有所不同.

Abstract：

Objective To investigate the motion characteristics of primary thoracic esophageal carcinoma with four-dimensional computed tomography(4DCT).Methods Sixteen patients with primary thoracic esophageal carcinoma received respiratory gated 4DCT imaging,mapping the GTV1-GTV10 on every patient's each subsequent CT image of 10 images in the full-respiratory phase,and measuring the displacement of each centre of GTV.These displacements and directions were analyzed on different segments of esophagus.Results The mean total lung volume and GTV volume was 2993.5 cm3,35.00 cm3 and 3362.12 cm3,34.84 cm'respectively on end-expiration and end-inspiration phases(t=12.36,P=0.000and t=-0.61,P=0.546).The total mean peak to peak displacement of GTV were 0.65 mm,0.55 mm,and 2.03 nnn in x,y-and z-axis direction,respectively(F=41.14,P=0.000).The motion in x-axis,y-axis and z-axis were 0.50 mm,0.48mm,1.23 mm in the upper segment(F=5.45,P=0.017),0.68 mm,0.62 mm,1.97 mm in the middle segment(F=27.74,P=0.000),0.72 mm,0.38 mm,3.05 mm in the lower segment,respectively(F=15.61,P=0.000).Conclusions The displacement of tumor in z axis is more notable than x-,y-axis in thoracic esophageal carcinoma.The displacement of tumor x-,y-and z-axis is different in different segment of thoracic esophageal carcinoma.     

四维CT测得部分乳腺外照射者基于金属夹与血清肿确定术腔体积及位置关系比较研究

目的 比较部分乳腺外照射患者四维CT (4DCT)测得的基于金属夹与血清肿所确定的术腔体积及位置关系。方法 在15例乳腺癌患者4DCT 图像上分别基于术腔各边界金属夹、血清肿、结合金属夹和血清肿勾画大体肿瘤体积并定义为GTV_C、GTV_S和GTV_C+S。测定GTV_C、GTV_S和GTV_C+S的体积、适形指数(CI)及三者间包含度(DI)。三者间体积、CI值比较行方差分析,DI值比较采用配对t检验,DI、CI值与靶区中心间距相关分析用Pearson法。结果 GTV_C、GTV_S和GTV_C+S的体积分别为23.15、19.27 cm³和24.60 m³(P=0.000)。GTV_C与GTV_S、GTV_C与GTV_C+S、GTV_S与GTV_C+S间的CI分别为0.36、0.60、0.53(P=0.000)。DI显示GTV_S对GTV_C的优于GTV_C对GTV_S的(0.67比0.48,P=0.000),GTV_C对GTV_C+S的优于GTV_C+S对GTV_C的(0.82比0.71, P=0.000),GTV_S对GTV_C+S的优于GTV_C+S对GTV_S的(0.91比0.52,P=0.000)。DI、CI值与靶区中心间距均呈负相关(所有P=0.000)。结论 基于金属夹与血清肿及结合金属夹和血清肿勾画术腔靶区既存在体积差异又存在空间错位。