4DCT与MR图像形变配准确定原发性肝癌放疗靶区的应用研究

目的 研究应用形变配准技术联合4DCT和MR-T₂图像进行肝癌IGTV制定的可行性。方法 选择2015—2016年间首次放疗的原发性肝癌患者10例,依次完成自由呼吸下4DCT扫描,深吸气状态下MR-T₂像扫描,将4DCT依呼吸时相分为10个序列。应用MIM软件进行图像配准,评价指标为门静脉、腹腔干在三维方向的最大位移及肝脏交叠度。在各序列CT图像上勾画GTV,将4DCT各时相GTV融合为IGTV;将MR-T₂图像形变配准到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 门静脉和腹腔干在x、y、z轴向位移分别为(0.3±0.8)、(0.5±1.5)、(0.7±1.2) mm和(0.8±1.8)、(0.1±1.0)、(0.6±2.0) mm。肝脏交叠度为(115.4±13.8)%。形变配准后4DCT各时相GTV均大于配准前,平均增加8.18%(P<0.05),且各分时相形变后的GTV与MR-T₂图像中勾画体积基本一致。IGTV_DR显著大于形变配准前IGTV体积,平均增加了9.67%(P<0.05)。结论 MR图像能显示比CT更多的信息且表现出更高对比度。勾画GTV时应将MR图像与4DCT图像相结合,基于此获得的IGTV可更好地确定靶区范围和运动轨迹,提高肝癌靶区勾画精度。     

增强扫描对基于4DCT胸段食管癌GTV勾画及IGTV构建的影响

目的 探讨增强扫描与否对基于4DCT勾画的胸段食管癌原发肿瘤各时相GTV差异及对IGTV构建的影响。方法 25例胸段食管癌患者,胸上段8例、胸中段9例、胸下段8例,自由呼吸状态下序贯完成普通4DCT与增强4DCT扫描,同一勾画者按照同一标准先在平扫4DCT各图像上勾画GTV并构建相应IGTV。1个月后同一勾画者再在增强4DCT图像上勾画GTV并构建相应IGTV。结果 基于增强扫描图像勾画的靶区变异系数小于平扫图像勾画的(P=0.000),但胸上、下段食管癌患者二者的GTVz轴长度、GTV、IGTV均相近(P=0.529、0.110;P=0.158、0.416;P=0.147、0.615),而对胸中段食管癌患者二者的GTVz轴长度、GTV、IGTV不同(P=0.005、0.035、0.021)。结论 对胸中段食管癌患者,增强4DCT扫描可减小靶区勾画误差并可构建相对精确的IGTV,而对胸上、下段食管癌患者靶区勾画及IGTV构建无显著影响。     

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。     

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、PET-CT与MRI勾画胸段食管癌大体肿瘤体积比较研究

目的 比较基于4DCT呼气末时相、¹⁸F-FDG PET-CT及T2加权(T2W) MRI所勾画胸段食管癌大体肿瘤体积(GTV)、位置及长度差异,探讨食管癌原发肿瘤GTV勾画时PET-CT与MRI图像结合的必要性。方法 26例拟行同步放化疗的胸段食管癌患者序贯完成增强3DCT、增强4DCT、PET-CT、增强MRI胸部定位扫描,基于3DCT图像形变配准。分别基于3DCT、4DCT的呼气末时相、PET-CT SUV 2.5、T2W-MRI和DWI图像勾画GTV获得GTVCT、GTV50%、GTVPET2.5、GTVMRI和GTVDWI。结果 GTVPET2.5大于GTV50%(P<0.001)和GTVMRI (P=0.008),而GTVMRI与GTV50%接近(P=0.439)。GTVMRI与GTV50%、GTVCT的适形指数(CI)大于GTVPET2.5与GTV50%、GTVCT的(P=0.004、P=0.039),GTVMRI与GTVPET2.5的CI明显小于GTVMRI、GTVPET2.5与GTV50%、GTVCT的(P=0.000~0.021)。镜检长度与GTVPET、GTVDWI长度相近(P>0.05),且GTVPET2.5与GTVDWI长度接近(P=0.072)。结论 基于PET-CT SUV2.5与呼吸门控状态下T2W-MRI所勾画食管癌GTV和空间位置差异明显,PET-CT与MRI结合进行食管癌靶区勾画的必要性尚需探讨,但MRI-DWI可以代替PET-CT帮助基于CT图像勾画GTV时上下界的确定。     

胰腺癌平扫或强化氟脱氧葡萄糖PET-CT图像靶区勾画研究

目的 探讨平扫或强化氟脱氧葡萄糖(FDG) PET-CT图像在胰腺癌靶区勾画中的作用。方法 回顾分析本院 2008—2009年间 21例局部晚期不可切除及术后复发胰腺癌患者资料,以相同固定体位分别行平扫CT、PET,其中 11例之后行强化CT。将扫描数据输入治疗计划系统,行平扫或强化CT、PET图像融合,分别依据强化CT、平扫CT、平扫PET及平扫或强化PET-CT融合图像勾画大体肿瘤体积(GTV),并用配对或成组t检验比较不同图像GTV大小。结果 21例患者平扫 GTV_CT、平扫 GTV_PET、平扫或强化 GTV_PET-CT平均值分别为76.9、47.0、44.5 cm³,平扫 GTV_PET-CT平均体积明显小于平扫GTV_CT (z=－3.91,P=0.000)。11例强化 GTV_CT、强化 GTV_PET、强化 GTV_PET-CT平均体积分别为64.1、45.1、49.3 cm³,强化 GTV_PET-CT平均体积明显小于强化GTV_CT (z=－2.13,P=0.033),强化 GTV_PET-CT平均体积与平扫 GTV_PET-CT相似(z=－0.80,P=0.424)。结论 PET和强化或平扫CT的融合图像能提高不可切除胰腺癌靶区勾画准确性,有望降低放疗不良反应。     

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。     

基于PET-CT与4DCT的NSCLC的PTV比较

目的 比较NSCLC基于FDG PET-CT与4DCT定义的原发肿瘤PTV间位置及体积差异。方法 15例NSCLC患者序贯完成胸部3DCT、4DCT及FDG PET-CT扫描。在4DCT 10个呼吸时相图像上勾画原发肿瘤GTV并融合获得IGTV₁₀。基于PET图像原发肿瘤SUV_max的15%勾画靶区定义为IGTV_PET。分别基于IGTV₁₀、IGTV_PET外扩10 mm得到PTV_4D和PTV_PET。比较PTV_PET与PTV_4D间位置、体积及DI值差异。结果 PTV_PET和PTV_4D中心点位置差异无统计学意义(P=0.589、0.147、0.096)。PTV_PET和PTV_4D体积差异无统计学意义(P=0.156),但5例PTV_PET相对于PTV_4D变化率>20%,10例PTV_PET>PTV_4D,平均增加30%,5例PTV_PET4D,平均减少11%。PTV_4D对PTV_PET的DI平均值为85%,有7%~46%的PTV_PET未能被PTV_4D所覆盖;PTV_PET和PTV_4D间的DI同三维运动矢量无相关性(P=0.134、0.405)。结论 尽管基于FDG PET-CT与基于4DCT所构建NSCLC原发肿瘤PTV中心点位置及体积差异并不显著,但相互DI值所反映的两靶区空间错位明显且这种错位与肿瘤位移大小并无相关性。     

基于自主呼吸控制三维CT分析周围型肺癌四维CT各时相大体肿瘤体积伪影

目的 基于自主呼吸控制(ABC)辅助三维CT (3DCT)探讨周围型肺癌四维CT (4DCT)各时相大体肿瘤体积(GTV)伪影大小及相关因素。方法 19例周围型肺癌患者依次行胸部自由呼吸3DCT (CT_FB)和4DCT及ABC辅助平静吸气末屏气(CT_EIH)和呼气末屏气(CT_EEH)3DCT,分别计算基于CT_FB勾画所得GTV (GTV_FB)和基于4DCT各时相勾画所得GTV与参照GTV (GTV_ref)间相对变异(Dev_ref)。用Spearman法分析GTV_ref与GTV的Dev_max相关性,多元回归分析肿瘤头脚方向运动与Dev_max间相关性。结果 GTV_FB的Dev_ref最大,中位数为17.83%;4DCT中GTV₃₀的Dev_ref最大,中位数为17.20%。GTV_EIH与Dev_max呈负相关(r=－0.691,P=0.001)。GTV_FB及4DCT各时相GTV的Dev_ref与肿瘤头脚方向运动幅度均呈正相关(r=0.323~0.617,P=0.005~0.150)。GTV_ref大小和肿瘤头脚方向运动幅度对Dev_max影响的偏回归系数分别为 －0.500和0.583,P=0.002、0.001。     

基于四维CT和ABC辅助下三维CT确定肝癌内靶区对照研究

目的 比较四维CT (4DCT)和ABC辅助下三维CT (3DCT)两种模拟定位技术,探讨3DCT进行原发性肝癌(HCC)个体化内靶区制定的可行性.方法 选取经导管肝动脉化疗栓塞术后HCC患者15例,依次完成4DCT和自由呼吸(FB)、主动呼吸控制(ABC)辅助下平静吸气末屏气(EIH)、平静呼气末屏气(EEH) 3D...     

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。     

基于四维CT图像的两种形变配准算法比较呼吸运动对肝脏及靶区形态的影响

目的 通过基于四维CT(4DCT)图像改进的demons算法和基于B样条的FFD算法比较研究,探讨呼吸运动对原发性肝癌肝脏及靶区形态的影响。 方法 对8例原发性肝癌患者行4DCT模拟定位,并将4DCT图像依据呼吸曲线均分为10个呼吸时相。采用改进的demons算法和基于B样条的FFD算法配准10个时相的图像。从归一化互信息、Hausdorff距离以及配准时间等方面比较两种方法差异。 结果改进的demons算法较基于B样条的FFD算法的归一化互信息平均提高了4.75%（P=0.002）,Hausdorff距离平均降低了15.2%（P=0.020）,配准时间上也具有显著优势（P=0.036）。 结论呼吸运动造成的正常肝脏及肿瘤靶区位置和形态变化是非常显著的,两种方法均可实现4DCT图像间的形变配准,改进的demons算法在配准精度和速度方面更具优势。     

保乳术后基于4DCT的0%时相及50%时相配准方式比较

目的 探讨基于4DCT的0%时相(CT0)及50%时相(CT50)刚性配准(RIR)与形变配准(DIR)所构建的保乳术后瘤床体积及位置的差异。方法 纳入44例保乳术后行4DCT定位扫描的乳腺癌患者,由同1名放疗科医师分别基于CT0及CT50图像勾画GTV及金属夹。CT0及CT50分别运行RIR与DIR,在CT0上勾画的GTV及金属夹分别通过DIR与RIR映射到CT50。以相似度指数(DSC)、三维空间方向上靶区中心点的位移等指标评估DIR在靶区位置和形态上是否能有效改善CT0及CT50的匹配度。结果 RIR与DIR的平均DSC分别为0.86±0.04、0.87±0.04(P=0.000)。RIR在三维空间靶区中心点的位移明显大于DIR (1.22 mm∶1.10 mm,P=0.000)。在前后方向上GTV及金属夹位移通过RIR的范围明显大于DIR (P=0.000),但在左右及上下方向RIR与DIR的GTV及金属夹位移范围相近(P均>0.05)。结论 DIR可以改善4DCT的CT0及CT50配准时靶区的重合度。基于DIR测量呼吸运动所致的GTV及金属夹在前后方向上的位移明显优于RIR。     

基于放疗中重复四维CT的食管癌大体肿瘤体积位移变化的比较研究

目的 基于重复四维CT (4DCT)模拟定位增强扫描探讨放疗中胸段食管癌原发肿瘤分次放疗内靶区位移变化。方法 29例胸段食管癌患者分别于放疗前及放疗10、20、30次时行4DCT模拟定位增强扫描,获得各时相原发肿瘤大体肿瘤体积(GTV)及内大体肿瘤体积(IGTV)。比较同次4DCT扫描所得胸上、中、下段食管癌GTV三维方向位移差异,各时段4DCT扫描所得同段食管癌GTV间同一方向位移差异及疗程中IGTV空间位置和体积变化。结果 胸中段患者初次及放疗20次时GTV位移在左右、前后、上下方向均不同(P=0.000~0.016),放疗10次时GTV位移上下与左右、前后方向均不同(P=0.000~0.006);胸下段患者初次及放疗10、20次时GTV位移上下与前后方向也不同(P=0.004~0.013);放疗疗程中不同治疗时段间GTV同一方向位移均相似(P=0.102~0.823)。疗程中IGTV空间位置变化不明显(P=0.689~0.999),而其体积在放疗20次时缩小最明显(P=0.012~0.029)。结论 放疗疗程中不同时段同一部位食管癌同一方向位移变化并不明显,尽管放疗20次时IGTV明显缩小但疗程中其空间位置变化不大。