四维CT技术在放疗中的应用

时飞跃，陈 飞，林 强，陈 成，茹正兴，韩晶晶，陈锦飞

四维CT技术在放疗中的应用

时飞跃，陈 飞，林 强，陈 成，茹正兴，韩晶晶，陈锦飞

介绍了四维CT技术在国内肿瘤放疗中的应用现状，阐述了四维CT图像采集的软件参数设置方法和具体操作步骤，以及使用四维CT图像勾画肿瘤靶区的应用方法，以期提高诊断的准确率，更好地为临床服务。

四维CT；放射治疗；呼吸门控系统

0 引言

随着现代计算机技术和医学影像技术的发展，肿瘤放射治疗步入了精确放疗时代。患者器官生理运动导致的靶区移动是影响精确放疗的重要因素。造成靶区移动的原因有多种，其中以呼吸运动最为显著[1]。ICRU 62号报告提出内靶体积（internal targetvolume，ITV）的概念，定义为正常器官生理运动而导致的临床靶区体积（clinical target volume，CTV）在三维空间上的变异。近年来出现的四维CT（four-dimensional computed tomography，4D-CT）技术，能够记录患者的呼吸运动并将时间信息整合到CT图像中，得到与呼吸运动相伴随的空间运动特征及呼吸周期各个时相的三维CT影像[2]。四维CT不仅能真实再现肿瘤的形态，而且能反映肿瘤的运动规律，物理师和剂量师可据此进行个体化的放疗计划设计。四维CT技术已被应用于胸腹部肿瘤（肺癌、乳腺癌、食管癌等）的治疗和研究工作中[3-4]。已有的文献研究工作中，国内放疗部门进行四维CT扫描，使用的多是飞利浦和GE的大孔径CT模拟机，使用西门子大孔径CT模拟机进行四维CT扫描的工作鲜有报道[1，3-4]。我部门配备了西门子大孔径CT模拟机和瓦里安实时位置管理（real-time position management，RPM）系统，实现了对肿瘤患者四维CT图像的采集和应用。

1 设备

（1）CT模拟机：西门子公司生产的SOMATOM Sensation Open CT模拟机，机架孔径82 cm。除主机和辅机工作站外，还配有一台具有虚拟模拟软件的Vsim工作站。（2）治疗计划系统：瓦里安Eclipse治疗计划系统，版本为8.6。（3）呼吸门控系统：瓦里安RPM呼吸门控系统，包括红外线摄像机、含有荧光标记点的轻质塑料块及RPM工作站等。其中一台RPM工作站位于CT模拟机控制室内，RPM软件版本为1.7。

2 四维CT图像的采集

2.1 参数设置

在CT主机工作站上，通过Options/Configuration…菜单打开Somaris/5-Configuration Panel工作窗口，双击其上的“Respiratory Gating”图标，在弹出的“Respiratory Gating”对话框上，确认Open Interface条目被选中。

在CT控制室里的RPM工作站上，打开RPM Respiratory Gating System 1.7程序窗口界面，通过View/System Configuration..菜单打开“System Configuration（系统配置）”对话框，点击“Advanced..”按钮，在输入密码后弹出“Advanced Options（高级选项）”对话框，确认在System Type（系统类型）中，CTRetrospective选项被选中。

将CT主机工作站H盘里的OffLine文件夹映像为RPM工作站上的J盘。在RPM Respiratory Gating System 1.7程序的系统配置中，Export file location（输出文件位置）设定为J盘。这样设置是为了将RPM系统记录的患者呼吸运动曲线保存在J盘（即OffLine文件夹）里，供重建CT图像时调用。

以上为比较重要的3个参数设置。其余的参数设置，根据厂家工程师的建议及本部门的具体情况选择和设定。例如，在RPM工作站呼吸运动曲线文件的输出文件名格式，我们选择PatientID_Session Number.vxp。

2.2 患者摆位

在CT控制室里，打开CT主机工作站和RPM工作站的相应程序，录入患者姓、名、ID号等信息，进入工作界面。在CT模拟机房里，将RPM系统的红外线摄像机放置在CT扫描床床尾并固定。放疗技师对CT扫描床上的患者进行摆位，然后在患者胸腹部的适当位置放置一个轻质塑料块。该轻质塑料块上有2个荧光标记点，打开红外线摄像机，探测轻质塑料块上的荧光标记点。2个荧光标记点随患者呼吸而形成运动轨迹被转换为呼吸运动信息，用以表示呼吸周期长度及呼吸运动幅度，这些都在RPM工作站的程序界面上被同步显示。图1为RPM程序界面显示的某位患者的呼吸运动曲线。

图1 RPM工作站显示的某位患者的呼吸曲线

2.3 CT扫描

在CT主机工作站上，选择患者的体位和扫描协议。对用呼吸门控且每分钟呼吸次数大于12的情形（常见），选用Resp扫描协议。该扫描方案默认的一些扫描参数为：管电压为120 kV，有效曝光量为400mAs，层厚为3.0mm，重建增量为2.0mm，卷积核为B30f。对用呼吸门控且每分钟呼吸次数大于6且小于12的情形，选用Resp Low Breath Rate扫描方案。具体应用时可根据实际情况更改扫描协议中的一些参数。

操作CT机，首先获取患者的定位像（topogram），然后在患者定位像上选择扫描范围。确认RPM工作站程序处于Record状态后，使用呼吸门控扫描协议（通常为Resp）对患者进行螺旋CT扫描。与一般的螺旋CT扫描相比，使用呼吸门控扫描的时间更长。扫描范围为30 cm的情况下，约需53 s完成。螺旋扫描结束后，在RPM程序上按“Stop”按钮结束监测呼吸运动，并将呼吸运动数据保存为后缀为“.vxp”的文件（例如某文件名为“0241_34.vxp”）至J盘（即OffLine文件夹）中。

2.4 图像重建

在CT主机工作站上，将存至OffLine文件夹中的患者呼吸运动曲线文件导入，这时在Trigger（触发）卡上可见导入的患者呼吸运动曲线。在Phase Start（相位启动）后，选择“%Pi”并填入想要重建的呼吸时相数字，点击“Recon”按钮，重建该时相的CT图像。可以选择以10%为时相间隔将每个呼吸周期图像分为10个呼吸时相，从0%、10%、20%……，至90%结束。也可以以其他时相间隔分割呼吸周期。图2为某患者以25%的时相间隔分割呼吸周期的示意图。

图2 某位患者的呼吸曲线及重建相位

3 靶区勾画

首先，将患者的四维CT图像传输并导入至E－clipse治疗计划系统。图像导入时，四维CT图像与普通三维CT图像略有不同。Eclipse会自动将属于同一组不同呼吸时相的三维CT图像导入并登记（register）为一个四维图像。例如，某位患者的四维图像4D_CT1，包含4套三维CT图像CT25、CT50、CT75和CT100（分别代表呼吸相位25%、50%、75%和100%的三维CT图像）。

然后，放疗医师打开Eclipse的Countoring工作界面，在四维图像中每一套呼吸时相的三维CT图像上，使用勾画工具勾画出肿瘤临床靶区CTV。待所有CTV结构勾画完毕，选择将用来制作治疗计划的那一套三维CT图像，在其结构集合（Structure Set）上建立一个空的结构Sum CTV（或ITV）。选中该结构并点击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择4D Structure Merge…，则弹出“4D Structure Merge”对话框。在对话框上先在Createmerge of下拉列表中选择Sum CTV（或ITV），然后在Using images复选框中选择各呼吸时相的三维CT图像，选择完毕点击“OK”按钮，则选取的各套CT图像中的CTV结构合并得到Sum CTV（或ITV）。Sum CTV（或ITV）的体积比各套CT图像中CTV的体积都要大，例如某位患者 4套 CT图像中 CTV的体积分别为 260.31、263.30、261.47和 258.79 cm3，Sum CTV的体积为406.79 cm3。

最后，放疗医师根据本部门的摆位误差数据对Sum CTV（或ITV）外放一定的边界得到计划靶区体积（planning targetvolume，PTV）。肿瘤靶区和关键

（►►►►）（◄◄◄◄）器官组织勾画完毕后，物理师开始制作放疗计划。

4 讨论

我部进行四维CT扫描用到了西门子和瓦里安2家公司的硬件设备和应用软件。在应用中，这2家公司的设备需要进行数据信息交换。为此，在装机准备阶段，2家公司的多位工程师和应用培训人员以及我部的放疗工作人员，共同合作解决了多项问题，才最终实现了四维CT图像的采集和应用。

在呼吸周期中，时相为0%、10%、20%至90%的10套CT图像上勾画肿瘤靶区和正常组织器官，工作量非常繁重，在实际工作中不易实施。较为简化的方法是，何瀚等推荐以平静呼气末和吸气末以及中间状态20%时相3个时相的融合图像代表整个呼吸周期[1]。文献还表明，4DCT平均肺体积与对应的呼吸时相在20%、30%和80%时相接近，提示该3个时相可作为放疗计划剂量计算时相的选择。在具体应用中，我部倾向于使用0%、25%、50%和75%时相的4套CT图像；在选取放疗计划剂量计算时相时，倾向于选择25%或75%时相的CT图像。

本文介绍了使用西门子CT模拟机和瓦里安RPM呼吸门控系统进行四维CT图像采集和靶区勾画的参数设置、操作步骤和应用情况。四维CT的实现和应用，将患者呼吸运动因素融入了重建的CT图像中，克服了普通三维CT图像在这方面的不足。放疗工作人员要运用好这一工具，更好地为广大肿瘤患者服务。

志谢 衷心感谢江苏省肿瘤医院吴建峰主任、陈诚医生和尹丽医生在四维CT应用工作中的帮助和支持。

[1]何瀚，包勇，张黎，等.四维CT中MIP融合图像的肺癌内靶体积确定[J].中国肿瘤，2007，16（4）：267-271.

[2]张书旭，周凌宏，徐海荣，等.4D-CT重建及其应用研究新进展[J].中国医学物理学杂志，2009，26（2）：1 046-1 050.

[3]肖锋，谭丽娜，孙晓欢，等.呼吸运动对肺癌动态调强放疗剂量分布的影响[J].现代肿瘤医学，2012，20（3）：608-611.

[4]王素贞，李建彬，张英杰，等.基于3D-CT与4D-CT勾画保留乳房手术后全乳靶区的比较研究[J].中华乳腺病杂志：电子版，2012，6（5）：494-503.

（收稿：2013-07-11 修回：2013-12-10）

Application of 4D-CT technique in radiotherapy

SHIFei-yue,CHEN Fei,LIN Qiang,CHEN Cheng,RU Zheng-xing,HAN Jing-jing,CHEN Jin-fei
（Center of Radiation Therapy,Nanjing First Hospital,Nanjing Medical University,Nanjing 210006,China）

The application of 4D-CT technique in radiotherapy in China is introduced.The software parameter setup and operating procedure for 4D-CT image acquisition are described,and the ways to contour tumor target are also discussed. [Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（7）：114-115，141]

four-dimensional computed tomography;radiotherapy;respiratory gating system

R318.6；TH774

A

1003-8868（2014）07-0114-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.07.114

南京医科大学科技发展基金面上项目（2011NJMU013）

时飞跃（1983—），男，博士，物理师，助理研究员，主要从事肿瘤放射物理方面的研究工作，E-mail：shifeiyue2013@126.com。

210006南京，南京医科大学附属南京医院，南京市第一医院肿瘤放疗中心（时飞跃，陈 飞，林 强，陈 成，茹正兴，韩晶晶，陈锦飞）