如何最大限度地将剂量集中在靶区, 彻底杀灭全部肿瘤细胞, 而使周围的正常组织器官少受或免受照射, 努力提高放疗增益比, 一直是肿瘤放疗界追求的目标。三维适形放射治疗(3DCRT)就是这种追求的有效技术之一。患者CT定位, 获得为进行治疗计划设计所必需的患者治疗部位的解剖材料, 包括肿瘤的位置和范围、周围重要组织及器官的位置及结构等, 将这些信息送入治疗计划系统(TPS)后重建三维假体, 在重建CT图像上勾画靶区和危及器官等结构轮廓, 进行治疗方案设计和剂量计算。因此要求在CT定位和TPS上重建CT图像所包含的几何信息要尽量接近被扫描体的真实结构。然而, 计划设计中的三维重建CT图像的体积会发生变化, 即重建CT图像的体积与实际的体积会有误差, 使重建CT图像所包含的几何信息远离了被扫描物体的真实结构, 这将直接影响3DCRT的疗效。所以应准确了解TPS重建CT图像体积的误差和误差产生的主要原因, 为CT扫描条件的选择、靶区的勾画、治疗计划的设计制定及3DCRT的精确实施提供重要依据, 以便减小误差, 较好地处理好肿瘤组织和周围正常组织间的剂量关系, 使肿瘤得到最大限度的局部控制而周围正常组织和器官的放射性损伤最小, 提高疗效。

1 材料与方法 1.1 一般资料

选择大小不同的三个马铃薯, 以此模拟不同形状的肿瘤, 称其为自制模拟瘤体; 用木材设计制作成形如人体部中空的模型, 将工业用蜡融化到入模型中, 蜡与木材之间用纸隔离, 将自制模拟瘤体分开置于融化的蜡中, 使自制模拟瘤体周围淹没在蜡中5cm左右即可, 冷却后去掉木板, 则得一形如人体部的自制模体。美国GE公司16排螺旋CT, 扫描层厚分别为0.625、1.25、2.5、3.75、5.0、7.5、10.0mm, 螺距值为0.562、0.938、1.375、1.75。美国瓦里安Eclipse DX三维适形放射治疗计划系统。

1.2 自制模拟瘤体体积的测量

将大马铃薯沉没于盛满水的容器中, 将溢出的水装入量容器中, 量容器中水的体积就是大马铃薯的体积; 测量3次, 取平均值。同理可测出中、小马铃薯的体积。

1.3 自制模拟瘤体重建CT图像体积、误差的测量

条件和步骤完全模拟患者的定位步骤及条件, 将自制模体置于CT床上的真空垫中, 抽真空固定好位置。螺距值取0.938, 按10.0mm、5.0mm、2.5mm层厚进行扫描, 用DICOM图像网络传输至治疗计划系统。调节CT图像的窗宽、窗位, 用手动勾画方式勾画每层图像中大、中、小模拟瘤体的外轮廓, 三维重建后, 用治疗计划系统计算出大、中、小模拟瘤体重建CT图像的体积, 并分别与大、中、小模拟瘤体的实际体积比较, 误差为: [(重建CT图像体积—实际体积)÷实际体积] ×100%。

1.4 扫描螺距值对自制模拟瘤体重建

CT图像体积的影响其他条件如瘤体大小、窗宽、窗位等不变, 单纯改变扫描螺距值为0.938、1.375、1.75。

1.5 容积效应

10mm长的物体处在层厚为3mm下扫描, 当5个扫描层面都经过该物体时, 由于部分容积效应导致这5个扫描层面都有该物体的断层图像; 当这5个扫描层面传送到TPS重建CT图像时, 就会得到一个长度为15mm的物体, 产生50%的误差。如果有更多的部分容积效应时, 误差还会更大。

1.6 伪影

伪影是指在图像采集和图像重建过程中由于各种原因的影响而产生的被检体不存在的假象。它降低了图像的质量, 可能会改变靶区与危及器官外周的轮廓; 会造成计算结果和实际治疗时的剂量分布之间的误差:由于这些伪影是由一些非真实的CT值所组成的, 它会造成相应器官电子密度分布的失真, 而三维治疗计划剂量计算方法又与电子密度关系密切。

2 结果

同一模拟瘤体, CT扫描螺距值越小, 治疗计划系统重建CT图像体积的误差小, 螺距值低于1, 重建CT图像体积接近被扫描物体的真实结构, 误差为-1.09%, 见表 4;窗宽、窗位不同, 重建CT图像体积的误差不一样, 见表 1、2、3, 最佳窗宽、窗位, 重建CT图像体积的误差最小, 见表 2;在同一螺距值, 相同窗宽、窗位条件下, 扫描层厚越小, 重建CT图像体积的误差越小, 见表 1、2、3;同一螺距值(螺距值低于1), 最佳窗宽、窗位条件下, 扫描层厚越小, 重建CT图像的体积最接近被扫描物体的真实结构, 如扫描层厚为2.5mm时, 大、中、小模拟瘤体重建CT图像体积的误差分别为-1.15%、-1.73%、-2.78%, 见表 2。

不同模拟瘤体, 窗宽、窗位不同, 治疗计划系统重建CT图像体积的误差不一样, 见表 1、2、3, 最佳窗宽、窗位, 模拟瘤体越大, 重建CT图像体积的误差越小, 见表 2;在同一螺距值, 相同窗宽、窗位条件下, 扫描层厚越小, 重建CT图像体积的误差越小, 见表 1、2、3;同一螺距值(螺距值低于1), 最佳窗宽、窗位条件下, 扫描层厚越小, 重建CT图像体积的误差越小, 模拟瘤体越大, 重建CT图像的体积最接近被扫描物体的真实结构, 大模拟瘤体重建CT图像体积的误差为-1.15%, 见表 2。

3 讨论

目前的TPS多数主张用CT扫描作为整体及各器官定位和三维重建的基础, 常规CT不能给出准确的三维影像, 造成病变(靶区)定位的失真与畸变。现代螺旋CT, 为治疗计划提供了直接的准确的病变(靶区)、器官和组织的三维信息, 使三维放疗有了准确的目标^[1]。CT图像的软组织分辨率较差, 而MRI在这方面显示较大的优越性^[2], 可是治疗计划设计直接使用MRI图像有一定困难^[3-6]。所以其它影像手段如MRI、P E T、超声等只作为对病变辩别定位的补充参考。当CT对病变或某些重要部位显示不清楚时, 可借助定位系统的软硬件和图像融合技术, 利用CT以外的其它成像技术, 进一步明确其坐标、形状和占位大小。以便为治疗计划的设计提供丰富详实的基本输入资料。CT扫描时, 不能重复扫描或反向回扫, 否则, TPS会拒绝接受或重建后失真, 有些头、体部的立体定向放射外科系统还明确规定只准出床扫描, 以便正确建立坐标系统, 正确进行三维重建和计算。各断层像的放大倍数应相同。有些TPS允许断层像大小不同, 但至少每层都要有清晰的刻度比例标志尺, 以便TPS能复原为一致的放大倍数后再实现三维重建。如果有人工定位标志, 如头、体部的立体定向放射治疗或体表的无框架标志, 扫描时必需使所有的标示点都清晰可见。CT扫描时, 最好采用增强扫描, 注入造影剂的时间应根据扫描速度的快慢适时掌握, 使扫描病变的时间正好到达造影剂进入病灶区的浓度高峰时间^[7]。

从结果来看, 不同扫描条件, 会对三维重建CT图像的体积产生不同的误差(不同层厚产生的误差主要对径向头脚方向影响最大), 主要原因是CT的部分容积效应造成, 在行CT扫描尤其是对小病灶的扫描时, 应尽量选用较小的层厚及较小的螺距, 从而尽量减少CT图像的部分容积效应对计划系统所登记的图像的影响。扫描层厚越小, 三维图像越清晰, 靶中心在纵坐标的精度越高, 产生的误差越小, 减薄扫描层厚以减少体素单元大小能提高分辨率, 需要增加扫描层片数和拉长整个扫描时间。三维适形放射治疗CT定位中, CT医师在扫描时, 不但要注意CT不同扫描及重建参数对三维重建图像的影响, 为了获得更精确靶区就要求尽可能的薄层扫描, 但薄层扫描用的时间太长, 病人受辐射剂量太多, 有数据显示, CT成像的X射线剂量有时高达普通X射线成像剂量的100倍。实际应用中应结合机器的性能, 在病人受辐射剂量、工作效率及图像质量上作相应的权衡, 在机器热容量的允许范围内, 尽量使用薄的扫描条件, 以减少容积效应的影响, 可以得到较准确的肿瘤靶区采集。按治疗计划的要求对相应部位进行CT扫描, 三维适形放射治疗有时需要采用非共面多野照射技术, 入射线或出射线涉及范围较大。要获得准确的剂量计算结果和了解各组织器官所接受剂量的多少, 扫描范围应比常规CT检查范围大, 特别在立体定向放疗时, 靶区上下两端的范围更需大一些, 为了获得较大的扫描范围又不至于使层次太多, 可采用混合扫描技术, 即肿瘤区层厚最好为2mm~ 5mm(具体根据肿瘤大小和定位精度要求而定)。以外区域逐步过度为5mm~ 10mm。在勾画靶区时, 尽量选择最佳的窗宽、窗位, 避免窗宽、窗位的变化会产生不同的伪影, 引起三维重建CT图像的体积产生不同的误差。瘤体轮廓勾画一般采用手动方式, 这些轮廓在剂量分布计算中的作用是求得体内任意剂量计算点到各轮廓线与原射线交点间的距离, 这些距离的计算精度直接影响形成剂量分布的准确性。当用多边近似法勾画轮廓时, 每个轮廓一般不能取少于20个的适当选择的点, 使折线形状尽量与解剖的轮廓一致。当用极坐标时, 注意原点位置的准确; 当用参数多相式进行曲线拟合时, 精确度可提高; 样条函数曲线拟合时, 相对较容易地勾画出较复杂的轮廓线。3 DCRT中需要三维重建CT图像, 实际上多数TPS将三维结构变成系列两维横断面形成。按上述方法之一进行轮廓勾画, 然后平行直接叠放^[8], 或三角连线形成解剖结存的三维表面^[9]。利用P近似法^[10]计算每个横断面片的柱形体积, 然后相加得到靶区、或正常组织和器官的体积; 或利用几何图形单元合成的方法求得每个解剖结构的体积。从结果看, 模拟瘤体的大小会影响重建图像的体积, 模拟瘤体越小, 误差越大, 主要由于是计划设计者在勾画轮廓时产生的, 轮廓越小勾画轮廓误差越大, 重建CT图像的体积与实际体积相差越大。医生对靶体积的定义, 不能张三说是这样, 李四说是那样, 张三说是这样勾画靶区, 李四说是那样勾画靶区, 使同一患者病灶体积相差非常大, 这里面需有学术方面的问题, 但应想办法统一、规范, 至少同一科室要规范, 这要求放射肿瘤医生提高自己对肿瘤临床规律的认识。医生和计划设计者在进行靶区勾画时, 特别是小靶区, 应考虑到重建CT图像体积的误差可能对临床治疗产生的影响, 并用上述研究结果指导实际运用。

总之, CT定位扫描条件不同、靶体积大小不同、勾画方式不同等原因, 对三维重建CT图像的体积会产生变化, 即重建CT图像的体积与实际的体积会有误差。如果重建后的靶体积比实际体积小, TPS根据重建后的靶体积设计计划, 此时设计出来的计划, 高剂量边缘就不能完全包住实际靶体积, 则可能出现, 未被高剂量照射的靶区, 肿瘤细胞受量不够, 容易复发; 如果重建后的靶体积比实际体积大, TPS根据重建后的靶体积设计计划, 此时设计出来的计划, 高剂量边缘除了包完实际靶体积, 还包住了靶体积外的一些区域, 如果靶体积外刚好有重要器官, 如:肝癌, 鼻咽癌治疗时, 晶体、颈髓等, 则可能出现, 严重的医疗事故。在CT扫描、治疗计划设计时, 不但要注意CT不同扫描及重建参数对三维重建图像的影响, 而且要在工作效率和图像质量上权衡, 选择最佳条件。