FDGPET在肿瘤3维适形放疗中的方法学建立和初步应用chugao.doc

PET/CT在肿瘤三维适形放疗中的方法学建立和应用摘要 目的 探讨用PET/CT制定生物靶区行三维适形调强放射治疗的可行性，并判断放疗疗效。方法 用Siemens Biograph Sensation 16型PET/CT仪和Varian clinical 600c和Nomos Peacock系统放疗计划系统（TPS）进行调强适形放疗技术设计研究。64例肿瘤患者，在根据不同放疗部位进行制作放疗体模，应用激光线和自行制作的三个金属点源进行定位，将采集的PET/CT图像通过光盘存储，送至TPS进行治疗计划制定，由放疗物理师和医师根据PET和CT 2组资料应用计划系统的图像融合软件，使图像达到融合标准后制定放疗计划靶区。治疗期间详细记录患者症状及早期放射反应,放射治疗结束后3个月再进行近期疗效评价。结果 建立了PET/CT和Peacock适形调强放疗系统的实用融合图像方法学；64例受试患者中共有25（39.0%）例患者的治疗计划通过PET/CT显像发生了改变，主要是治疗的范围(Planning Target Volume, TV)增加(20/64,31.2%),部分患者(5/64,7.8%)经过PET/CT融合后，所制定的PTV范围减小；64例患者经过PET/CT技术定位放射治疗后均取得良好疗效。结论 建立在适形调强放疗系统的PET/CT融合图像方法学是我们完成治疗的首要问题，这种方法的应用将提高对生物靶区体积制定的精确性。The methodology establishment and preliminary application of FDG-PET for three-dimensional conformal radiotherapy planning of cancer Abstract Objective To establish the methodology of incorporating the data from PET/CT into the three-dimensional conformal radiation therapy (3D CRT) treatment planning as the biological target and assessments the effect of the therapy. Methods 64 patients presenting with various tumors were investigated. CT and FDG PET scanning were performed in the treatment position. The modified PTV is seen simultaneously on both CT and PET images, the physician can define the PTV utilizing information from both data sets. Results The method of CT/PET fusion has proved available. This method can be used to delineate the target lesion and normal tissues in the three-dimensional conformal radiation therapy system. For these selected patients, there was changes in PTV (Planning Target Volume) volume based on CT images versus PET/CT fused images，20 patients (20/64,31.2%) increased in PTV Volume, 5 patients(5/64,7.8%) decreased. All the 64 patients show good response to the treatment. Conclusions The incorporation of PET data improves the definition of the primary lesion and positive lymph nodes into the PTV. FDG PET reduces the likelihood of geographic misses.关键词 三维适形放疗 正电子发射断层显像18氟-氟代脱氧葡萄糖 Keywords: Three-dimensional conformal radiation therapy；Positron emission tomography; 18F-FDG在我国约70的肿瘤患者需要放射治疗，但是，其对多数肿瘤的可治愈性仍然较低。传统的外放射治疗结果不理想主要是因为肿瘤周围的正常组织对放射性较为敏感所致，故需要限制剂量，传统的影像检查对肿瘤靶组织的范围显示不够精确，以致疗效达不到理想要求。 三维适形放射治疗 (3DCRT)能正确分配剂量到计划靶区体积 (PTV)，因此可以使正常组织接受的放射剂量减低同时使肿瘤组织接受的剂量明显增加。Armstrong1等报道对非小细胞肺癌患者应用70.2Gy 以上的高放射剂量治疗，在达到疗效的同时仅9%患者有放射性肺炎而无其他严重的放射性毒性。通常在3DCRT 放疗计划时其定位均采用CT，虽然CT能提供病灶的大小、密度改变，然而CT在肿瘤病灶的浸润范围和淋巴结转移探测方面的灵敏度不如PET，尤其对肿瘤病灶的组织活性不能提供有价值的信息，而组织活性正是治疗计划中的重要因素。近年来PET和PET/CT的发展正在弥补CT在这方面的空缺2，3。PET作为非创伤性功能显像技术，是根据恶性肿瘤组织的糖代谢率明显高于周围正常组织,利用FDG作为显像剂对正常和病变进行代谢显像，并不依赖解剖结构和组织密度的改变，尤其在肿瘤的诊断与分期方面均优于解剖显像4-6。本研究探讨如何应用PET显像技术为3DCRT病灶定位，获得PET基础上的PTV，现报道如下。材料与方法1.应用Siemens Biograph Sensation 16型PET/CT仪、Varian clinical 600c和Nomos Peacock系统放疗计划系统（TPS）进行调强适形放疗技术设计研究。2.研究对象为64例病理证实的肿瘤患者（肺癌21例，鼻咽癌9例，结直肠癌5例，食道癌5例，胰腺癌4例，乳腺癌4例，淋巴瘤3例，胶质瘤2例，喉癌2例，恶性胸腺瘤2例，恶性胸膜间皮瘤1例，转移性肝癌1例，上腭鳞癌1例，卵巢癌1例，黑色素瘤1例，多发性骨髓瘤1例，原发灶不明1例），64例中9例为首次放疗，55例为再次放疗。3. 18F-FDG药物由本中心CTI回旋加速器生产，放化纯度95%，并经无菌、无热源、内毒素检测合格。显像仪器为Siemens 公司出品的Biograph Sensation 16 PET/CT扫描仪。所有64例患者均禁食6小时以上，在本院放射治疗科根据不同放疗部位先行制作放疗体模,然后至PET中心进行显像前的准备工作,注射前空腹血糖在正常范围内，常规按3.7-7.4MBq/kg静脉注射18FFDG，安静状态下药物在体内分布60分钟后进行PET/CT定位检查。采集摆位时置患者及放疗体模于PET/CT随机所附的放疗床上，应用激光线和自行制作的三个金属点源（18F）进行定位，患者先完成定位图（Topogram）扫描，在定位图上确定CT包括的所需进行放射治疗检查范围，扫描参数：120kv，140mAs，进床速度每旋转1圈15mm，旋转时间0.5s，螺距1.25，准直0.75mm，重建层厚5.0mm，间隔5.0mm；完成CT扫描后进床行相同范围的PET检查，通常在3-5个床位，每个床位23分钟，采集方式3D模式，应用CT数据进行衰减校正，迭代法重建，得PET全身各断层面图像。融合图像通过Wizard工作站MSV软件显示，观察金属点与放射性点源是否重合。检查时嘱病人平静呼吸,显像前嘱病人排空小便，以避免膀胱内放射性的干扰对涉及盆腔内病灶的判断。将采集的图像通过光盘存储，送至PEACOCK系统放疗计划系统进行放射治疗计划，由放疗物理师和医师根据PET和CT两组资料使用计划系统的图像融合软件，通过放射性点源和金属点定位后使图像达到融合标准后制定放疗计划靶区。4. 放射治疗计划：放射治疗方案应用Varian 600c直线加速器，6MD X线，根据临床需要，选择根治性或姑息性放射治疗，调强适形放疗（IMRT）剂量一般选择2.5-3 Gy/次，应35次/周，DT 4570Gy/1528次/2142天。制订计划时应用Nomos公司的PEACOCK系统，进行调强适形放疗(Intensity Modulation Radiation Therapy-IMRT)技术设计与执行。首先在TPS根据外标记进行图像融合,在融合质量大于90%时,TPS方认可进行下一步放疗计划工作,由核医学医生协助在TPS上的PET图像上勾画病灶范围,首先测量病灶区域最高放射性像素的窗位，然后调整为最大窗位，取最大窗位50%的值作为图像病灶外形勾画的标准，这种方法对于在PET图像上勾划体积大于4mm3的病灶准确性高。PET图像可作为CT图像的有益补充。如果PET图像显示的病灶在CT图像上未显示，则在放疗计划中同时包括这些病灶。在获取病灶范围后，由放射治疗医师和物理师制定临床靶区体积 (Clinical Target Volume，CTV)和PTV,再进行放射治疗。5.治疗期间详细记录患者症状、体重减轻的百分比及早期放射反应。放射治疗结束后2个月再进行近期疗效评价。肿瘤灶退缩评价根据治疗前、后胸部FDG PET与CT融合图像的改变进行，并计算治疗前后病灶的标准摄取值和病灶大小变化。判断标准按完全缓解（CR）为肿瘤完全消退至少维持4周；部分缓解（PR）为肿瘤消退50%至少维持4周且无新病灶出现；无变化（NR）为肿瘤消退50%或增大25%；病变进展（PD）为肿瘤增大25%或出现新病灶。结果1.64例肿瘤患者均通过PET/CT进行肿瘤适形放射治疗靶区制订，患者PET/CT图像均可通过光盘传输至PEACOCK TPS系统，然后在TPS上进行制定放疗靶区，进行图像融合时将有标志点层面CT和同层面的PET图像进行融合，其中CT图像的三个金属定位点与PET图像相应的点源定位点进行匹配，以CT的固定标志点和PET的图像亦进行匹配，TPS可经过这些定位点是否重合来决定图像融合的质量，只有图像融合质量大于90以上，TPS方认可进行计划制定，然后由放射治疗医师和物理师制定CTV和PTV,再进行放射治疗。64例患者的结果说明应用FDG PET/CT融合对患者进行三维适形调强放射治疗计划和执行是可行的。下面以具体病例来说明：患者1，男性，40岁。4年前鼻咽部活检证实为低分化鳞癌，行放射治疗后考虑临床缓解。平时随访颅底CT、MRI和胸部CT、腹部B超，骨扫描等均无异常发现。近期觉鼻腔肿胀，不适，颅底CT及MRI均未见异常，PET/CT发现左侧咽隐窝处FDG代谢异常增高，SUV最大值5.1，经活检病理证实为低分化鳞癌，考虑复发，准备应用PET/CT进行放疗定位。图1a为患者置于放疗体模和定位标志时PET/CT同机图像融合图，横断面可见左侧咽隐窝处FDG代谢增高灶。图1b（TPS屏幕上截图）显示患者按融合图像提示肿瘤范围确定治疗的靶区，同时用Corvus软件进行IMRT调强适形放疗计划。2.治疗效果评价:经过PET/CT的靶区划定，发现25/64 (39.1%)患者的放射治疗靶区应用PET/CT较单纯的CT其PTV发生了改变，其中20例的PTV增加，而5例患者的PTV与原来仅靠CT的PTV减少。64名患者经过放射治疗了均取得良好的疗效，其中完全缓解（CR）的24例（37.5），部分缓解（PR）40例（62.5%），而无变化（NR）和病情进展（PD ）的病例均为0。讨论1三维适形调强放疗（IMRT ）是立体定向放射治疗技术新的发展，通常它将CT扫描定位计算机治疗计划系统（TPS）治疗机还原摆位系统有机地结合起来，通过治疗机准直器和挡铅技术、多野或拉弧照射技术，使照射的高量区在人体内的立体空间上与靶区的实际形状一致，它可以是不规则形状的，以符合肿瘤实际生长的形状，从而保护了只受到低剂量照射的肿瘤周围正常组织，3DCRT还可以用于照射躯体部位体积较大的肿瘤和脑部肿瘤。目前病灶放疗野的确定主要通过CT模拟定位，但CT主要反映人体解剖的信息，对于肿瘤的真实边界及肿瘤内部的异质性以及肿瘤治疗后组织的活性无法判断，PET显像通过对肿瘤组织的代谢状况的反映，从而显示肿瘤的某种病理学特征或代谢过程，是一种更灵敏更准确的影像诊断手段，在区别瘢痕纤维组织还是存活的肿瘤组织，鉴别肺不张、淋巴结转移等方面均较常规显像手段为优，对肿瘤的显示范围大于CT，与真实的肿瘤边界更为接近，通过代谢的高低反映出肿瘤组织内部异质性，因此从原理上认为PET是最为理想放疗定位工具，当然单纯的PET由于缺乏解剖结构的显示，需要CT的帮助，因此PET/CT的发展应运而生，CT和PET的结合可更直观地提供同期的病变生理及病理等信息。融合后的CT与PET胸腹部图像，可提高对肿瘤的诊断、定级、定位和定量分析，为放射计划治疗的制定提供更充分的依据7,8。本研究是利用目前PET/CT技术的发展，建立一个从理论图像融合到临床实际应用的范例，从现有的结果上看是可行的，当然进一步的深入应用可能会发现新的问题所在。在临床实际疗效中，Frank9等对39名不同类型的肿瘤患者进行单纯CT及PET/CT图像整合的GTV的勾画比较，其中56（22/30）的患者有显著的改变，并且16的患者因为PET/CT显示的远处转移而改变治疗方案，本研究中有39的患者在PTV的勾画发生了改变，从所占的比例来看低于国外报道，这可能与本组研究所选的对象多是二次放疗的患者，从疗效上看，Antoine10等对NSCLC放射治疗应用PET定位的结果发现可以使肿瘤治疗的控制率提高1318，我们的结果显示37.5完全缓解，62.5患者部分缓解，初步的治疗效果是比较理想的。当然在实际的临床工作中，还有许多的现实问题需要进一步完善，如：胸部的呼吸运动的影响等，这些有待于将来仪器和计算机软件的发展。2从FDG PET的技术看，其假阴性的比例很低，通常要小于5%，这为临床放疗定位时减少病灶遗失提供极大的方便。而且PET一次检查可获得全身的断层图像，在判断图像时尤其是对肺癌常见的纵隔及肺门淋巴结转移，是同侧还是对侧，有否锁骨上淋巴结的转移，及全身远处器官的转移（包括骨骼、肾上腺、肝、脑等）可以从不同的断面和角度进行观察，从而获得准确的分期。当然18F-FDG为非特异性肿瘤显像剂，除肿瘤摄取外，肺内一些良性病变如：活动性肺结核、肉芽肿、肺炎、肺脓肿、肺结节病、曲霉病等也可摄取18F-FDG，在判断时，要结合病史进行分析，如以SUV半定量指标、采用延迟显像等方法来鉴别肿瘤和炎性病变。本文研究PET/CT在适形调强放疗中的作用，PET显像可以作为CT图像有益的补充，放疗中采用图像融合的方法勾划靶区可以提高对肿瘤区的局部控制，减少定位时病灶遗失，而且从技术上考虑，PET/CT作为勾画生物靶区的方法可以减少操作者的主观性，Jana11等对NSCLC的患者制定放疗计划时发现联合FDG PET 和CT图像可增加肿瘤体积勾画的一致性。当然生存率、疾病缓解率和放射治疗的远期效应仍需要长期的随访作出判断。3与肿瘤的中心相比，在肿瘤的边缘较多的出现FDG高代谢，而FDG高代谢通常反映细胞增殖速度增加，这种现象在CT图像上尚不能明确提示，通过3DCRT对高代谢病灶区进行高强度的放射治疗，降低高代谢区的肿瘤活性，从而达到有目的地对肿瘤坏死区和活性区的治疗措施。而且由于肿瘤组织具有不均质性，GTV内结构比较复杂：内在敏感性不同，供氧程度不同，细胞营养、细胞密度、干细胞数、增殖时相的分布等都不同，各部位所需要的放射剂量可能是不均匀的，PET通过不同的显像剂可以反映这种不均质性，利用现有的PET和CT的融合定位技术与适形放疗计划结合，同时应用Peacock的调强适形放疗(Intensity Modulation Radiation Therapy-IMRT)技术，根据病灶放射性的高低分布不同而进行剂量分布的制定，而且由于PET图像是三维立体成像，可以在冠状、矢状、横断面进行剂量分配，还能给出任意斜切面的图形及剂量分布，并随时可以显示给治疗人员，设计人员以及医生，这些将会使肿瘤的这种不均质性在放疗时得到充分的考虑，达到肿瘤治疗的最大生物学效应12,13。5当然，FDG PET还存在不可否认的缺点，除了缺乏周围正常解剖标志，空间分辨率比CT、MRI低以外，由于FDG PET反映的仅仅是细胞对葡萄糖的摄取过程，而非肿瘤细胞的增殖和凋亡，也就是说FDG PET尚不能算是完全真正意义上的细胞活力的示踪，PET所显示的肿瘤范围和GTV的实际边缘往往有一定的差距，目前的PET还无法确认肿瘤边缘的变化是局部反应或炎症还是肿瘤侵犯，另一个值得注意的问题是FDG的摄取的缺损不能代表肿瘤细胞的真正死亡，需要其他更为理想的PET显像剂如反映核酸代谢的PET显像剂来证实肿瘤细胞增殖的停止。其他更具特异性的PET显像剂正在进一步研究和探索中，如11C-氨基异丁酸、18F-氟-甲基酪氨酸、11C-胆碱、11C-氨基环丁烷羧酸、18F-FLT评价肿瘤的增生活性等，对肿瘤具有相对高的亲和力，而对炎症的亲和力相对较弱。新的PET显像剂会是将来PET发展的希望。参考文献1. 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