目的利用四维CT技术定量研究亚洲人种精确放疗中分次内胸段食管原发肿瘤的运动情况及正常食管的运动情况,了解其运动规律及特点,指导原发肿瘤(Gross Tumor Volume,GTV)的内靶区(Internal Target Volume,ITV)制定及亚临床灶(Clinical Target Volume.CTV)的内靶区(ITV)外放,为胸段食管癌精确放疗计划靶区的制定提供可靠的参考数据。材料和方法1.采集山东省肿瘤医院放疗科2009年5月至2011年2月行常规定位CT增强扫描和4DCT扫描的25例确诊的胸段原发食管癌患者,将扫描获得的每个完整呼吸周期的4D-CT图像根据RPM采集的信号提取分类为T1-T10,分别代表吸气末到呼气末等不同时相的十套CT图像。将图像传入Varian Eclipse8.6计划系统,每一例患者均在统一的纵隔窗条件下按食管壁厚度≥5mm或不含气食管直径≥10mm,作为肿瘤GTV勾画判别标准,在获得的每一个患者的10套片子上都勾画GTV1-GTV10,指定专一的放疗科医师执行靶区勾画,并由同一名上级医师复核。建立邻近靶区容易辨认的脊柱骨性参考点,作为人工测量坐标参考原点。测量并记录每一个GTV中心点的相对三维空间坐标值,并以每个方向运动矢量的均值为参考中心,计算出每一个GTV中心点在不同呼吸时相相对于参考中心的在不同方向的移动矢量峰值。肿瘤所在胸部食管的部位以靶区中心所在位置确定。分析胸部上中下各段食管肿瘤运动的特征、范畴,以及双肺体积、GTV随呼吸的变化关系。2.自2010年5月至2011年4月,采集并分析山东省肿瘤医院放疗科6例正常食管的4DCT图像,对每一例的10套图像(T1-10)的胸段食管进行整体长度的变化测量并勾画确定Point1-Point7,并基于平均呼吸时相图像做为参考,测量并计算七点的相对三维空间坐标,计算出每一个点在不同呼吸时相对于均值参考中心的三维空间左右、前后、头脚方向的移动矢量峰值,统计并分析各点的运动特征及可信区间。了解亚临床病灶或退缩后病变需要外放的范围并指导CTV的ITV外放制定。结果一胸段食管原发肿瘤患者肺体积变化及GTV中心运动情况1男性总肺体积为3301.47±926.01cm3,女性总肺体积2708.78±827.26cm3,二者差异有统计学意义(t=6.395,P=0.000)。呼气末和吸气末双肺体积分别为3010.17±934.25cm3、3334.97±947.95cm3,二者差异有统计学意义(t=17.481,P=0.000)。上段病例肺体积呼吸气末分别为2918±508.25cm3、3192.35±481.5cm3,二者差异有统计学意义(t=-12.367,P=0.000)；中段病例肺体积呼吸气末分别为3128.11±1076.36cm3.3499.36±1103.77cm3,二者差异有统计学意义(t=12.109,P=0.000)；下段病例肺体积呼吸气末分别为2832.56±1035.5cm3.3107.21±1003.02cm3,二者差异有统计学意义(t=15.501,=0.000)。男性总的原发灶GTV体积为39.03±35.27cm3,女性总的原发灶GTV体积为22.71±15.96cm3,在呼气末和吸气末食管原发灶GTV体积分别为35.29±32.7cm3、34.76±32.3cm3,GTV在呼气末和吸气末之间比较无统计学差异(t=-0.82,P=0.935)。2胸段食管肿瘤中心在X、Y、Z轴方向总的峰值运动不同,分别为0.67±0.58mm,0.53±0.3mm,1.67±1.17mm,以Z轴方向最大,最大为5.38mm。X轴较Y轴方向运动略大,但比较无统计学差异(P=0.13),X、Z和Y、Z轴之间比较有统计学差异(P=0.000,P=0.000)。胸上段肿瘤中心在X、Y、Z轴方向的峰值运动分别为X轴(左右方向)为0.36±0.16mm,Y轴(前后方向)为0.43±0.33mm,Z轴(头脚方向)为0.75±0.64mm。之间比较X、Y无统计学差异(F=6.192,P=0.02；t=-0.647,P=0.525),X、Z统计学有差异(F=10.141,P=0.004；t=-2.164,P=0.047),Y、Z统计学无差异(F=3.35,P=0.079；t=-1.653,P=0.11).向左：0.32±10.16mm,向右：0.41±0.17mm(F=0.13,P=0.725；t=-1.009,P=0.333)；向前：0.44±0.4mm,向后：0.41±0.29mm(F=0.426,P=0.526；t=0.154,P=0.88)；向上：0.89±0.81mm,向下：0.61±0.45mm(F=0.979,P=0.342；t=0.799,P=0.44).胸中段肿瘤中心在X、Y、Z轴方向的峰值运动分别为X轴(左右方向)为0.64±0.39mm,Y轴(前后方向)为0.56±0.29mm,Z轴(头脚方向)为1.8-0.98mm。之间比较X、Y无统计学差异(F=1.05,P=0.311；t=0.852,P=0.398),X、Z统计学有差异(F=11.595,P=0.001；t=-5.582,P=0.000),Y、Z统计学有差异(F=16.17,P=0.000；t=-6.16,P=0.000).向左：0.73±0.47mm,向右：0.54±0.28mm(F=2.777,P=0.109；t=1.28,P=0.213)；,向前：0.54±0.3mm,向后：0.57±0.29mm(F=0.012,P=0.913；t=-0.227,P=0.822)；向上：1.93±0.96mm,向下：1.66±1.03mm(F=0.133,P=0.718；t=0.678,P=0.504).胸下段肿瘤中心在X、Y、Z轴方向的峰值运动分别为X轴(左右方向)为1.16±0.99mm,Y轴(前后方向)为0.59±0.3mm,Z轴(头脚方向)为2.65±1.3mm。之间比较X、Y无统计学差异(F=3.507,P=0.077；t=1.735,P=0.112),X、Z统计学有差异(F=0.996,P=0.332；t=-2.872,P=0.01),Y、Z统计学有差异(F=9.179,P=0.007；t=-4.866,P=0.001)。向左：1.01±0.65mm,向右：1.31±1.32mm(F=1.404,P=0.27；t=-0.462P=0.657);向前：0.6±0.28mm,向后：0.58±0.36mm(F=0.401,P=0.544；t=0.139,P=0.893)；向上：2.51±1.17mm,向下：2.79±1.55mm(F=0.374,P=0.558；t=-0.317,P=0.759)。X轴向运动情况上段为0.36±0.16mm,中段为0.64±0.39mm,下段为1.16±0.99mm,上段与中段、上段与下段之间比较有统计学差异[上中Mann-Whitney U=93,Wilcoxon W=198,Z=-2.525,P=0.011][上下Mann-Whitney U=14,Wilcoxon W=119,Z=-3.28,P=0.001],中段与下段无统计学差异[中下Mann-Whitney U=77,Wilcoxon W=428,Z=-1.872,P=0.063]。Y轴向运动情况上段为0.43±0.33mm,中段为0.56±0.29mm,下段为0.59±0.3mm(F=1.082,P=0.347),上、中、下段比较无统计学差异[上中Mann-Whitney U=125,Wilcoxon W=230,Z=-1.617,=0.11][上下Mann-Whitney U=45.5,Wilcoxon W=105.5,Z=-1.436,P=0.154][中下Mann-Whitney U=124,Wilcoxon W=475,Z=-0.212,P=0.849]。Z轴轴向运动情况上段为0.75±0.65mm,中段为1.8±0.98mm,下段为2.65±1.3mm,上段与中段、上段与下段之间比较有统计学差异[上中Mann-Whitney U=53,Wilcoxon W=158,Z=-3,659,P=0.000][上下Mann-Whitney U=6,Wilcoxon W=111,Z=-3.751,=0.000],中段与下段统计学差异不明显[中下Mann-Whitney U=74,Wilcoxon W=425,Z=-1.978,P=0.049]。二.正常胸段食管总的运动情况正常胸段食管总的运动情况在X轴(左右方向)为1.44±1.34mm,Y轴(前后方向)为1.42±1.21mm,Z轴(头脚方向)为3.73±2.77mm。总的向左：1.32±0.83mm,向右：1.58±1.7mm,向前：1.46±1.44mm,向后：1.37±0.92mm,向上：3.69±2.39mm,向下：3.77±3.13mm。胸段食管各点的运动情况1点：X轴(左右方向)为1.78±3.04mm,Y轴(前后方向)为0.43±0.23mm,Z轴(头脚方向)为Omm。向左：0.95±0.71mm,向右：2.61±4.26mm,向前：0.39±0.24mm,向后：0.48±0.24mm,向上：0mm,向下：0mm。左右无统计学差异,前后比较无统计学差异[左右Mann-Whitney U=16,Wilcoxon W=37,Z=-0.32,P=0.818][前后Mann-Whitney U=9.5,Wilcoxon W=30.5,Z=-1.363,P=O.18]2点：X轴(左右方向)为1.12±0.45mm,Y轴(前后方向)为1.5±2.27mm,Z轴(头脚方向)为3.17±3.41mmmm.向左：1.19±0.6mm,向右：1.05±0.29mm,向前：2.0±3.25mm,向后：1.0±0.43mm,向上：3.12±2.82mm,向下：3.21±4.19mm。左右、前后、上下比较无统计学差异[左右Mann-Whitney U=17.5,Wilcoxon W=38.5,Z=-0.8,=0.937][前后Mann-Whitney U=11.5,Wilcoxon W=32.5,Z=-1.043,P=O.31][头脚Mann-Whitney U=17,Wilcoxon W=38,Z=-0.16,P=0.937]3点：X轴(左右方向)为1.5±0.8mm,Y轴(前后方向)为0.98±0.64mm,Z轴(头脚方向)为2.68±0.92mm。向左：1.72±0.98mm,向右：1.28±0.57mm,向前：0.85±0.32mm,向后：1.1±0.87mm,向上：2.72±0.83mm,向下：2.63±1.08mm。左右、前后、上下比较无统计学差异[左右Mann-Whitney U=15,Wilcoxon W=36,Z=-0.48,P=0.699][前后Mann-Whitney U=17,Wilcoxon W=38,Z=-0.16,P=0.937][头脚Mann-Whitny U=15.5,Wilcoxon W=36.5,Z=-0.401,=0.699]4点：X轴(左右方向)为1.2±0.73mm,Y轴(前后方向)为1.29±0.67mm,Z轴(头脚方向)为3.75±0.89mmmm。向左：0.99±0.74mm,向右：1.42±0.72mm,向前：1.31±0.58mm,向后：1.27±0.81mm,向上：3.45±0.7mm,向下：3.7±1.11mm。[左右Mann-Whitney U=12,Wilcoxon W=33,Z=-0.961,=0.394][前后Mann-Whitney U=14.5,Wilcoxon W=35.5,Z=-0.561,P=0.589][头脚Mann-Whitney U=16,Wilcoxon W=37,Z=-0.32,P=0.818]5点：X轴(左右方向)为1.31±0.92mm,Y轴(前后方向)为1.25±0.39mm,Z轴(头脚方向)为5.57±2.62mmmm,向左：1.3±0.87mm,向右：1.32±1.06mm,向前：1.14±0.34mm,向后：1.36±0.44mm,向上：5.11±1.3mm,向下：6.02±3.59mm。[左右Mann-Whitney U=15,Wilcoxon W=36,Z=-0.482,=0.699][前后Mann-Whitney U=14,Wilcoxon W=35,Z=-0.641,P=0.589][头脚Mann-Whitney U=18,Wilcoxon W=39,Z=0.000,p=1.0]6点：X轴(左右方向)为1.34±0.61mm,Y轴(前后方向)为2.69±1.16mm,Z轴(头脚方向)为6.58±2.35mmmm,向左：1.04±0.33mm,向右：1.65±0.7mm,向前：2.57±1.29mm,向后：2.81±1.12mm,向上：6.28±1.86mm,向下：6.89±2.91mm。[左右Mann-Whitney U=7.0,Wilcoxon.W=28,Z=-1.761,=0.093]’前后Mann-Whitney U=15,Wilcoxon W=36,Z=-0.48,P=0.699][头脚Mann-Whitney U=14,Wilcoxon W=35,Z=-0.641,P=0.589]7点：X轴(左右方向)为1.88±1.06mm,Y轴(前后方向)为1.77±0.42mm,Z轴(头脚方向)为4.55±1.43mmmm,向左：2.05±1.1mm,向右：1.72±1.11mm,向前：1.97±0.42mm,向后：1.57±0.33mm,向上：5.18±1.14mm,向下：3.93±1.51mm。[左右Mann-Whitney U=14.5,Wilcoxon W=35.5,Z=-0.561,P=0.589][前后Mann-Whitney U=8.0,Wilcoxon W=29,Z=-1.601,P=0.132][头脚Mann-Whitney U=10.0,Wilcoxon W=31,Z=-1.281,P=0.24]X轴方向：1(1.78±3.04mm),2(1.12±0.45mm),3(1.5±0.8mm),4(1.2±0.73mm),5(1.31±0.92mm),6(1.34±0.61mm),7(1.88±1.06mm)(F=0.547,p=0.771),X轴方向7点之间比较均无统计学差异(P=1.0,0.555,0.959,0.644,0.799,0.836)。Y轴方向：1(0.43±0.23mm),2(1.5±2.27mm),3(0.98±0.64mm),4(1.29±0.67mm),5(1.25±0.39mm),6(2.69±1.16mm),7(1.77±0.42mm)(F=1.909, P=0.09),Y轴方向第1点与2、3、6、7点之间比较有统计学差异(P<0.05),其余各点之间比较无统计学差异(P>0.05)。Z轴方向：1(0mm),2(3.17±3.4mm),3(2.68±0.92mm),4(3.58±0.89mm),5(5.57±2.62mm),6(6.58±2.35mm),7(4.55±1.43mm)(F=5.889,P=0.000),Z轴方向第3点与5、6、7点之间有统计学差异,4、6之间有统计学差异(P<0.05)。左右(X轴)方向：第1点运动幅度较大,与吞咽蠕动有关,其余各点运动幅度相近。前后(Y轴)方向：第2、6点运动幅度最大,提示受相关组织器官限制较少的部位,活动的空间较大的情况下运动增大。头脚(Z轴)方向：第2、5、6点运动幅度较大,提示膈肌附近移动最为明显。我们的数据显示对于食管癌原发灶运动由颈部向腹部逐渐增大,但幅度相对较小,外放时重点注意左右方向和头脚方向。正常食管的数据对接近正常食管的亚临床灶或原发灶退缩后的ITV外放可以参考,也可以应用在胸部肿瘤放疗时控制正常食管毒性方面,有助于更加精确的制定更加合理的正常食管的ITV,可望进一步减少脱靶几率并降低相应危及器官等的受照剂量及毒副反应。结论采用4DCT测量胸段食管原发肿瘤靶区运动情况并制定个体化的ITV外放可行,整体胸段食管肿瘤越靠近颈部运动幅度最小,越接近腹部运动幅度越大。胸段食管肿瘤GTV前后(Y轴)方向运动较小且相对一致,左右(X轴)、头脚(Z轴)方向运动幅度由颈部向腹部逐步增大,胸上段移动最小,胸下段移动最大,对于不同部位的食管肿瘤应给予不同的外放范围,重点注意左右方向和头脚方向的运动情况。。正常胸段食管各点的运动情况不同,即使在同一段内的不同点之间也有所不同,整体数据显示较带瘤病变靶区运动幅度增大,但运动较为明显的部位在邻近膈肌上下处,且为前后和头脚方向明显,在左右方向整体运动较为一致。在考虑肿瘤病变明显退缩后或胸部肿瘤放射治疗时正常食管的保护应参考正常食管运动数据及时修订ITV的外放,在CTV部分外放时也应参照考虑,以避免漏照或过度照射,有望进一步减少放射治疗中危及器官的毒副作用,提高综合治疗的耐受性,改善患者生存质量。