CT與MRI圖像融合對腦轉(zhuǎn)移瘤三維適形放療靶區(qū)的影響

陳蘇瑋 袁 鋒 林志仁 王偉鋒

海南省海口市人民醫(yī)院腫瘤放療科，海南海口 570000

在顱內(nèi)腫瘤中，轉(zhuǎn)移瘤所占比例為10%～15%，常伴有多發(fā)。對不能手術(shù)或手術(shù)不全的患者，放療是主要的治療方法。顱內(nèi)腫瘤的三維適形放療（three-dimensional conformal radiotherapy，3D-CRT）中，靶區(qū)勾畫準(zhǔn)確是精確治療的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，靶區(qū)顯像的分辨率相當(dāng)重要。核磁共振成像（magnatic resonance image，MRI）對顱內(nèi)腫瘤的顯像有明顯優(yōu)勢，但圖像邊緣存在幾何變形的問題，定位的精確度無法保證。CT圖像不畸變，CT值與組織密度值呈線性對應(yīng)關(guān)系，適合做三維適形放療計(jì)劃（three-dimensional treatment planning system，3DTPS），但顱內(nèi)腫瘤的辨識度不高，特別是腦轉(zhuǎn)移瘤，有些瘤體體積較小難于分辨，有些有水腫帶，瘤體與正常腦組織分界不清。本文以腦轉(zhuǎn)移瘤為例，研究CT和MRI圖像融合（medical image fusion，MIF）對靶區(qū)勾畫的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

研究對象為2009年4月～2010年9月我科收治的25例腦轉(zhuǎn)移瘤患者，患者年齡35～72歲，單個(gè)瘤灶的11例，多發(fā)的14例，共41個(gè)轉(zhuǎn)移瘤灶。7例有術(shù)后病理報(bào)告，18例根據(jù)臨床和影像資料診斷，并經(jīng)患者同意行放射治療，有23例找到原發(fā)癌。

1.2 設(shè)備及輔助器材

Siemens16排螺旋CT機(jī)，Siemens 1.5T超導(dǎo)磁共振，Nucletron的PLATO放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，定位頭架，熱塑頭模，CT金屬標(biāo)志物和MRI顯像標(biāo)志物。

1.3 方法

1.3.1 圖像采集 采用頭枕和熱塑面膜固定頭部，三維激光燈在面膜上確定參考點(diǎn)位置。在面膜上固定金屬標(biāo)志物后CT成像，采用Siemens16排螺旋CT機(jī)進(jìn)行橫斷面掃描，以聽眥線為掃描基線，從顱底掃描至顱頂。掃描參數(shù)為120 kV，175 mAs，F(xiàn)OV 300 mm，層厚3 mm，無間隔連續(xù)掃描，矩陣512×512。在面膜上固定MRI可顯像標(biāo)志物后，Siemens 1.5 T超導(dǎo)磁共振成像，標(biāo)準(zhǔn)頭部正交線圈，掃描范圍與層厚同CT，T1WI（TE/TR＝11/500 ms），T2WI（TE/TR＝95/4 000 ms），使用釓噴酸葡胺增強(qiáng)，獲取T1、T2、T1增強(qiáng)抑脂掃描圖像。CT與MRI的掃描需同期，間隔不超過3 d。

1.3.2 圖像處理 CT和MRI兩組數(shù)據(jù)圖像均經(jīng)局域網(wǎng)傳送至圖像處理工作站，并應(yīng)用Nucletron放射治療計(jì)劃系統(tǒng)的軟件包對CT和MRI圖像進(jìn)行配準(zhǔn)融合。進(jìn)行體膜的實(shí)體與CT、MRI圖像上的體模影像的測量，所得的數(shù)值誤差均小于1 mm。

1.3.3靶區(qū)勾畫與評估 同一患者由同一名高年資醫(yī)師分別在CT圖像和CT/MRI融合圖像上勾畫腫瘤大體靶區(qū)（gross tumor volume，GTV），因部分患者為多發(fā)轉(zhuǎn)移瘤，共勾畫了41組靶區(qū)。CT圖像上勾畫的GTV為GTVCT，CT/MRI融合圖像上勾畫的GTV為GTVCT/MRI，比較兩種圖像勾畫的GTV的區(qū)別。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件處理，計(jì)量資料數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，比較采用t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

25例患者共41組 靶區(qū)的GTVCT為（31.75±9.93）cm3，GTVCT/MRI為（28.92±8.25）cm3（P＜0.05）。41個(gè)對照組中，GTVCT＜GTVCT/MRI為18個(gè)，GTVCT＞GTVCT/MRI為23個(gè)。GTVCT與GTVCT/MRI的體積差值小于5%的可視為接近，有8個(gè)；差值大于20%的視為差異性大，有11個(gè)，占比為26.8%。見圖1。

圖1 MRI圖像

3 討論

腦轉(zhuǎn)移患者病情出現(xiàn)往往較晚，部分患者出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)壓迫癥狀，3D-CRT已經(jīng)成為腦轉(zhuǎn)移瘤患者的常用治療方式。任偉等[1]研究認(rèn)為適形放療可作為腦轉(zhuǎn)移瘤常規(guī)而有效的治療，可以明顯減輕腦轉(zhuǎn)移患者的臨床癥狀，改善生活質(zhì)量，顯著延長生存期。在頭部腫瘤的三維適形放療中，靶區(qū)勾畫的精確度相當(dāng)重要，關(guān)鍵到整個(gè)治療過程的精度和患者的整體療效。頭部腫瘤的患者可以不考慮呼吸動(dòng)度和生理運(yùn)動(dòng)等因素，主要考慮的因素是腫瘤的顯像問題，提高影像的識別度是筆者的目標(biāo)。

腦轉(zhuǎn)移瘤較佳的成像方法是MRI增強(qiáng)掃描，瘤體與周圍組織界限明顯，不受水腫帶的影響，較小的腫瘤也顯像清晰，包括只有幾毫米的腫瘤。MRI增強(qiáng)掃描后，轉(zhuǎn)移瘤的邊緣常呈環(huán)狀強(qiáng)化，與周圍組織區(qū)別明顯，有利于醫(yī)師的靶區(qū)勾畫。CT的增強(qiáng)掃描也可使部分轉(zhuǎn)移瘤的邊緣強(qiáng)化，但還是不少瘤體顯像不清，尤其在瘤體周圍水腫明顯時(shí)，顱底骨產(chǎn)生的CT偽影也影響顱底轉(zhuǎn)移瘤的顯像質(zhì)量。另外較大的瘤體占位使周圍組織受壓變形，邊界無法辨識，而1 cm以下的較小瘤體醫(yī)師常辨識不清，這些都會給醫(yī)師勾畫靶區(qū)增加難度，往往憑經(jīng)驗(yàn)勾畫GTV，照成與實(shí)際靶區(qū)有差別。當(dāng)轉(zhuǎn)移瘤與危險(xiǎn)器官（如腦干）相鄰時(shí)，勾畫靶區(qū)不準(zhǔn)確除了漏照外還會增加患者的治療風(fēng)險(xiǎn)。

CT圖像的優(yōu)勢在于不發(fā)生畸變，且作為基礎(chǔ)影像較合適，且CT值與電子密度呈線性關(guān)系，利于3D-TPS治療計(jì)劃的劑量計(jì)算。MRI影像缺少電子密度信息,無法直接進(jìn)行物理計(jì)算，需通過數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換；周邊圖像略有畸變，MRI影像上勾畫的皮膚輪廓與實(shí)際有一定差別，影響治療時(shí)定位的精確度。

這就促使了將兩組圖像進(jìn)行優(yōu)勢組合，采用影像融合技術(shù)。融合后勾畫的GTV就是在CT解剖結(jié)構(gòu)上勾畫MRI顯現(xiàn)的瘤體，因此勾畫的GTV接近MRI的GTV，也是較接近實(shí)際瘤體的GTV。段奇文等[2]認(rèn)為GTVCT/MRI包含了GTVCT與GTVMRI，因此較GTVCT大。

筆者在研究中發(fā)現(xiàn)，GTVCT與GTVCT/MRI的體積差值與腦轉(zhuǎn)移瘤在CT圖像上的顯像情況有關(guān)。41個(gè)轉(zhuǎn)移瘤中的12個(gè)環(huán)狀邊界清楚，勾畫的GTVCT接近GTVCT/MRI，其中8個(gè)差值小于5%。當(dāng)轉(zhuǎn)移瘤小于2 cm時(shí)，17個(gè)中有12個(gè)的GTVCT大于GTVCT/MRI，原因可能是轉(zhuǎn)移瘤體積偏小，與周圍組織區(qū)分不明顯，醫(yī)師怕遺漏瘤體，靶區(qū)勾畫偏大。另外，水腫帶在CT影像上也是較大的干擾因素，勾畫時(shí)會把一部分包括進(jìn)去，造成GTVCT明顯大于GTVCT/MRI。顱底骨偽影也是主要因素，當(dāng)轉(zhuǎn)移瘤位于小腦接近顱底骨時(shí)，骨頭偽影影響了瘤體的形態(tài)和分辨率，GTVCT大小和位置與GTVCT/MRI差別較大。

MRI圖像不能直接用于制定3D-CRT計(jì)劃，單獨(dú)的CT圖像又不能滿足腦轉(zhuǎn)移瘤的顯像要求，將兩者的圖像融合得到的GTVCT/MRI可滿足3D-CRT對精確靶區(qū)的要求。

[1]任偉，閆婧，孔煒偉，等.腦轉(zhuǎn)移瘤適形放療療效與預(yù)后分析[J].中華腫瘤防治雜志，2011，18（11）：1696-1699.

[2]段奇文，周云峰，鐘亞華，等.CT與MRI圖像融合在頭頸部腫瘤放療靶區(qū)勾畫中的應(yīng)用[J].中華放射腫瘤學(xué)雜志，2007，16（5）：397-398.

[3]閏婧，盧潔，李寶生，等.CT與MRI圖像融合在顱內(nèi)腫瘤三維適形放療中的應(yīng)用[J].中華腫瘤雜志，2007，29（12）：935-937.

[4]史鴻云，李志剛，苑蘭惠，等.CT-MRI融合技術(shù)在顱腦腫瘤區(qū)勾畫中的價(jià)值研究[J].實(shí)用醫(yī)學(xué)雜志，2010，26（1）：56-58.

[5]Sarkar A，Santiago RJ，Smith R，et al.Comparison of manual vs automated multimodality（CT/MRI）image registration for brain tumours[J].Med Do-sin，2005，30（1）：20-24.

[6]Chang J，Thakur S，Perera G，et al.Image fusion of MR spetroscopic images for treatment planning of gliomas[J].Med Phys，2006，33（1）：32-40.

[7]胡杰，陶健民，張瑩，等.CT和MRI融合技術(shù)在腫瘤放射治療中的應(yīng)用研究[J].醫(yī)療設(shè)備信息，2002，11：18-20.

[8]Weltens C，Menten J，F(xiàn)eron M，et al.Interobserver variations in gross tumor volume of brain tumors on computed tomography and impact of magnetic resonance imaging[J].Radiother Oncol，2001，60：49-59.

[9]Aoyama H，Shirato H，Nishioka T，et al.Magnetic resonance imaging system for three-dimensional conformal radiotherapy and its impact on gross tumor volume delineation of central nervous system tumours[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys，2001，50：821-827.