MRI與CT圖像融合技術在前列腺癌調強放療中的應用

王　財，瞿述根，王曉莉，殷　麟，劉慧琴

(青海大學附屬醫院放療科，西寧 810001)

MRI與CT圖像融合技術在前列腺癌調強放療中的應用

王財，瞿述根，王曉莉，殷麟，劉慧琴

(青海大學附屬醫院放療科，西寧 810001)

摘要：目的探討MRI與CT圖像融合技術在前列腺癌三維適形調強放療靶區確定中的應用，為臨床精確放療提供參考。方法選取16例經病理診斷的前列腺癌患者。患者進行常規CT平掃加增強掃描，CT掃描后第2天相同時段行MRI掃描。掃描后采用Pinnacle配準軟件對MRI和CT圖像進行歸一化互信息法配準。結果MRI成像與CT圖像融合在放療靶區勾畫中的腫瘤體積比單純用CT圖像勾畫的體積減小[(55.51±1.60)cm3比(70.74±3.51)cm3，t=12.48，P<0.001]。CT-MRI融合圖像直腸接受50、55、60、65 Gy放射劑量時照射體積占總體積的百分比明顯低于單獨CT圖像(P<0.05)，CT-MRI融合圖像膀胱接受40、45、50、55、60、65、70 Gy放射劑量時照射體積占總體積的百分比明顯低于單獨CT圖像(P<0.01)。結論在前列腺癌中應用MRI與CT圖像融合技術，能較好地確定三維適形調強放療靶區，并能夠減少對周圍器官的損傷。

關鍵詞：前列腺癌； MRI與CT圖像融合技術； 三維適形調強放療； 靶區

精確放療離不開醫學影像技術，各種醫學影像設備提供的圖像信息可以提高放射治療計劃設計的水平。圖像融合是利用醫學影像的信息在一幅圖像上同時表達人體的多方面信息，使人體內部的結構、功能等多方面的狀況更加直觀、全面地反映出來，用于腫瘤放療計劃的劑量設計，提高腫瘤劑量分布的準確性和均勻性，降低正常組織的受量[1]。能夠提供解剖結構信息的CT和MRI 圖像都有較高的空間分辨率，前者對骨骼、血管、鈣化等組織的成像特別清晰，可以為病灶的定位提供一個很好的參考，但顯示病灶本身效果不盡如人意；而MRI圖像對軟組織的成像清晰，有利于病變范圍的確定[2]。所以只有CT和MRI影像信息的優勢融合和互補，才能提高腫瘤放射治療計劃設計的精確性。

本文旨在探討MRI與CT 圖像在前列腺癌調強放療靶區確定中的應用價值，以更精確地給予患者治療。

1資料與方法

1.1一般資料

選取16例經病理證實的前列腺癌患者，均于2010年3月至2013年10月由青海大學附屬醫院收治。所有患者均為中高危局限期不能或不愿接受手術，并自愿接受調強放療。患者年齡58～73歲(平均66歲)，T2b—T3a期10例，T3b—T4期6例。前列腺特異性抗原水平為3.92～68.21 ng·mL-1(平均52.78ng·mL-1)。

1.2方法

1.2.1CT和MRI圖像的獲取

CT 檢查:患者晨起空腹，掃描前1 h飲1 000 mL水+1.5%泛影葡胺20 mL，以使小腸顯影并充盈膀胱。掃描時均釆用仰臥位，雙手上舉抱肘置額前，并用抽氣式真空固定墊固定體位，利用激光燈標記定位中心。釆用飛利浦CT 儀進行掃描，(重建矩陣512×512,體素大小1 mm,掃描電流125 mA,掃描電壓130 kV)進行常規平掃加增強掃描，掃描范圍為真骨盆上下5 cm，掃描層厚3 mm。

MRI 檢查:患者在CT掃描后第2天相同時段行MRI掃描，掃描前1 h排便排尿后喝溫開水820 mL，使膀胱處于充盈狀態，同樣釆用仰臥位，利用CT的十字交叉激光定位線在行MRI 掃描時復核配準交叉線，行T2加權和T2抑脂加權橫斷面掃描，掃描參數為TR=4 750 ms，TE=130 ms，ETL=19，層厚3 mm，掃描范圍同CT。

1.2.2圖像融合

物理師采用自動配準軟件對MRI和CT圖像進行歸一化互信息法配準，配準后手動微調以達到更好的視覺效果，將配準后的圖像傳送至放療計劃系統TPS(Pinnacle9.8)進行圖像融合。

1.2.3前列腺癌臨床靶區(CTV)的勾畫及調強放療計劃設計

前列腺癌具有多灶性，CTV勾畫包括整個前列腺及其包膜，因此常直接勾畫CTV，不需勾畫腫瘤靶區(GTV)。因局部晚期前列腺癌精囊受侵的概率明顯增高，故CTV還需包括精囊[3]。由同一名高年資腫瘤學醫師分別依據CT和CT-MRI融合圖像逐層勾畫患者的CTV (前列腺+精囊)，并勾畫膀胱、直腸、雙側股骨頭、小腸等靶區周圍正常組織。對于淋巴結轉移可能性大于15%、或者T2c-T4并且Gleason評分≥6的局部晚期前列腺患者，CTV可包括盆腔淋巴引流區(髂內、髂外和髂總)。PTV(計劃靶區)在CTV的基礎上后方外放5 mm，其余方向(膀胱、左右、頭腳方向)均外放10 mm。盆腔淋巴引流區：CTV外放，頭腳方向為10 mm，前后左右為7～10 mm。前列腺癌CT和CT-MRI融合圖像靶區勾畫過程如封四圖1。用Pinnacle9.8TPS放療計劃系統對依據CT和CT-MRI融合圖像勾畫的靶區分別作調強放療計劃，處方劑量為95%PTV 76 Gy/38F，2.0 Gy/F。調強計劃采用7野等角度射野安排，靶區劑量均勻度、靶區適合度好，股骨頭受量小，子野數目也不多，是前列腺放療計劃的一種較好的選擇[4]。

劑量體積約束條件：直腸V70<25%，V50<40%，V40<50%(V70表示接受70 Gy放射劑量照射體積占總體積的百分比，文中V40、V45、V50、V55、V60、V65類同)。膀胱V50<50%、V70<20%，股骨頭 V50<5%。根據劑量體積直方圖DVH(封四圖2—3)分別計算出依據CT圖像和CT-MRI融合圖像勾畫的CTV體積，并比較基于CT圖像、CT-MRI融合圖像的放療計劃中直腸和膀胱受照劑量。

1.3統計學方法

2結果

2.1CT和CT-MRI融合圖像勾畫的CTV體積

16例患者用CT圖像勾畫的CTV (前列腺+精囊)體積均值為(70.74±3.51)cm3。16例患者用CT-MRI融合圖像勾畫的CTV (前列腺+精囊)體積均值為(55.51±1.60)cm3。融合圖像勾畫的體積比單純用CT圖像勾畫的體積小21.53%，兩者比較差異有統計學意義(t=12.48 ，P<0.001)。

2.2CT和CT-MRI融合圖像直腸的受照劑量

CT圖像和CT-MRI融合圖像勾畫靶區后(直腸)受照劑量體積直方圖(圖3)顯示，直腸V40、V45差異無統計學意義，而CT-MRI融合圖像直腸V50、V55、V60、V65、V70明顯低于單獨CT圖像(P<0.05)。見表1。

表1　 CT圖像和CT-MRI融合圖像的放療計劃

2.3CT和CT-MRI融合圖像膀胱的受照劑量

CT圖像和CT-MRI融合圖像勾畫靶區后(膀胱)劑量體積直方圖(圖3)顯示， CT-MRI融合圖像膀胱V40、V45、V50、V55、V60、V65明顯少于單獨CT圖像(P<0.01)，見表2。

表2　 CT圖像和CT-MRI融合圖像的放療計劃

3討論

醫學圖像融合(medical image fusion，MIF)是20世紀90 年代出現的一種圖像后處理方法，利用計算機多模態圖像技術將多種醫學影像綜合在一起，而達到互補的目的，使臨床診斷和治療更加準確[5]。盆腔結構復雜，軟組織較多，特別是前列腺周圍被直腸、膀胱、精囊、靜脈叢、肌肉等軟組織包圍，單純CT圖像上顯示前列腺癌靶區邊界模糊， CT圖像勾畫靶區主要缺點是軟組織分辨率差，很難在CT圖像上精確勾畫靶區，對于周圍軟組織豐富的前列腺癌靶區很難清楚顯示靶區邊界，而MRI圖像軟組織分辨率高，恰好彌補了 CT圖像的缺點。Jeong等[6]研究發現，依據MRI圖像勾畫的前列腺體積與根治術中切除的實際前列腺體積大小基本吻合，可見MRI在確定前列腺靶區方面有著明顯優勢。

MRI和 CT圖像融合用于前列腺靶區勾畫的研究在西方國家已有報道：Hentschel等[7]研究經病理證實的前列腺癌患者前列腺體積均值，CT圖像上勾畫的為68.5 cm3(15.2～241.3 cm3)， MRI圖像上勾畫的為44.3 cm3(8.8～182.8 cm3)，MRI 圖像上獲得的靶區體積較CT小35%。Tanaka等[8]研究認為，基于CT-MRI融合圖像的體積較基于CT圖像的靶區體積小31%。本研究顯示，基于CT-MRI融合圖像的CTV體積較基于CT圖像的CTV體積小21.53%[(55.51±1.60)cm3比(70.74±3.51)cm3](P<0.05)，此結果與文獻[7-8]相近，都提示CT-MRI融合圖像在前列腺癌靶區勾畫中的應用價值。

本研究將MRI圖像與CT圖像融合用于前列腺癌靶區勾畫，減少了單純用CT圖像勾畫靶區造成的對靶區體積過高估計的風險。在不增加正常組織器官損傷的前提下提高前列腺癌靶區劑量，是提高前列腺癌放療療效的關鍵，即放療對前列腺癌有明顯的量效關系[9-13]。而直腸和膀胱是限制靶區劑量的主要危及器官，直腸接受高劑量照射的體積與其晚期毒副反應緊密相關[14-15]。本研究顯示,用融合圖像勾畫靶區較單純運用CT圖像在保證靶區劑量的情況下，可明顯減少直腸受高劑量照射的體積，同時膀胱最高受照劑量點的劑量也有明顯降低。

總之，MRI-CT融合圖像上勾畫的前列腺癌靶區體積比CT圖像上勾畫的小，MRI-CT融合圖像勾畫靶區制定的調強放療計劃比單純基于CT圖像可明顯減少受較高劑量照射的直腸體積，同時降低膀胱最高劑量點的劑量。因此，前列腺癌放射治療中運用MRI -CT融合圖像勾畫靶區可明顯提高靶區勾畫的準確性，降低直腸、膀胱等危及器官毒副反應。

參考文獻：

[1]Townsend D W,Beyer T.A combined PET/CT scanner：the path to true image fusion[J].Br J Radiol,2002,75 S:S24-S30.

[2]Vaquero J J,Desco M,Pascau J,et al.PET,CT,and Mr image registration of the rat brain and skull[J].IEEE Trans Nucl Sci,2001,48(42)：1440-1445.

[3]馬鐵英，岳莉，王衛東，等.前列腺癌外放射治療的靶區勾畫[J].國際醫學放射學雜志，2011,34(3):266-268.

[4]金大偉，戴建榮，李曄雄，等.前列腺癌調強放療的治療方案比較[J].中華放射腫瘤學雜志，2005,14(1):47-51.

[5]Maintz J ,Viergever M A.A survey of medical image registration[J].Med Image Anal,1998,2(1)：1-36.

[6]Jeong C W,Park H K,Hong S K,et al.Comparison of prostate volume measured by transrectal ultrasonography and MRI with the actual prostate volume measured after radical prostatectomy[J].Urol Int,2008,81(2)：179-185.

[7]Hentschel B,Oehler W,Strauss D,et al.Definition of the CTV prostate in CT and MRI by using CT-MRI image fusion in IMRT planning for prostate cancer[J].Strahlenther Onkol,2011,187(3)：183-190.

[8]Tanaka H,Hayashi S,Ohtakara K,et al.Usefulness of CT-MRI fusion in radiotherapy planning for localized prostate cancer[J].J Radiat Res,2011,52(6)：782-788.

[9]Dearnaley D P,Sydes M R,Graham J D,et al.Escalated-dose versus standard-dose conformal radiotherapy in prostate cancer：first results from the MRC RT01 randomised controlled trial[J].Lancet Oncology,2007,8(6)：475-487.

[10]Peeters S T,Heemsbergen W D,Koper P C,et al.Dose-response in radiotherapy for localized prostate cancer：results of the Dutch multicenter randomized phase III trial comparing 68 Gy of radiotherapy with 78 Gy [J].J Clin Oncol,2006,24(13)：1990-1996.

[11]Zelefsky M J,Gomez D R,Polkinghorn W R,et al.Biochemical response to androgen deprivation therapy before external beam radiation therapy predicts long-term prostate cancer survival outcomes[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2013,86(3)：529-533.

[12]Zelefsky M J,YAMADA Yoshiya,Fuks Z,et al.Long-term results of conformal radiotherapy for prostate cancer：impact of dose escalation on biochemical tumor control and distant metastases-free survival outcomes[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2008,71(4)：1028-1033.

[13]Chan L W,XIA Ping,Gottschalk A R,et al.Proposed rectal dose constraints for patients undergoing definitive whole pelvic radiotherapy for clinically localized prostate cancer[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2008,72(1)：69-77.

[14]Wachter S,Gerstner N,Goldner G,et al.Rectal sequelae after conformal radiotherapy of prostate cancer：dose-volume histograms as predictive factors[J].Radiother Oncol,2001,59(1)：65-70.

[15]Cheung M R,Tucker S L,DONG Lei,et al.Investigation of bladder dose and volume factors influencing late urinary toxicity after external beam radiotherapy for prostate cancer[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2007,67(4)：1059-1065.

(責任編輯：羅芳)

收稿日期：2015-03-18

中圖分類號：R737.25

文獻標志碼：A

文章編號：1009-8194(2015)07-0082-03

DOI:10.13764/j.cnki.lcsy.2015.07.030