MRI對腦轉移瘤伽馬刀放療的定位及術后評估的研究進展

劉中沖，錢學江

綜述與講座

MRI對腦轉移瘤伽馬刀放療的定位及術后評估的研究進展

劉中沖，錢學江＊

伽馬刀放射治療是腦轉移瘤的有效治療手段之一，近年來隨著磁共振技術的不斷發展，利用MRI圖像作為伽馬刀定位圖像的研究越來越多，MRI不僅可以為腦轉移瘤的放射治療提供精準的定位圖像，還可以對放療術后的效果進行評估。故綜述了MRI定位技術及放療術后相關評估技術。

伽馬刀；腦轉移瘤；MRI

腦轉移瘤（brain metastasis）中約40%是由惡性腫瘤患者發生的腦轉移［1］，是惡性腫瘤患者死亡的重要原因之一。如果臨床不加干預，患者病程只有1～3個月，中位生存（median survival time，MST）僅有1～2個月［2］。伽馬刀放射治療可以減輕患者的臨床癥狀，延長患者的生存期限［3］。對比增強的MRI圖像作為伽馬刀定位圖象具有良好的組織對比，可以精確的顯示轉移瘤數目，提高放療計劃的精確度。胡朝芬等［4］對腦轉移瘤放射治療的效果進行MRI評估發現，MRI可以對腦轉轉移瘤的放療效果進行有效的評估，并提出放射治療后1個月和3個月復查為優的概念。

1 腦轉移瘤

腦轉移瘤指原發惡性腫瘤細胞通過血液、淋巴或腦內直接播散的方式入侵正常腦組織。腦轉移瘤的原發比例中肺癌約占64%（鱗癌30%、腺癌和小細胞癌各17%）、乳腺癌約14%、其他約占22%，其中70%為多發腦轉移。

轉移瘤的新生血管可以為腫瘤細胞的生長提供氧和營養［5］，同時新生血管和浸潤血管所造成滲漏度是衡量腫瘤潛在惡性程度的重要指標［6］，轉移的惡性細胞破壞血腦屏障的內皮細胞，從而引起腫瘤相關內皮細胞滲透性的改變，在此微環境內未成熟的新生血管、較高的組織間隙壓與腫瘤細胞向微血管的靠近造成腫瘤細胞的增殖迅速，腦也由于缺乏淋巴循環進入腦內的T細胞數量少，存在免疫缺陷，可以使轉移瘤可以產生免疫逃避，腦組織間液性的高氯環境也是有利于轉移瘤生長的因素之一。腦轉移瘤在以上條件下，臨床不加控制，其生長速率快，是造成患者死亡的重要原因之一。

2 伽馬刀放射治療

伽馬刀放射治療是利用高能的X射線聚焦在轉移瘤范圍，從而達到殺死腫瘤細胞及周邊間質使其達到壞死的目的。伽馬刀放射治療方式主要分為立體定向放射治療 （stereotactic radiotherapy，SRT）和全腦放射治療（whole brain radiotherapy，WBRT），SRT和WBRT單獨或聯合應用可以延長腦轉移患者的MST［7］。SRT主要用單個或于直徑≤3 mm腦轉移瘤，其對單個腦轉移瘤的有效率可達70%～90%，在聯合WBRT時效果更好，SRT優勢可以對多發腦轉移瘤患者提高局部的治療效果，缺點不能延長生存時間，其副作用主要因為高劑量照射局部病灶而導致的放射性損傷、驚厥、瘤周水腫；WBRT是多發腦轉移瘤的主要治療方式，多用于直徑＞3 mm的多發腦轉移瘤，此方法主要優勢可使患者的中位生存年齡延長3～4個月，全腦放射治療對重要腦功能區引起損傷，現今一般不單獨應用。

3 MRI定位及相關研究

3.1 定位序列 對比增強的T1WI是顯示轉移瘤的金標準，顧勇堅［8］、管宇珩等［9］利用對比增強的SE-T1WI和T1 3D-VIBE（3D volume tric-interpolatedbreath-hold examination）作為定位序列，取得良好的定位效果，此方法現在臨床中應用最廣泛。在實際應用中MRI的3D TIWI序列在1.5T下主要為GRE序列，3T MRI下為GRE和SPACE序列。我們在1.5T MRI下針對3D梯度回波（GRE）序列和2D自旋回波（SE）序列對比研究中發現，3D FLASH（fast low angle shot）定位序列明顯優于SE序列［10］；Miriam等［11］在3T MRI下對3D T1WI SPACE與3D MP-RAGE序列的 CNR （contrast-to-noise）、SNR（signal-to-noise）研究中發現，應用SPACE序列優于MP-RAGE序列；而Yoichi等［12］分別在3.0T和1.5T MRI下對3D FLASH和3D MP-RAGE（magnetization-prepared rapid acquisition gradient echo）定位精度進行對比研究，發現3D-FLASH定位精度最高，1.5T磁共振定位精度優于3.0T。同時筆者在對3D序列的各向同性與各向異性的對比研究中發現，各向同性掃描優于各項異性掃描。

3.2 相關對比技術 MT（magnetization transfer）在成像脈沖到達前應用飽和脈沖使腦組織的結合水飽和，在回波采集時刻結合水信號傳遞給自由水，使自由水信號衰減，增加了轉移瘤的對比，應用MT技術結合3D FLASH序列對比研究中，發現應用MT技術的組織對比優于不使用MT技術的序列，但是組織的空間分辨率有所下降［13］。

反轉恢復技術（inversion recovery，IR）、BLADE技術：FLAIR主要通過反轉脈沖選擇性的壓水，來提高組織的對比，增強的FLAIR可以有效地顯示腦轉移瘤，尤其對顱底及淺表皮質轉移瘤的檢出；BLADE技術是一種K空間的放射狀填充形式，對于決定組織對的信息多采集，而決定組織細節的空間分辨信息采集減少，增加了組織的對比，但是空間分辨率下降，BLADE結合TIWI FLAIR增強掃描對比常規SETI WI序列研究，結果發現BLADE結合TIWI FLAIR增強掃描對顱底及皮層腦面的病灶顯示良好，并且可以避免輕度運動偽影［14］。

3.3 對比劑的劑量 腦轉移瘤大劑量對比劑的使用可以增加腦轉移瘤的檢出［15］，但是同時增加了患者的身體負擔，尤其是腎功能不全患者，對0.2 mmol/ kg雙倍劑量和 0.1 mmol/kg對比研究發現，T1 FLASH3D單倍劑量SNR組織的均值為62.98±5.28、SNR轉移瘤的均值為106.50±15.92、CNR轉移瘤的均值為41.68±15.51；雙倍劑量SNR組織的均值為61.66± 17.14、SNR轉移瘤的均值為119.92±54.54、CNR轉移瘤的均值為58.20±40.95，結論顯示雙倍劑量造影劑對微、小轉移瘤的顯示清晰，優于常規的0.1 mmol/kg劑量；張順鎮等［16］對釓劑延遲掃描研究發現，延遲增強掃描較常規增強掃描對腦轉移瘤的發現更敏感，更能提高微小轉移瘤的檢出率。

4 放射治療后的MRI評估

4.1 組織水平評估 以TIWI、T2WI、T2WI-FLAIR及T1WI增強掃描為主；大多數腦轉移瘤放療術后，TIWI轉移瘤和囊變壞死呈長T1低信號，轉移瘤與水腫分界不清；T2WI呈長T2高信號，能夠對轉移瘤的水腫界限清晰顯示，壞死、水腫分界不清。T2WIFLAIR呈長T2高信號，能夠清晰區分囊變壞死、瘤周水腫的進展情況；T1WI增強掃描可以清晰顯示轉移瘤的大小、范圍、囊變，應當作為放療后復查的常規序列［17］。總之TIWI、T2WI、T2WI-FLAIR及T1WI增強掃描可以對放療后出血、壞死、瘤周水腫范圍、治療的宏觀效果可以提供組織水平的有效參考。

4.2 分子水平 磁共振波譜 （magnetic resonance spectrum，MRS）檢測可以無創地檢測放療術后轉移瘤相關的代謝產物變化，郭琪等［18］對腦轉移瘤放療后1個月及4個月后與治療前對比研究，發現腫瘤的nCho、CHO/Cr、Cho/NAA及Cho/cNAA值之間的差異具有統計學意義，說明MRS可以對伽馬刀放射治療的早期效果進行評價。

DWI（diffusion weighted imaging）、DTI（diffusion tensor imaging）可以顯示放療術前、后的水分子擴散變化，且能夠通過分析ADC、FA、MD等值的變化達到定量評估的效果；高燕等［19］對腦轉移瘤的實質部分、瘤周水腫的ADC值對比研究發現，它們之間的差異具有統計學意義，ADC值能夠反應轉移瘤的微觀結構變化；然而DWI的b值大小不同對轉移瘤的顯示率不同，韓博等［20］對DWI的低b（1000 s/ mm2）值和高b（3000 s/mm2）進行對比研究，發現高b值的對轉移瘤顯示優于低b值的DWI，DTI是DWI的延伸，DTI擁有更多的評價參數，能夠客觀分析放療后水分子的擴散狀態及腦白質纖維束的走行狀態，DTI在腦腫瘤對比研究中，發現DTI的ADC值、FA可以定量評估和鑒別不同腫瘤的區別［21］。

PWI（perfusion-weighted imaging）可以檢測血流動力學，獲得腦血流量（CBF）、腦血容量（CBV）、達峰時間（TTP）、平均通過時間（MTT），這些參數可以半定量的評估放療效果［22］，基于PWI的DSE方式可以評估腫瘤狀態，預測腫瘤行為；基于PWI的DCE方式，其Ktrans值能夠評估放療前后的滲透狀態，顱內的Ktrans和治療效果密切相關［23］；基于PWI的ASL能夠預測血管的密度，血管密度與腫瘤有極強的相關性，而且比DCE的方式結果更穩定［24］。

SWI（susceptibility-weighted imaging）是一種利用組織磁化不同而產生圖像對比的一項新序列，SWI可以評估腫瘤的新生血管及腫瘤內的血氧飽和狀態，確診腫瘤內的特異磁敏感物質（脫氧血紅蛋白、放療后出血、鈣化等）崔恒武等［25］對腦轉移瘤的放療術前后的SWI對比研究發現SWI對評估放療效果具有一定的價值。

fMRI（functional magnetic resonance imaging）是基于氧和血紅蛋白和脫氧血紅蛋白比值的一種功能成像方式，它可以評估GKS（gamma knife surgery）后瘤周功能區是否損傷及半定量的測定損傷的程度［26］。

綜上所述，腦轉移瘤的MRI定位方式和術后MRI評估多樣化，MRI可以為GKS提供精準的定位圖像和治療術后評估，但是至今沒有系統化的標準方案，有待更深一步研究。

［1］Dea N，Borduas M，Kenny B，et al.Safely and efficacy of Gamma Knife surgery for brain metastases in eloquent location［J］.Neuro Surg，2010，113（1）：79-83.

［2］肖創映，韓 光，周曉藝，等.不同放療方案在肺癌腦轉移患者中的應用效果［J］.中國腫瘤臨床與康復，2016，1（23）：14-16.

［3］任 偉，閆 婧，孔煒偉，等.腦轉移瘤適形放療療效與預后分析［J］.中華腫瘤防治雜志，2011，18（21）：1696-1699.

［4］胡朝芬，柯振武，馬宗黎，等.腫瘤多野等中心放療中MR模擬定位的方法及效果觀察［J］.中國醫學影像技術雜志，2000，16（11）：97.

［5］Willam B.Coleman，Coleman，Gregory J.Molecular patholog：the molecular basis of human disease［M］.北京：科學出版社，2012：85-86.

［6］Fayed N，D.vila J，Medrano J，et al.Malignancy assessment of brain tumours with magnetic resonance spectroscopy and dynamic susceptibility contrast MRI［J］.Eur J Radiol，2015，67（3）：427-433.

［7］劉 鋒，雷 鵬.立體定向放射外科治療腦轉移瘤的臨床進展［J］.中國微侵襲神經外科雜志，2010，4（15）：187-188.

［8］顧勇堅，鄭建剛，包 貴，等.體部矩陣線圈在伽馬刀頭顱定位掃描中的應用探討［J］.中外醫學研究，2013，11（28）：63-64.

［9］管宇珩，李 響，初金剛，等.磁化傳遞技術在腦轉移瘤放療立體定位磁共振成像掃描中的應用［J］.山西醫藥雜志，2012，41（6）：569-570.

［10］錢學江，劉中沖，王 軍，等.腦腫瘤T1-FLASH 3D序列直接增強掃描的伽馬刀定位價值［J］.醫學影像學雜志，2015，25（10）：1745-1747.

［11］Miriam Reichert，MD，John N.Morelli，et al.Contrast-enhanced 3-dimensional SPACE versus MP-RAGE for the detection of brain metastases considerations with a 32-channel head coil［J］.Investigative Radiology，2013，48（1）：55-60.

［12］Yoichi watanabe，Chung K.Geometrical accuracy of a 3-tesla magnetic resonance imaging unit in Gamma Knife surgery［J］. Neurosurg，2006，105（2）：190-193.

［13］錢學江，張磊華，劉中沖，等.T1 WI-FLASH 3D+MT雙倍釓劑增強掃描在腦轉移瘤伽馬刀立體定位中的價值［J］.實用放射學雜志，2015，31（6）：1227-1228.

［14］鄭建剛，梅 莉，周華明，等.增強T1W-FLAIR結合BLADE技術對腦轉移瘤的診斷價值［J］.中國CT和MRI雜志，2010，8（6）：13-14.

［15］王霄英，蔣學祥，肖江喜，等.大劑量MR造影劑的臨床應用［J］.實用放射學雜志，2001，9（2）：161-165.

［16］張順鎮，徐曉金，楊永貴，等.MRI常規增強與延遲增強診斷腦轉移瘤敏感性的對比研究［J］.中國醫學影像學雜志，2011，19（11）：850-853.

［17］杜笑松，趙致楷，王艷艷，等.MR掃描序列對腦轉移瘤放療后療效評估的價值研究［J］.中國醫藥指南，2012，10（18）：236-237.

［18］郭 琪，張雪寧，吳夢琳，等.基于MRS的腦轉移瘤伽馬刀療效分析［J］.中國臨床醫學影像雜志，2015，26（1）：9-13.

［19］高 燕，王安武，李欠云，等.原發肺癌腦轉移瘤磁共振彌散加權成像研究［J］.實用放射學雜志，2012，18（2）：185-192.

［20］韓 博，張 軍，馬鳴兵，等.3.0TMR高b值DWI在顱內DWI高信號病變的應用［J］.實用放射學雜志，2014，30（7）：1080-1082.

［21］霍坤良，陳禮剛.DTI和fMRI在腦內腫瘤手術中的運用進展［J］.國際神經病學神經外科學雜志，2013，40（1）：51-53.

［22］陳杰云，林曉瑩，陳向榮，等.MR灌注加權成像鑒別診斷單發腦轉移瘤與高級別膠質瘤［J］.醫學影像學技術.2016，2（31）：215-218.

［23］Haris M，Gupta RK，Husain M，et al.Assessmen of therapeutic response in brain tuberculomas using serial dynamic contrastenhanced MRI［J］.Clinical Radiol，2008，63（5）：562-574.

［24］Noguchi T，Yoshiura T，Hiwatashi A，et al.Perfusion imaging of brain tumors using arterial spin-labeling：correlation with histopathologic vascular density［J］.Am J Neuroradiol，2008，29（4）：688-693.

［25］崔恒武，董晉邑，葛宇曦，等.腦轉移瘤放療前后SWI及增強T1WI對比研究［J］.實用放射學雜志，2014，12（30）：1955-1958.

［26］Wang L，Chen D，Olson J，et al.Reexamine tumor-induced alterations in hemodynamic responses of BOLD fMRI：Implications in presurgical brain mapping［J］.Acta Radiologica，2012，53（7）：802-811.

［2016－05－19收稿，2016－06－17修回］ ［本文編輯：韓仲琪］

Current research on the MRI positioning technology for Gamma knife surgery of metastasis brain neoplasm，and the postoperative evaluation methods

LIU Zhong-chong，QIAN Xue-jiang.Dept.of Radiology，the 89th Hospital of PLA，Weifang，Shandong 261021，China

The Gamma knife radiosurgery is a very important method which in the treatment of brain neoplasm metastasis.As time fly，MRI technique has been developing more and more faster.The study on MR imaging also used in Gamma knife positioning has been increasingly.MRI can not only offer the accurate imaging of Gamma knife positioning，but also can evaluate the effect after radiosurgery for brain metastasis neoplasms.This article summarizes the technique of MRI positioning and the relevant evaluation on the effect after radiosurgery.

Gamma knife；Brain neoplasm metastasis；MRI

R739.41：R730.56

A

10.14172/j.issn1671-4008.2016.12.036

261021山東濰坊，解放軍89醫院放射科（劉中沖，錢學江）

錢學江，Email：qxj89yy@163.com