磁共振成像技術在放射治療中的應用及問題

王藝儒 劉博宇

【摘 要】放射治療是腫瘤治療的主要方法之一，隨著放療技術的不斷發展，研究者發現磁共振影像（MRI）可更有效的對腫瘤靶區及危機器官進行定位。此外，MRI對于治療療效的評估、放射損傷的測定也有一定貢獻。為明確以后研究方向，本文對近年來放射治療中的磁共振模擬定位技術及治療后效果評估功能作一簡要綜述。

【關鍵詞】放射治療;磁共振模擬定位;療效評估

【中圖分類號】R739.65【文獻識別碼】B【文章編號】1002-8714（2020）10-0119-01

隨著越來越多圖像引導精準放療技術的提出，對靶區和危機器官勾畫精度的要求也越來越高，傳統的CT模擬定位雖能提供豐富的解剖信息和電子密度信息，但對軟組織的分辨率較低，尤其是對頭頸部、盆腔、前列腺以及其他軟組織腫瘤的邊界顯示欠佳，這給放療靶區的勾畫帶來了很大的困難。相對于CT，MRI有多種成像技術，圖像軟組織分辨率高，可以更清晰地顯示真實腫瘤邊界，分辨腫瘤和正常組織，更有助于尋找腫瘤靶區。并且，Lee等[1]研究發現，MRI相比于CT具有更高的病變敏感性，對治療后效果評測有顯著優勢。因此，近年來MRI被越來越廣泛的應用于放療模擬定位及放療后療效評估。

1 MRI模擬定位

1.1 MRI模擬定位的意義

由于傳統CT定位軟組織區域分辨率低，腫瘤邊界欠清，因此僅依據CT圖像勾畫靶區不利于精準放療，往往需要融合MRI或PET圖像[2]。研究表明，對于頭部腫瘤，利用MRI與CT圖像融合勾畫靶區比單獨用CT圖像勾畫靶區GTV更趨近于腫瘤真實邊界，使得正常組織計量降低，腫瘤區域局部計量提高[3];對于頸部腫瘤，由于結構較為復雜，利用MR圖像和CT圖像勾畫靶區的好壞并無固定規律，利用MRI和CT圖像勾畫的口咽癌靶區幾乎相同[4]，而利用MRI T1增強圖像勾畫的舌根癌靶區比CT圖像更加精準[5];對于盆腔腫瘤，應用MRI勾畫的靶區范圍明顯優于CT圖像[6]，如對前列腺癌采用MRI勾畫可在保證病灶劑量的同時使直腸壁受照劑量顯著降低;除此之外，近年來還有許多研究表明MRI在乳腺癌放療中也有較大的優勢，在CT的基礎上增加MRI可提高靶區的可視性與準確度，有助于優化照射位置。

實際上，早在1987年就已經有研究者提出將磁共振圖像與CT圖像配準應用于勾畫靶區，但當時使用的是曲面床板，與用于定位的CT平面床板成像配準精度不高，直到1999年，Schubert等利用Philips公司的Panorama 0.3T低場磁共振進行放療定位模擬，其床板使用的是定制的平面床，并選取最適合的掃描序列，同時對MRI的形變進行了評測和校準。其研究結果發現，與CT模擬定位相比，腫瘤和危機器官的靶區精確很多，但圖像分辨率差、失真較大、校準流程繁瑣復雜。后來隨著磁共振技術以及放療技術的發展，出現了高場強（3.0T）大孔徑（70cm）定位用磁共振模擬定位機，如Philips公司的Ingenia MR-RT等，解決了放療體架無法放入的問題，且提高了MR圖像的質量。目前，這種磁共振模擬定位機已經在全球各大醫院的放療科裝機。

1.2 MRI模擬定位過程及常用線圈、序列的選擇

MRI模擬定位方式有兩種，一種是只使用MRI進行模擬定位，但由于治療時需根據圖像電子密度做物理計劃，而MRI沒有電子密度值，此方式較少見。另一種是主要應用于臨床的與CT定位圖像進行配準融合，該方式模擬定位流程為：1.評估患者是否需要做MRI模擬定位。2.選擇合適的體位固定器（如固定面罩）進行體位設計。3.進行CT模擬定位。4.患者根據CT定位的中心位置放置MR參考標記物進行MRI掃描。5.將CT、MR圖像傳到計劃系統。6.將CT、MR圖像進行配準融合，利用融合圖像勾畫靶區和危及器官，利用CT圖像制定治療計劃。7.應用CT模擬定位機進行復位。

MRI模擬定位主要采用的掃描序列為3D T1加權、T2加權、T1增強以及彌散加權序列，不過不同部位由于結構成分不同，采用的掃描序列參數有一些差別。同時，與放射科MRI診斷線圈相比，MRI模擬定位線圈的設計需考慮患者治療時擺位的重復性以及與固定膜和體架的兼容性，據此，本文通過查找相關資料，總結出了不同部位腫瘤MRI模擬定位常用的線圈以及序列設計方法，詳見表1。

2 放療效果評估

如何評估腫瘤患者放射治療的效果是臨床上最為關心的問題之一，相對于CT，磁共振成像具有無需輻射、軟組織分辨率高且能獲得功能影像的優勢，對觀察形態學變化和獲得病理學信息十分有利。研究表明，在對鼻咽癌進行放療療效評價時可應用磁共振擴散加權成像（diffusion weighted imaging，DWI），韓晶等[7]對60例鼻咽癌患者在放療后一周內和接受50Gy劑量后分別進行了MRI和DWI檢查并對結果進行比較，結果顯示56例患者放療后腫瘤縮小，3例基本無變化，1例腫瘤增大，放療后彌散加權成像信號均降低，表觀彌散系數（apparent diffusion coefficient，ADC）值明顯增大，與放療之前的比較差異具有統計學意義（P<0.05），52例患者轉移淋巴結縮小，顯示MRI可良好評估鼻咽癌放療后療效。在對宮頸癌放療患者進行療效評估時可采用動態增強磁共振圖像（DCE-MRI）和DWI，黃君文等[8]對26例宮頸癌患者放療前和完全結束后分別進行了DCE-MRI和DWI掃描，并對得出的定量參數進行統計學分析，結果顯示治療結束后血管外細胞外容積分數（Ve）、容積運轉常數（Ktrans）值均比放療之前升高，放療后的ADC值也比治療前增大，放療前后的差異具有較為顯著的統計學意義（P<0.05）。除了常規T1WI、T2WI、DWI和DCE-MRI以外還有體素內不相干運動擴散成像（IVIM-MRI）、波普成像（MRS）等均可選擇性的對不同癌癥進行放療后效果評估。

3 目前存在的問題

首先是MR圖像無電子密度信息。目前放療計劃系統是根據CT圖像電子密度信息計算的人體內組織接受的劑量分布，而，MR圖像是根據組織氫質子密度與弛豫時間的函數，不能像CT一樣直接計算出組織的劑量分布，因此，臨床上多用MRI/CT配準融合進行放療定位，而不是只利用MRI進行放療定位。但由于兩種圖像的掃描方式不同以及存在系統誤差和擺位誤差，且MRI與CT圖像相比缺少骨性標志，后期圖像配準融合時精度會受到影響，進而影響放療精度。目前已經有很多多模態圖像配準融合的算法以及只根據MRI計算組織接受劑量的研究，使得MRI可以應用于放療定位當中。其次MR圖像由于其特有的成像原理，容易發生幾何和灰度畸變，進而降低組織的空間位置準確性，這也是MRI應用于放療中的障礙之一。目前隨著硬件和軟件的發展，已經大大減少了圖像的失真問題。kapanen等[9]對30名僅基于MRI圖像設計放療計劃的前列腺癌患者的相關幾何問題（包括皮膚輪廓、直腸壁位移）進行了評估，又對前列腺內用于定位的基準金標進行了檢測，發現有29名患者的金標被正確識別，直腸壁等的位置誤差較小，其幾何精度足以滿足放射治療的精度。

4 小結

綜上所述，現有研究肯定了放療過程中MRI在靶區勾畫以及療效評估中的應用價值與優勢，隨著技術的發展，其電子密度缺少和圖像幾何失真的問題也會逐漸得到解決，基于MRI的模擬定位以及照射劑量計算和療效評估將進一步推動精準放療的實現。不過，MRI模擬定位的序列和線圈選擇以及設備質量控制方法還應該進一步完善。此外，MRI價格、患者耐受時間也是需要考慮的問題。

參考文獻

[1] Y.J.Lee，J.M.Lee， J.S.Lee，H.Y.Lee，B.H.Park，Y.H.Kim，et al.肝細胞肝癌：多層CT和M成像的診斷性能——一項系統綜述和薈萃分析.國際醫學放射學雜志2015.

[2] Impact of magnetic resonance imaging versus CT on nasopharyngeal carcinoma： primary tumor target delineation for radiotherapy[J]. head & neck， 2004， 26（3）：241-246.

[3] Krempien RC，Daeuber S，Hensley FW，et a1.Image fusion of CT and MRI data enables improved target volume definition in 3D-brachytherapy treatment planning[J].Brachytherapy，2003，2（3）： 164-171.

[4] Seitz，O.，Chambron-Pinho，N.，Middendorp，M.et al. 18F-Fluorodeoxyglucose-PET/CT to evaluate tumor， nodal disease， and gross tumor volume of oropharyngeal and oral cavity cancer： comparison with MR imaging and validation with surgical specimen. Neuroradiology 51， 677–686 （2009）.

[5] Ahmed M ，Schmidt M ，Sohaib A，et al.The value of magnetic resonance imaging in target volume delineation of base of tongue tumours – A study using flexible surface coils[J].Radiotherapy and Oncology， 2010， 94（2）：161-167.

[6]Barillot I，Reynaud-Bougnoux A.The use of MRI in planning radiotherapy for gynaecological tumours.Cancer Imaging. 2006;6（1）：100‐106. Published 2006 Jun 22. doi：10.1102/1470-7330.2006.0016.

[7]韓晶，劉念龍，葉峰，等.MRI擴散加權成像在鼻咽癌調強放療療效評價中的應用價值[J].醫學影像學雜志，2012， 022（010）：1635-1638.

[8]黃君文，宋佳成，李燕，等.DCE-MRI聯合ADC值對宮頸癌同步放、化療患者療效評估的臨床應用研究[J].臨床放射學雜志，2018（6）.

[9]Kapanen，M，Collan，等.Commissioning of MRI-only based treatment planning procedure for external beam radiotherapy of prostate[J]. Magnetic resonance in medicine：official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine，2013.