CT/MRI融合圖像在盆腔腫瘤放療靶區(qū)勾畫中的應(yīng)用

張海南，湯日杰，張書旭，蔡霜

廣州醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院 a. 放射科；b.放療中心，廣東 廣州 510095

目前盆腔腫瘤的精確放療定位主要采用CT掃描圖像，但CT圖像雖能較好地反映骨組織的情況，對(duì)軟組織的顯示仍然欠佳。MRI能提供良好的軟組織影像，可清楚地辨析腫瘤和周圍組織的侵及范圍，在判斷盆腔腫瘤及其周圍組織的關(guān)系上明顯優(yōu)于CT。將CT和MRI的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，形成CT/MRI融合圖像，應(yīng)用于精確調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃設(shè)計(jì)，是當(dāng)前醫(yī)學(xué)圖像應(yīng)用的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本文研究項(xiàng)目對(duì)醫(yī)學(xué)圖像融合及其盆腔腫瘤精確調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃腫瘤靶區(qū)(Gross Tumor Volume,GTV)設(shè)計(jì)方面作了一定量的研究，分析如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2010年2月~10月在本院就診并行手術(shù)前或化療后放療的患者19例，均符合放療指癥。其中男7例，女12例，中位年齡49.5歲。其中4例前列腺癌并盆腔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移；4例低位直腸癌；3例診刮報(bào)告子宮內(nèi)膜癌；8例宮頸活檢證實(shí)宮頸鱗癌。對(duì)患者行盆腔CT、MRI檢查和定位，根據(jù)檢查數(shù)據(jù)制定放療方案。

1.2 圖像獲取

使用GE公司的64排螺旋CT機(jī)，掃描參數(shù)和方法如下：120kV 、400mA、Tile：0.0、層厚5mm、螺距：1.375:1、窗位：W300、L40，行常規(guī)和增強(qiáng)掃描[1]。患者于掃描前先行模擬定位機(jī)下真空袋固定定位，用鉛材料設(shè)定定位標(biāo)志點(diǎn)并與CT掃描定位保持一致；掃描范圍包括恥骨聯(lián)合下緣5cm到髂前上棘上5cm；掃描前行清潔灌腸準(zhǔn)備并先排空尿液后喝含少量CT對(duì)比劑的溫開水300mL，及遵醫(yī)囑服用適量阿托品類藥物以減少胃腸的蠕動(dòng)；20min后行CT平掃加增強(qiáng)掃描，使用100mL碘佛醇注射液對(duì)比劑，一般設(shè)在上午完成。

MRI掃描使用飛利浦Achieva 1.5T磁共振掃描儀，患者采用真空袋固定定位，用魚油材料設(shè)定定位標(biāo)志點(diǎn),掃描范圍也與CT定位保持一致。一般CT定位掃描后第二天相同時(shí)段準(zhǔn)備，掃描前行清潔灌腸準(zhǔn)備并先排空尿液后喝溫開水300mL，15min后行MRI序列掃描，使膀胱充盈度與CT基本保持一致，并保持減少胃腸的蠕動(dòng)，便于圖像融合；使用釓雙胺注射液對(duì)比劑，服用適量阿托品類藥物以減小胃腸的蠕動(dòng)；獲取T1、T2橫斷位和WAVE增強(qiáng)抑脂3D掃描圖像。

1.3 圖像后處理及評(píng)價(jià)

先取出CT和MRI盆腔腫瘤數(shù)據(jù)在專用電腦中采用自主開發(fā)的相似性圖像重建軟件行圖像預(yù)處理。預(yù)處理后的二源數(shù)據(jù)行圖像融合全局剛性變換、仿射性變換配準(zhǔn)和局部相似性圖像非線性變換配準(zhǔn)；融合配準(zhǔn)后的圖像數(shù)據(jù)輸入飛利浦公司PINNACLE V8.0放射治療計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行圖像融合與腫瘤靶區(qū)勾畫。通過對(duì)體模的實(shí)體、CT圖像上和MRI圖像上的體模影像的測(cè)量，數(shù)值誤差都小于1mm，故無(wú)需對(duì)融合圖像進(jìn)行糾正。

1.4 腫瘤靶區(qū)勾畫及測(cè)量

運(yùn)用飛利浦公司PINNACLE V8.0放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，分別依據(jù)CT、MR及CT/MRI融合圖像勾畫腫瘤靶區(qū)。勾畫靶區(qū)時(shí)CT窗寬窗位為W300、L40，MRI窗寬窗位為W600、L400。勾畫時(shí)以腫瘤邊緣為基準(zhǔn)，由同一醫(yī)生勾畫完成。在飛利浦PINNACLE V8.0放療計(jì)劃系統(tǒng)上依據(jù)CT、MRI勾畫的腫瘤靶區(qū)和依據(jù)融合圖像勾畫的靶區(qū)的體積分別記錄為GTVCT、GTVMRI、GTVFUSION。

1.5 評(píng)價(jià)方法[2]

GTVFUSION：同時(shí)參考兩種圖像得到的GTV；GTVCT-MRI：CT靶區(qū)除去CT 和MRI共同的部分體積；GTVMRI-CT：MRI靶區(qū)除去CT和MRI共同的部分體積。

GTVCT和GTVMRl在GTVFUSION 之中所占比例可衡量?jī)煞N圖像模式的優(yōu)缺點(diǎn)。GTVCT-MRI是指在CT上可看到的靶區(qū)而在MRI上不能看到，GTVMRI-CT是指在MRI上可看到的靶區(qū)而在CT上不能看到。這兩種差值結(jié)果大小可反映誤差大小或者說丟失靶區(qū)大小，因此理想情況下會(huì)得到以下結(jié)果[3]：GTVFUSION/GTVCT=1或GTVFUSION/GTVMRI=1；GTVCT-MRI=0或GTVMRI-CT=0。

2 結(jié)果

GTVMRI、GTVCT、GTVFUSION的平均值分別為89.95cm3、94.65 cm3、100.60 cm3。GTVMRI 相對(duì) GTVCT 降低了 5.23%，GTVFUSION相對(duì)GTVCT提高了6.29%，GTVMRI提高了11.84%。GTVCT-MRI、GTVMRI-CT平均值分別為23.35 cm3、12.65cm3。GTVMRI-CT平均占 GTVMRI的 14.06%，GTVCT-MRI占GTVCT的24.67%。

3 討論

目前CT和MRI的應(yīng)用使腫瘤的診斷和分期準(zhǔn)確性大大提高，同樣對(duì)于放療計(jì)劃臨床靶區(qū)的確定有非常大的幫助。一般認(rèn)為CT比MRI能更好地反映骨質(zhì)破壞情況。CT圖像有其自身的優(yōu)點(diǎn)，圖像定位一般不發(fā)生畸變，可通過CT值轉(zhuǎn)換為電子密度行劑量計(jì)算；而MRI由于磁場(chǎng)干擾或磁場(chǎng)非均勻性的影響，在圖像邊緣易產(chǎn)生畸變可能，磁共振成像也會(huì)產(chǎn)生位移現(xiàn)象，造成圖像失真，降低了MRI定位的精確度，容易引發(fā)各種并發(fā)癥[4]。但MRI對(duì)軟組織的觀察比CT有較大的優(yōu)勢(shì)，MRI能把腫瘤從周邊肌肉與血管中區(qū)別出來，對(duì)腫瘤進(jìn)行明確定位、并勾畫出腫瘤與受侵臨近組織交界面[5]。

醫(yī)學(xué)圖像融合(Medical Image Fusion，MIF)就是把多方面的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)協(xié)同應(yīng)用，將多原信息進(jìn)行有機(jī)組合，揚(yáng)長(zhǎng)避短，互相完善，以提高醫(yī)學(xué)圖像的可靠性、穩(wěn)定性和容錯(cuò)能力。如MRI與CT融合方法就可以更精確地確定腫瘤靶區(qū)和關(guān)鍵器官，一方面利用MRI影像信息來確定靶區(qū)和正常組織，另一方面利用相應(yīng)的CT值來計(jì)算劑量。在實(shí)施時(shí)，手動(dòng)融合方法誤差較大，自動(dòng)融合方法可以避免主觀因素造成的操作者間的誤差，使得影像融合更加準(zhǔn)確[6]。

本研究發(fā)現(xiàn)，在CT、MRI圖像上和CT/MRI融合圖像上的腫瘤靶區(qū)體積是不一致的，原因考慮有以下幾點(diǎn)：

（1）CT圖像對(duì)軟組織分辨率低，無(wú)法準(zhǔn)確區(qū)分病變邊界，造成醫(yī)師勾畫靶區(qū)偏大，而MRI圖像在軟組織內(nèi)比較明確地分辨出腫瘤的浸潤(rùn)范圍，使得一些比較早期的腫瘤進(jìn)行圖像融合后腫瘤體積較單純行CT掃描時(shí)縮小。由于圖像融合中軟件和定位體位等方面的誤差，導(dǎo)致兩者靶區(qū)體積的不一致。

（2）對(duì)一些較復(fù)雜的部位(如骨與軟組織交界區(qū)域)，由于CT及MRI各自成像的特點(diǎn)與局限性，導(dǎo)致兩者形成互補(bǔ)關(guān)系，最終造成CT、MRI圖像和CT/MRI融合圖像的腫瘤靶區(qū)體積不一致[7]。

（3）對(duì)于較小的轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)，CT圖像容易被其他器官遮蓋而遺漏；對(duì)于較小的骨轉(zhuǎn)移病灶，MRI圖像則因不敏感而遺漏；CT/MRI的融合圖像則取CT或MRI的長(zhǎng)處而補(bǔ)其各自的短處而致CT、MRI圖像和CT/MRI融合圖像的腫瘤靶區(qū)體積不一致。

由于上述原因，在盆腔病變中CT/MRI融合圖像上的腫瘤靶區(qū)體積往往要大于單一的CT或MRI圖像上的腫瘤靶區(qū)體積，而通過將CT與MRI兩者圖像相融合，可以最大限度減少腫瘤靶區(qū)的遺漏，以進(jìn)一步提高其局控率。本研究初步證實(shí)，CT與MRI融合圖像在顯示腫瘤與骨盆的關(guān)系和腫瘤與血管的關(guān)系兩方面優(yōu)于原始CT或MRI圖像。本組19例盆腔腫瘤分別使用3種方式勾畫靶區(qū)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CT/MRI融合圖像組的平均腫瘤靶區(qū)體積始終較單純CT或MRI圖像上勾畫的平均靶區(qū)體積要大，且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，分析原因考慮由于融合后提供了更多的圖像信息，所以醫(yī)師勾畫靶區(qū)具有更高的準(zhǔn)確性和一致性。

綜上所述，醫(yī)學(xué)圖像融合技術(shù)在盆腔腫瘤的放療計(jì)劃設(shè)計(jì)中提供了腫瘤病灶組織的分布情況細(xì)節(jié)，提高了腫瘤診斷靈敏度和定位準(zhǔn)確度，從而達(dá)到優(yōu)化照射劑量，提高治療效果，減少并發(fā)癥和腫瘤的復(fù)發(fā)率。同時(shí)，這些醫(yī)學(xué)融合圖像也可用于放療效果評(píng)估和腫瘤復(fù)發(fā)的監(jiān)測(cè)，應(yīng)加以推廣。

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