CT/MRI影像融合對肺癌腦轉(zhuǎn)移放射治療靶區(qū)勾畫的影響

李洋 李香蘭 王業(yè)偉 周洋

肺癌為腦轉(zhuǎn)移最常見的原發(fā)腫瘤，約占全部腦轉(zhuǎn)移瘤的30%-40%且為升高趨勢[1]，自然中位生存期僅為1個月-2個月[2]。計算機(jī)斷層掃描（computed tomography,CT）圖像一直是放療中靶區(qū)和危及器官勾畫的最佳圖像資源，但由于對軟組織結(jié)構(gòu)區(qū)分的能力差，腫瘤邊界模糊，即使采用增強(qiáng)CT仍有部分病灶顯示不清或不顯示，腦轉(zhuǎn)移瘤常多發(fā)且伴有水腫，使得通過CT及參考常規(guī)的核磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）膠片勾畫靶區(qū)時很難界定腫瘤區(qū)（gross tumor volume, GTV）邊界，往往造成靶區(qū)勾畫過大、靶區(qū)勾畫不確定。本研究通過對比影像融合前后勾畫的靶區(qū)，探討CT/MRI圖像融合技術(shù)在肺癌腦轉(zhuǎn)移靶區(qū)勾畫中的作用。

1 資料與方法

1.1 研究對象 本組病例為2011年1月-2012年5月哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第三醫(yī)院收治的肺癌腦轉(zhuǎn)移患者，共31例，均經(jīng)病理證實。其中男性15例，女性16例，年齡48歲-73歲；鱗癌8例，腺癌16例，小細(xì)胞癌7例；單發(fā)23例，多發(fā)8例，其中幕上25例，幕下5例，幕上及幕下轉(zhuǎn)移1例。對于伴有明顯顱高壓癥狀者掃描前均行降顱壓藥物治療，且CT及MRI掃描間隔盡量縮短。對于CT和MRI均呈陰性的病例，如腦膜轉(zhuǎn)移，因融合技術(shù)優(yōu)勢不明顯，且腦膜轉(zhuǎn)移多采用全腦照射，本研究并未納入相關(guān)病例。

1.2 CT/MRI檢查 全部病例均在仰臥位予熱塑面罩固定后行橫斷面CT增強(qiáng)掃描，采用菲利浦大孔徑模擬定位機(jī)（Phylips Brilliance Big Bore），圖像軸面掃描基線采取眶耳線（外眥至外耳道連線），直至顱頂骨，厚度為5 mm，冠狀面掃描基線為冠狀線垂直眶耳線，掃描層厚為5 mm。所有病例在CT掃描前后3天內(nèi)均接受MRI掃描，MRI采用Phillips Achieva 1.5T機(jī)，掃描時均采用頭頸聯(lián)合線圈。由于受MRI機(jī)孔徑限制，掃描時未能予熱塑面罩固定，掃描范圍同CT掃描范圍，層厚5 mm。

1.3 圖像融合方法及靶區(qū)勾畫 掃描后將CT及MRI圖像經(jīng)局域網(wǎng)傳輸至治療計劃系統(tǒng)（VARIN Eclipse version 10.0），本系統(tǒng)可根據(jù)CT圖像及MRI圖像分別重建三維圖像，采用Point Match法，選擇基底動脈、晶體、視神經(jīng)、腦干等作為參考點(diǎn)進(jìn)行融合，融合最大誤差、平均誤差均控制在2 mm以內(nèi)，完成后由一位高年資放療科醫(yī)師分別對每例患者增強(qiáng)CT圖像及CT/MRI融合后的圖像進(jìn)行靶區(qū)勾畫。紅色為GTVCT，綠色為GTVCT/MRI，利用VARIN治療計劃系統(tǒng)上靶區(qū)體積計算功能分別計算出各例患者基于CT/MRI融合圖像及增強(qiáng)CT圖像所勾畫的GTV體積并計算比值，若比值介于0.9-1.1，為兩種靶區(qū)勾畫方法體積接近；比值≤0.9或≥1.1均為兩種靶區(qū)勾畫方法差異明顯。最大平均誤差用兩組GTV邊界相差最大值的均數(shù)來表示。

1.4 瘤周水腫情況 水腫分度：無水腫，腫瘤周圍無明確水腫帶；輕度，水腫范圍＜腫瘤最大徑的1/2；中度，水腫范圍在腫瘤最大徑的1/2至腫瘤最大徑之間；重度，水腫范圍＞腫瘤最大徑。如果為多發(fā)腦轉(zhuǎn)移的患者，以水腫最嚴(yán)重的病灶統(tǒng)計。本組31例患者中，無水腫5例，輕度5例，中度9例，重度12例。

1.5 統(tǒng)計方法 數(shù)據(jù)處理采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件，GTV體積比較采用t檢驗，多組之間比較采用方差分析，兩兩比較采用LSD檢驗。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 GTV體積比較 增強(qiáng)CT靶區(qū)的平均體積為23.17 cm3，明顯大于CT/MRI融合靶區(qū)的11.15 cm3，CT圖像上勾畫的GTV平均值為（23.17±3.46）cm3，CT/MRI融合圖像上勾畫的GTV平均值為（11.15±1.93）cm3，兩者差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=3.021, P=0.004）?；贑T/MRI融合圖像與增強(qiáng)CT圖像所分別勾畫的GTV體積比較見表1。

表 1 CT/MRI融合圖像與增強(qiáng)CT圖像勾畫的GTV體積比較Tab 1 The comparison between GTV volume of CT/MRI image registration and enhanced CT image

2.2 瘤周水腫對靶區(qū)勾畫的影響 無水腫的最大平均誤差為（0.34±0.02）cm，因1例GTVCT/MRI大于GTVCT，考慮為CT靶區(qū)勾畫偏小，不在比較范圍而將其排除。瘤周水腫對于靶區(qū)勾畫影響較大，瘤周水腫程度越大，靶區(qū)勾畫準(zhǔn)確度越低（表2）。多組之間比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（F=3.572, P=0.041），兩兩之間比較顯示無水腫靶區(qū)勾畫的最大平均誤差與中度水腫和重度水腫靶區(qū)勾畫的最大平均誤差存在統(tǒng)計學(xué)差異（P=0.015, P=0.012）。

表 2 轉(zhuǎn)移灶不同水腫程度的靶區(qū)勾畫最大平均誤差比較Tab 2 The comparison among maximum average errors of various degrees of tumor edema

3 討論

肺癌是腦轉(zhuǎn)移中最常見的原發(fā)腫瘤，約占全部腦轉(zhuǎn)移瘤的30%-40%[1]，CT平掃多表現(xiàn)為顱內(nèi)單發(fā)或多發(fā)的等密度、低密度和高密度，瘤灶周圍明顯水腫是轉(zhuǎn)移瘤的一個明顯特征， 呈低密度區(qū)，水腫常累及白質(zhì)，而較少累及灰質(zhì)，典型的水腫呈指狀分布，但部分腦轉(zhuǎn)移瘤CT平掃呈等密度，而病灶周圍又無腦水腫，因此很難發(fā)現(xiàn)（圖1）。

MRI成像取決于物質(zhì)的質(zhì)子密度，對軟組織特別是對浸潤性腫瘤比較敏感，圖像邊界清晰，較CT影像能夠更精確地描述腫塊大小，并減少觀察之間和觀察者自身對腫瘤范圍理解上的差異[3]，MRI對于腦轉(zhuǎn)移瘤的診斷和GTV的確定明顯優(yōu)于CT，但由于MRI非線性的磁場和體內(nèi)不同組織的磁化系數(shù)不同，存在著圖像的失真問題，更重要的是MRI不能提供劑量所需的諸如電子密度、 阻止本領(lǐng)比等參數(shù)，加上掃描時間長和缺少固定裝置，所以，MRI的圖像一般不能用于治療計劃系統(tǒng)。

圖 1 增強(qiáng)CT圖像（A）和MRI圖像（B）Fig 1 Enhanced CT image (A) and MRI image (B)

圖 2 幕上轉(zhuǎn)移灶（A：增強(qiáng)CT圖像；B：MRI圖像；C：CT/MRI融合圖像）。Fig 2 Supratentorial metastasis.(A: Enhanced CT image; B: MRI image; C: CT/MRI fusion image).

醫(yī)學(xué)圖像融合技術(shù)是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的一種圖像后處理方法，充分發(fā)揮了MRI和CT各自的優(yōu)勢，在一定程度上彌補(bǔ)了MRI變形、失真的不足，而對腫瘤邊界的顯示則更加清晰。目前該技術(shù)在鼻咽癌、腦膠質(zhì)瘤中研究較多，尚未見應(yīng)用于腦轉(zhuǎn)移瘤中的報道。張蕾等[4]收集了19例腦膠質(zhì)瘤患者進(jìn)行了術(shù)前術(shù)后CT與MRI的融合，發(fā)現(xiàn)靶區(qū)的勾畫單靠CT或者M(jìn)RI都沒有兩者融合的效果好，顯示CT/MRI融合圖像明顯優(yōu)于單獨(dú)MRI圖像。李丹明等[5]也得出了相似結(jié)論。本組病例中CT圖像上勾畫的GTV平均值（23.17±3.46）cm3，CT/MRI融合圖像上勾畫的GTV平均值（11.15±1.93）cm3，兩者差異有統(tǒng)計學(xué)意義，CT圖像上勾畫的GTV明顯大于CT/MRI融合圖像上勾畫的GTV，這主要是因為：①CT圖像無法完整清晰地顯示腫瘤邊界；②為了不遺漏靶區(qū)，主觀上外擴(kuò)了靶區(qū)范圍，而CT/MRI融合后圖像具備了兩種影像技術(shù)的優(yōu)勢，因此縮小了靶區(qū)范圍。本研究重點(diǎn)探討融合前后靶區(qū)范圍的比較，因此對亞臨床的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)移灶的亞臨床浸潤即CTV并未做比較。在圖像融合過程中，筆者應(yīng)用治療計劃系統(tǒng)中的融合軟件包進(jìn)行圖像配準(zhǔn)和融合處理。沒有采用外部定位標(biāo)記，而選取顱腦內(nèi)部標(biāo)志點(diǎn)作為參考點(diǎn)，主要因為顱腦內(nèi)的一些解剖結(jié)構(gòu)位置固定并且容易在CT和MRI圖像中識別，如大腦基底動脈、視交叉點(diǎn)、晶體、視神經(jīng)等，均可在CT和MRI圖像中清晰顯示，且融合結(jié)果的優(yōu)劣由一位影像醫(yī)師及一位放療醫(yī)師共同判定。采用體表標(biāo)記法，雖然可以為融合提供更好的位置標(biāo)準(zhǔn)，但在患者活動及行掃描時均存在標(biāo)記物發(fā)生移動的可能，即使很小的位移也會導(dǎo)致融合時出現(xiàn)較大的誤差。

本組病例中，無水腫5例，輕度水腫5例，中度水腫9例，重度水腫12例。其中無水腫患者的最大平均誤差為（0.34±0.02）cm（因1例GTVCT/MRI大于GTVCT，考慮為CT靶區(qū)勾畫偏小，不在比較范圍而將其排除），中度和重度水腫患者的最大平均誤差分別為（0.95±0.13）cm、（1.02±0.11）cm，無水腫患者的最大平均誤差與中、重度水腫患者的最大平均誤差有統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.05）。由此可見靶區(qū)勾畫的誤差大小與腦水腫程度成正比，即腦水腫程度越大，靶區(qū)勾畫越不準(zhǔn)確（圖2）。主要因為瘤周水腫雖然可以判定轉(zhuǎn)移瘤的大致位置，但由于邊界不清，且瘤體大小常與瘤周水腫程度不成比例，即表現(xiàn)為“小病灶，大水腫”，為避免遺漏靶區(qū)，往往造成靶區(qū)勾畫過大，本組重度水腫患者的靶區(qū)勾畫最大平均誤差達(dá)到1 cm以上。另外對于幕下等部位的瘤灶，雖然受水腫影響很小，但由于缺乏密度對比，病灶邊緣亦顯示不理想，無法滿足對于靶區(qū)高精度的要求。從圖3可見增強(qiáng)CT對于小腦病灶顯示不清，CT/MRI融合后的圖像則可以較好地顯示瘤灶邊界，兩者最大誤差達(dá)到1.34 cm。因此建議對于水腫明顯或者增強(qiáng)CT顯示不清的病灶，盡量應(yīng)用圖像融合技術(shù)，以減少誤差。

多發(fā)腦轉(zhuǎn)移在肺癌中占有一定比例，本組病例為25.8%（8/31），轉(zhuǎn)移灶多呈散發(fā)且體積較小，瘤周水腫常不明顯，因此CT平掃很難完全顯示。CT/MRI圖像融合技術(shù)具備了MRI的成像特點(diǎn)，對于多發(fā)小病灶特別是微小病灶和后顱窩病變具有明顯優(yōu)勢。本組病例中單發(fā)23例，多發(fā)8例，因兩者病例數(shù)相差較多，未作統(tǒng)計學(xué)比較，但筆者發(fā)現(xiàn)通過影像融合技術(shù)可以更準(zhǔn)確地判定病灶位置，大大降低了在CT圖像上尋找病灶的難度，減少了主觀誤差（圖4）。

圖 3 幕下轉(zhuǎn)移灶 （A：增強(qiáng)CT圖像；B：MRI圖像；C：CT/MRI融合圖像）。Fig 3 Infratentorial metastasis (A:Enhanced CT image ; B: MRI image; C:CT/MRI fusion image).

圖 4 多發(fā)轉(zhuǎn)移灶（A：增強(qiáng)CT圖像；B：MRI圖像；C：CT/MRI融合圖像）。圖2-圖4中A、B、C分別為同一患者的增強(qiáng)CT、腦MRI、CT/MRI融合圖像，GTVCT用紅色線顯示，GTVCT/MRI用綠色線顯示。Fig 4 Multiple metastases (A: Enhanced CT image; B: MRI image; C: CT/MRI fusion image). The diagrams (Fig 2 to Fig 4) of A, B, C respectively for the same patients with enhanced CT, brain MRI,CT/MRI fusion images, GTVCT with red line display, GTVCT/MRI green line display.

目前肺癌腦轉(zhuǎn)移率呈升高趨勢，如何更好地改善臨床癥狀、控制局部病灶、提高影像識別的準(zhǔn)確率以及靶區(qū)勾畫的精確度是關(guān)鍵。本研究顯示，單獨(dú)應(yīng)用CT勾畫GTV的體積明顯大于應(yīng)用CT/MRI融合圖像勾畫GTV的體積，而主要原因是MRI較CT能夠更清楚地顯示腫瘤邊緣的信息。通過CT/MRI圖像融合技術(shù)將MRI和CT的優(yōu)勢結(jié)合起來，使靶區(qū)勾畫相對容易，并且提高了靶區(qū)勾畫的一致性，減少了主觀誤差。有報道[6]顯示不同醫(yī)師之間根據(jù)CT/MRI圖像融合勾畫的靶區(qū)，由于主觀認(rèn)識上的差異引起的差別小于CT靶區(qū)的差別。本研究雖未進(jìn)行上述比較，但CT/MRI圖像融合對于腦轉(zhuǎn)移靶區(qū)勾畫的一致性應(yīng)該存在積極意義。目前CT/MRI融合技術(shù)尚不能解決生物靶區(qū)的勾畫，因為常規(guī)MRI無法了解靶區(qū)內(nèi)部的生物學(xué)信息，如乏氧、增殖等，目前PET-CT是解決上述問題的主要手段，然而PET-CT對于腦轉(zhuǎn)移的成像效果不佳，無法清晰顯示腫瘤邊界，且存在一定的誤診及漏診，因此，如何將CT、MRI、PET-CT的優(yōu)勢結(jié)合在一起或許是解決生物靶區(qū)問題的一條途徑。本研究仍存在一些待解決的問題，如CT定位時雖均采用B型頭枕以接近MRI掃描的體位但并不是完全一致，以及病例數(shù)較少沒有針對各個病理類型進(jìn)行比較，研究小組將進(jìn)一步完善研究，探尋CT/MRI融合技術(shù)在臨床應(yīng)用的價值。