擴散張量成像在腦膠質(zhì)瘤術(shù)后調(diào)強放療中的臨床應(yīng)用初探*

王明磊　夏新舍　趙超云　郭艷紅　趙建國　馬　輝　王曉東④夏鶴春

·臨床研究與應(yīng)用·

擴散張量成像在腦膠質(zhì)瘤術(shù)后調(diào)強放療中的臨床應(yīng)用初探*

王明磊①夏新舍②趙超云①郭艷紅②趙建國①馬輝③④王曉東①④夏鶴春③④

目的：探討擴散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）在指導(dǎo)鄰近皮質(zhì)脊髓束（corticospinal tract，CST）腦膠質(zhì)瘤術(shù)后放療方案中的應(yīng)用價值。方法：30例鄰近CST腦膠質(zhì)瘤術(shù)后擬行放療患者，行常規(guī)MRI平掃+增強及DTI檢查。獲取CST相關(guān)數(shù)據(jù)并與相應(yīng)的MR、CT解剖圖像融合，導(dǎo)入放療計劃系統(tǒng)并依此勾畫靶區(qū)、危及器官及CST，采用調(diào)強放療（IMRT）技術(shù)分別制定考慮和不考慮CST劑量保護的兩種放療計劃并進行比較。結(jié)果：在兩種計劃均達到靶區(qū)治療劑量及常規(guī)危及器官保護的情況下，考慮CST劑量保護的放療計劃中的患者患側(cè)、健側(cè)CST所受最大輻射劑量和平均輻射劑量均低于不考慮CST劑量保護的放療計劃（P＜0.05）。結(jié)論：DTI能夠明確CST的位置、形態(tài)及與腦膠質(zhì)瘤術(shù)后放療靶區(qū)的關(guān)系，有助于制定保護性放療方案，最大程度減低CST所受輻射劑量，從而降低放療后發(fā)生神經(jīng)損傷的可能。

腦膠質(zhì)瘤擴散張量成像放射治療皮質(zhì)脊髓束劑量學(xué)

Correspondence to:Xiaodong WANG;E-mail:xdw80@yeah.net

1Department of Radiology,2Department of Radiology,3Department of Neurosurgery,General Hospital of Ningxia Medical Univer sity,Yinchuan 750004,China;4Ningxia Key Laboratory of Craniocerebral Disease

This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(No.81260373)and Provincial Natural Science Foundation of NingxiaAutonomous Region(No.NZ11269)

腦膠質(zhì)瘤是顱內(nèi)最常見的原發(fā)性神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤，具有易復(fù)發(fā)、易局部播散及難治性等特點。目前主張以手術(shù)切除結(jié)合術(shù)后放療、化療等綜合治療策略制定個體化方案［1］。隨著功能磁共振影像技術(shù)的發(fā)展，基于擴散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）檢查的纖維示蹤技術(shù)能夠很好地顯示顱內(nèi)神經(jīng)纖維束，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)能夠在術(shù)中保護皮質(zhì)脊髓束（corticospinal tract，CST）及其他重要纖維束，提高腫瘤全切率，避免神經(jīng)功能損傷［2-3］。有研究將CST等重要纖維束信息融入伽馬刀治療計劃中，標(biāo)記為危及器官進行劑量保護［4］。術(shù)后放療作為腦膠質(zhì)瘤患者主要治療手段之一，雖然療效肯定，但同時也存在誘發(fā)放射性神經(jīng)損傷的風(fēng)險，尤其是鄰近顱內(nèi)重要神經(jīng)結(jié)構(gòu)［5-6］。本研究擬利用DTI檢查，將CST信息融入腦膠質(zhì)瘤患者術(shù)后放療計劃中，指導(dǎo)放療優(yōu)化方案及CST的劑量保護，從而降低放療后發(fā)生神經(jīng)損傷的可能性。

1　材料與方法

1.1一般資料

選取2012年5月至2014年1月寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院腫瘤醫(yī)院放療科鄰近CST腦膠質(zhì)瘤術(shù)后放療病例30例，其中男性14例，女性16例；年齡24～66歲，平均年齡42歲。病例均經(jīng)術(shù)后病理證實，其中膠質(zhì)瘤WHO分級Ⅱ級16例，Ⅲ級9例，Ⅳ級5例。病變位于左側(cè)額葉10例，右側(cè)額葉10例，左側(cè)頂葉1例，右側(cè)頂葉2例，左額頂葉1例，右額頂葉2例，右額顳葉3例，右顳頂葉1例。術(shù)后KPS評分均≥70分，無放療禁忌證。

1.2方法

1.2.1影像學(xué)檢查1）定位CT檢查：掃描機型：Philips 16排螺旋CT?；颊呔⊙雠P位，熱塑面膜固定頭部，掃描層厚3 mm，無層間距。注射對比劑增強掃描，模擬定位CT圖像導(dǎo)入Pinnacle放療計劃系統(tǒng)。2）MRI檢查：所有患者均于定位CT掃描后2 d行MRI平掃+增強及DTI檢查。①掃描設(shè)備及患者體位：均采用美國GE Signa ExciteHD 3.0T MRI掃描儀，8通道正交頭線圈，患者仰臥位。②DTI掃描參數(shù)：掃描序列采用單次激發(fā)平面回波序列，25個擴散梯度方向，TR/TE=10 000/98.8 ms，F(xiàn)OV 240×240 mm，矩陣128×

圖1　基于擴散張量成像定位皮質(zhì)脊髓束Figure 1　Localization of CST by DTI

128，NEX=1，b值選取0和1 000 s/mm2，層厚3 mm，層間距為0，掃描時間4 min 40 s。③圖像后處理：DTI原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入GE ADW4.4工作站，經(jīng)后處理得到彩色向量編碼圖、彩色FA圖并與T1解剖圖融合，選取一側(cè)大腦腳外側(cè)為種子點，同側(cè)內(nèi)囊后肢為第二種子點分別追蹤重建兩側(cè)CST，分析觀察CST走行、形態(tài)及與術(shù)后殘腔的位置關(guān)系，參照彩色向量編碼圖、彩色FA圖及重建皮質(zhì)脊髓束，在T1解剖像勾畫兩側(cè)CST（圖1）。T1解剖圖數(shù)據(jù)導(dǎo)入Pinnacle放療計劃系統(tǒng)。

1.2.2靶區(qū)勾畫所有患者均由2名放療科專業(yè)醫(yī)師結(jié)合定位CT與MR成像勾畫大體腫瘤靶區(qū)（GTV）。然后勾畫臨床靶區(qū)（CTV）：膠質(zhì)瘤Ⅱ級CTV 為GTV外擴1.5～2.0 cm，膠質(zhì)瘤Ⅲ/Ⅳ級CTV為GTV及周圍水腫區(qū)外放2.0～3.0 cm。計劃靶區(qū)（PTV）勾畫為CTV范圍外擴0.5 cm。靶區(qū)勾畫完畢后勾畫常規(guī)危及器官（晶體、視神經(jīng)、視交叉及腦干等）。然后由放射科及神經(jīng)外科醫(yī)師利用CT、MR融合圖及纖維示蹤圖勾畫鄰近放療靶區(qū)的CST（圖2）。

1.2.3計劃制定對于每例患者使用Pinnacle放療計劃系統(tǒng)制定兩套放療計劃（圖3）。均采用6 MV X射線照射，PTV處方劑量為60 Gy，分為30次，每次2.0 Gy。95%PTV體積所對應(yīng)受照劑量達到處方劑量，即D95≥60 Gy。第一套治療計劃（IMRT_noCST）：采用IMRT技術(shù)，在優(yōu)化過程中僅考慮靶區(qū)及常規(guī)危及器官。第二套治療計劃（IMRT_CST）：將鄰近放療靶區(qū)的CST按照標(biāo)準(zhǔn)危及器官納入優(yōu)化過程。采用IMRT技術(shù)，按照優(yōu)先級順序進行優(yōu)化，首先是優(yōu)化靶區(qū)覆蓋，然后是危及器官的最大受照劑量（Dmax）和平均受照劑量（Dmean），進而制定CST保護性放療方案。

圖2　MR成像與CT的融合Figure 2　Fusion of MRI and CT image

圖3　等劑量線分布圖Figure 3　Isodose distribution map

1.2.4計劃評估分別對每例患者的兩套放療計劃的劑量體積直方圖（DVH）、靶區(qū)適形度與劑量均勻性、等劑量曲線分布等進行評估。靶區(qū)適形度及劑量均勻性參數(shù)為：適形指數(shù)（conformity index，CI），劑量均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI）。CI計算公式：CI=VRI/VPTV［7］。VRI表示處方劑量的等劑量曲線所含體積，VPTV表示計劃靶區(qū)的體積，CI值越接近1，適形度越好。HI計算公式：HI=（D2-D98）/D50［8］。D2、D98、D50分別表示DVH積分曲線上2%、98%、50%PTV體積所對應(yīng)受照劑量，HI值越小，劑量均勻性越好。常規(guī)危及器官：比較兩側(cè)晶體、兩側(cè)視神經(jīng)、視交叉、腦干的所受Dmax及Dmean。皮質(zhì)脊髓束：分別比較兩側(cè)CST在兩套計劃中所受Dmax及Dmean，評估保護性計劃的有效性。

1.3統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 11.5軟件進行數(shù)據(jù)處理，比較兩種放療計劃中PTV及常規(guī)危及器官劑量學(xué)指標(biāo)，并對患側(cè)、健側(cè)CST所受Dmax及Dmean進行統(tǒng)計分析。數(shù)據(jù)均采用x±s表示，兩組數(shù)據(jù)間比較采用配對t檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2　結(jié)果

2.1靶區(qū)劑量學(xué)比較

IMRT_CST計劃與IMRT_noCST計劃相比，PTV Dmean、Dmax、D95及靶區(qū)適形度、劑量均勻性差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05，表1）。

表1　兩種放療計劃PTV受照劑量、靶區(qū)適形度及劑量均勻性比較　±sTable 1　Comparison of the planning target volume（PTV）radiation dose，target conformity，and homogeneity

表1　兩種放療計劃PTV受照劑量、靶區(qū)適形度及劑量均勻性比較　±sTable 1　Comparison of the planning target volume（PTV）radiation dose，target conformity，and homogeneity

t P Item Dmax（Gy）Dmean（Gy）D95（Gy）CI HI IMRT_noCST 64.88±0.66 62.36±0.53 60.45±0.36 1.053±0.049 0.082±0.016 IMRT_CST 65.04±0.69 62.41±0.56 60.37±0.28 1.039±0.047 0.089±0.016 -0.806 -0.287 1.536 1.643 -1.646 0.430 0.777 0.141 0.117 0.116

2.2常規(guī)危及器官劑量對比

IMRT_CST計劃與IMRT_noCST計劃相比，常規(guī)危及器官Dmax及Dmean差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），且均遠低于其耐受劑量（表2）。

表2　常規(guī)危及器官受照劑量相關(guān)參數(shù)比較　x±sTable 2　Comparison of radiation dose-associated parameters for conventional organs at risk

2.3CST劑量對比

IMRT_CST計劃與IMRT_noCST計劃比較，患側(cè)、健側(cè)的CST的Dmax及Dmean均明顯降低（P＜0.05）。提示保護性計劃能夠保護CST，減低CST受照劑量（表3）。

表3　CST受照劑量比較　x±sTable 3　Comparison of CST radiation doses

3　討論

由于腦膠質(zhì)瘤呈浸潤性生長，單純外科手術(shù)很難根治切除，術(shù)后放療已成為主要輔助治療方法之一［9］。多項研究表明手術(shù)結(jié)合術(shù)后放療對于延長患者生存期有顯著益處［10-12］。目前腦膠質(zhì)瘤術(shù)后放療劑量已達56～60 Gy，在療效提高的同時，發(fā)生放射性損傷的風(fēng)險也隨之增加。近年來隨著放療技術(shù)發(fā)展，IMRT技術(shù)在腦膠質(zhì)瘤術(shù)后放療中得到廣泛應(yīng)用，既能夠提高腫瘤靶區(qū)劑量又不增加正常腦組織的受照劑量。與傳統(tǒng)適形放療相比，IMRT技術(shù)對于不規(guī)則形狀或有凹面的靶區(qū)和鄰近的危及器官更具優(yōu)勢［13］。應(yīng)用CT、MR影像，許多重要的顱內(nèi)結(jié)構(gòu)如視神經(jīng)、視交叉、腦干等可以很好地在影像上顯示。在放療中，通過IMRT技術(shù)和參考已知的可耐受放射劑量可以修正這些危及器官所受劑量，從而避免可能的放射性損傷。

CST作為重要的白質(zhì)纖維束之一，連接大腦運動皮質(zhì)與脊髓，管理軀干、四肢的隨意運動，若發(fā)生損傷，將會造成肢體運動功能障礙，嚴重影響患者生存質(zhì)量。但是常規(guī)CT、MR影像難以提供腦白質(zhì)區(qū)CST等重要纖維束的影像信息，因此，放療中一直無法避免過度照射白質(zhì)纖維束，白質(zhì)纖維束的耐受劑量也是一個未知數(shù)。DTI作為目前唯一的一種無創(chuàng)顯示腦白質(zhì)纖維束的成像方法，可以直觀顯示纖維束的形態(tài)、走行及與病變的位置關(guān)系。本研究將DTI檢查作為關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合IMRT提出了保證靶區(qū)放射治療劑量同時兼顧保護鄰近重要纖維束的方法。

本研究表明，基于能夠示蹤重要神經(jīng)纖維束的DTI成像與術(shù)后放療定位CT的融合及IMRT技術(shù)修正鄰近危及器官所受劑量的優(yōu)勢，在保證靶區(qū)治療劑量及常規(guī)危及器官保護的同時，IMRT_CST放療計劃中作為功能性危及器官的兩側(cè)CST的Dmax及Dmean較IMRT_noCST放療計劃均不同程度降低，減低了CST發(fā)生放射性損傷的風(fēng)險。本組患者CST的Dmax、Dmean降低分別為：患側(cè)14.6%、13.7%，健側(cè)34.6%、30.7%，健側(cè)減低程度明顯高于患側(cè)。分析認為，由于本組部分患者患側(cè)CST緊鄰腫瘤靶區(qū)甚至與腫瘤靶區(qū)邊緣部分重疊，為確保靶區(qū)達到治療劑量，患側(cè)CST劑量減低受到限制，而健側(cè)CST距離腫瘤靶區(qū)位置較遠，劑量限制條件較寬松。

隨著影像技術(shù)的發(fā)展，磁共振功能成像在放療中的應(yīng)用日益廣泛，其中MR波譜成像及MR灌注成像可以更加精確定位腦膠質(zhì)瘤放療靶區(qū)［14-15］。本研究作為將擴散張量成像融入腦膠質(zhì)瘤術(shù)后放療的初步探索，僅在保證整個靶區(qū)治療劑量及保護常規(guī)危及器官的前提下，對考慮與不考慮CST劑量保護的放療計劃進行了比較，以探究保護CST的可行性。由于放射性損傷出現(xiàn)過程時間較長，本研究該階段并未對其后期療效予以評價，有待相關(guān)課題進一步研究。

總之，DTI檢查能夠明確腦膠質(zhì)瘤患者術(shù)后放療靶區(qū)與CST的關(guān)系，為勾畫劑量保護區(qū)提供纖維束影像學(xué)信息，進而指導(dǎo)保護性放療計劃的制定，減低CST所受放射劑量，降低其后期發(fā)生放射性神經(jīng)損傷的風(fēng)險。

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（2014-08-28收稿）

（2014-12-11修回）

（編輯：邢穎）

王明磊專業(yè)方向為腦功能成像在放療中的臨床應(yīng)用。E-mail：704554548@qq.com

Clinical application of diffusion tensor imaging in postoperative intensity modulated radiotherapy for gliomas

Minglei WANG1,Xinshe XIA2,Chaoyun ZHAO1,Yanhong GUO2,Jianguo ZHAO3,Hui MA3,4,Xiaodong WANG1,4,Hechun XIA3,4

Objective:To evaluate the application value of diffusion tensor imaging(DTI)in guiding the postoperative radiotherapy plan of the gliomas adjacent to the corticospinal tract(CST).Methods:Thirty patients with gliomas adjacent to the CST underwent routine magnetic resonance imaging(MRI)contrast-enhanced scanning and DTI after radiotherapy.Tractography data sets were acquired and were fused with the images of corresponding anatomical MRI and computed tomography.The acquired data sets of radiotherapy planning system were imported to assist with the delineation of the target volume,organs at risk,and CST.Two sets of radiotherapy plan,which considered or did not consider the dose protective effect of the CST,were formulated and compared using the treatment technique of intensity modulated radiotherapy.Results:The protective radiotherapy and unprotected plans both achieved the therapeutic dose to the target volume and the protection of the routine organs at risk.In the protective dose(with an optimization program that considered the dose reduction of CST),the maximum and mean radiation doses suffered by the patients'ipsilateral and contra-lateral CSTs were lower compared with the unprotected plan(P<0.05).Conclusion:DTI can identify the location and shape of CSTs,and their relationship with the postoperative radiotherapy target of gliomas.These findings contribute to the formulation of a protective radiotherapeutic regimen to keep the CST from the maximum and the mean radiation doses to the largest extent,thereby decreasing the possibility of nerve damage after radiotherapy.

brain glioma,diffusion tensor imaging,radiotherapy,corticospinal tract,dosimetry

10.3969/j.issn.1000-8179.20141450

①寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院放射科（銀川市750004）；②寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院腫瘤醫(yī)院放療科；③院神經(jīng)外科；④寧夏顱腦疾病重點實驗室*本文課題受國家自然科學(xué)基金項目（編號：81260373）和寧夏自然科學(xué)基金項目（編號：NZ11269）資助

王曉東xdw80@yeah.net