CT-MRI圖像融合技術(shù)在腦膠質(zhì)瘤術(shù)后放療靶區(qū)勾畫中的應用

陳意標張漢雄蔣振東馬天斌張堅朱文標

作者單位：514032 梅州 廣東省梅州市人民醫(yī)院1放療科，2病理科

臨床研究

CT-MRI圖像融合技術(shù)在腦膠質(zhì)瘤術(shù)后放療靶區(qū)勾畫中的應用

陳意標1張漢雄1蔣振東1馬天斌1張堅1朱文標2

作者單位：514032 梅州 廣東省梅州市人民醫(yī)院1放療科，2病理科

目的 探討CT-MRI圖像融合技術(shù)在腦膠質(zhì)瘤術(shù)后調(diào)強適形放療靶區(qū)勾畫中的臨床應用價值。方法 由2位不同資歷的腫瘤放療?？漆t(yī)師分別在10例腦膠質(zhì)瘤患者術(shù)后的CT定位圖像、CT-MRI融合圖像上勾畫臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV），并比較組間勾畫體積差異。結(jié)果 住院醫(yī)師組與副主任醫(yī)師組勾畫的CTVCT體積均比CTVCT＋MRI體積大，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），住院醫(yī)師組勾畫的CTVCT體積大于副主任醫(yī)師組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），兩組醫(yī)師勾畫的CTVCT＋MRI體積差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。結(jié)論 CT-MRI圖像融合技術(shù)能夠明顯提高腦膠質(zhì)瘤術(shù)后放療靶區(qū)勾畫的準確性，減少主觀因素差異性。

顱內(nèi)腫瘤；腦膠質(zhì)瘤；術(shù)后放療；臨床靶區(qū)；圖像融合

腦膠質(zhì)瘤是最常見的顱內(nèi)原發(fā)腫瘤，占顱內(nèi)腫瘤的32.6%～60.9%［1-2］。手術(shù)是腦膠質(zhì)瘤最重要的治療手段，但腦膠質(zhì)瘤呈浸潤性生長，手術(shù)很難徹底切除，術(shù)后需常規(guī)放療［3］。由于水腫區(qū)的存在以及術(shù)后正常解剖結(jié)構(gòu)的改變，腦膠質(zhì)瘤術(shù)后放療的靶區(qū)確定普遍存在較大誤差。

目前，靶區(qū)勾畫主要依賴于電子計算機斷層掃描（c omputed t omography，CT）和磁共振成像（m agnetic r esonance i mage，MRI）。由于CT及MRI成像原理不同，因此對腫瘤及正常組織的影像學表現(xiàn)也存在差異性及局限性。另外，不同級別的醫(yī)師臨床經(jīng)驗以及對解剖、影像、靶區(qū)的認識存在差異，導致靶區(qū)勾畫也存在一定差異。如何將CT圖像與MRI圖像相互融合，綜合兩種影像信息，為放療靶區(qū)的勾畫提供更多、更準確的信息，是當前放療界的研究熱點之一。本文通過研究CT-MRI圖像融合技術(shù)在10例腦膠質(zhì)瘤患者術(shù)后放療靶區(qū)勾畫中的應用，評估其臨床價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2015年10月至2016年7月期間梅州市人民醫(yī)院放療科收治的腦膠質(zhì)瘤患者10例，其中男性6例，女性4例；年齡15～53歲，中位年齡44歲。已行手術(shù)全切或不全切除術(shù)，病灶均為單發(fā)，KPS評分均≥70分。按WHO分級：Ⅱ級3例，Ⅲ級1例，Ⅳ級6例，均有輔助放療指征。

1.2 影像設備及圖像掃描模式

1.2.1 CT模擬定位掃描 常規(guī)放療體位，仰臥于體板，統(tǒng)一型號頸部固定墊，熱塑頭頸肩膜固定，患者面部勾畫定位標記線，頭頸肩膜表面貼定位標記金屬點，掃描時應用CT所配激光線，以面部標記線、頭頸肩膜表面金屬標記點為掃描定位標記。使用美國GE公司Hispecd螺旋CT行全腦平掃＋增強掃描，層厚3 mm，掃描條件為120 k V，300mAs，矩陣為512×512。

1.2.2 MRI（術(shù)后）掃描 因MRI孔徑小且固定頭頸肩膜的體板不能通過，無法使用頭頸肩膜固定，頭部盡量保持聽眥線和垂直線的夾角與CT模擬定位相同，統(tǒng)一使用與CT模擬定位相同型號頸部固定墊，MRI無掃描激光線，掃描時需盡量保持CT模擬定位時的常規(guī)放療體位。使用德國西門子公司Skyra 3.0MRI行全腦平掃＋增強掃描，層厚3mm，掃描條件為T1WI系列下TR 500ms、TE 9.7ms，T2WI系列下TR 3 500ms、TE 99ms、FOV 200ms×230ms。

1.3 圖像融合

圖像掃描后通過醫(yī)院局域網(wǎng)傳至放療科Monaco治療計劃系統(tǒng)，利用系統(tǒng)自帶圖像融合功能由醫(yī)師、物理師共同在工作站上進行CT與MRI的圖像融合。先自動匹配進行粗融合，然后選用腦干、眼球、視交叉點、晶體、視神經(jīng)、垂體等作為內(nèi)參考點進一步微調(diào)反復匹配，要求人體外輪廓、解剖結(jié)構(gòu)和骨性標志等基本重合。融合效果由醫(yī)師和物理師共同評估確定，圖像分兩種，分別為CT定位圖像和CT-MRI融合圖像。

1.4 靶區(qū)勾畫

由2位不同資歷腫瘤放療?？漆t(yī)師（高年資住院醫(yī)師、副主任醫(yī)師）分別在CT定位圖像、CT-MRI融合圖像勾畫臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV），CTV定義為大體腫瘤體積（Gross tumor volume，GTV）外放1.5～2 cm，在阻止腫瘤浸潤的解剖天然屏障及重要正常器官處適當修改。CT定位圖像上勾畫的CTV命名CTVCT，參考術(shù)后MRI在CT定位圖像上逐層勾畫；CT-MRI融合圖像上勾畫的CTV命名CTVCT＋MRI，直接在融合圖像上勾畫。

1.5 觀察指標

按圖像分兩組，CT定位圖像組和CT-MRI融合圖像組；按不同醫(yī)師勾畫CTV分為住院醫(yī)師組和副主任醫(yī)師組。利用治療計劃系統(tǒng)上靶區(qū)體積計算功能分別讀取不同的CTV體積，觀察不同組間靶區(qū)體積勾畫差異。

1.6 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，計量資料以均數(shù)±標準差（±s）表示，組間比較采用配對t檢驗及兩獨立樣本t檢驗。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組醫(yī)師勾畫的CTVCT和CTVCT+MRI體積比較

兩組醫(yī)師勾畫的CTVCT體積比CTVCT＋MRI體積大，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。見表1。

表1 兩組醫(yī)師勾畫的CTVCT、CTVCT＋MRI體積比較［（±s）cm3］

表1 兩組醫(yī)師勾畫的CTVCT、CTVCT＋MRI體積比較［（±s）cm3］

組別 CTVCT＋MRI體積 t P住院醫(yī)師 226.74±100.09 2.54 0.02副主任醫(yī)師組 217.02±96.55 2.68 0.03 n CTVCT體積10 270.09±104.66 10 246.71±101.68

2.2 兩組醫(yī)師勾畫的CTVCT和CTVCT+MRI體積差異比較

住院醫(yī)師組與副主任醫(yī)師組勾畫的CTVCT體積差異明顯，前者大于后者，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；而兩組醫(yī)師勾畫的CTVCT＋MRI體積差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。見表2。

表2 兩組醫(yī)師勾畫的CTVCT和CTVCT＋MRI體積差異比較［（±s）cm3］

表2 兩組醫(yī)師勾畫的CTVCT和CTVCT＋MRI體積差異比較［（±s）cm3］

靶區(qū)體積 住院醫(yī)師 副主任醫(yī)師 t P CTVCT體積 270.09±104.66 246.71±101.68 2.82 0.04 CTVCT＋MRI體積 226.74±100.09 217.02±96.55 0.94 0.21

3 討論

腦膠質(zhì)瘤術(shù)后放療大多只勾畫CTV，但CTV的勾畫非常困難，原因是腫瘤細胞常存在于可見腫瘤之外，而且在CT和MRI圖像上，低級別腦膠質(zhì)瘤與高級別腦膠質(zhì)瘤影像表現(xiàn)截然不同。目前腦膠質(zhì)瘤術(shù)后放療靶區(qū)勾畫標準主要有歐洲癌癥研究治療組織和美國放射治療協(xié)作組兩種。Minniti等［4］納入105例放療聯(lián)合替莫唑胺的膠質(zhì)母細胞瘤，對兩種靶區(qū)勾畫的復發(fā)模式進行研究，治療組的CTV采用歐洲癌癥研究治療組織標準，即增強MRI顯示的殘存灶和術(shù)腔外放2 cm，不包括水腫帶；模擬組采用美國放射治療協(xié)作組標準，即包含水腫帶信息基礎(chǔ)上外放2 cm。研究結(jié)果顯示不同靶區(qū)勾畫方法的失敗模式相似，水腫程度與復發(fā)距離并不相關(guān)，但采用歐洲癌癥研究治療組織標準的腦組織受照體積明顯減少。神經(jīng)外科手術(shù)或活檢的研究結(jié)果亦提示，腦膠質(zhì)瘤細胞一般散布在大體腫瘤周圍2～3 cm，在腫瘤周圍2 cm內(nèi)復發(fā)占78%～86%，超過腫瘤周圍2 cm的水腫區(qū)內(nèi)復發(fā)大約為10%，超過水腫區(qū)復發(fā)只有5%［5］?；谏鲜鲅芯康慕Y(jié)果，循證醫(yī)學比較一致的結(jié)論是：腦膠質(zhì)瘤術(shù)后復發(fā)范圍大部分在術(shù)腔或增強病灶外2 cm內(nèi)。因此，本研究靶區(qū)勾畫參考歐洲癌癥研究治療組織標準，并結(jié)合腦膠質(zhì)瘤WHO分級做適當調(diào)整：T1增強相顯示術(shù)腔和強化灶為GTV（腫瘤區(qū)），低級別腦膠質(zhì)瘤（Ⅱ級）CTV在GTV基礎(chǔ)上外放1.5 cm，高級別腦膠質(zhì)瘤（Ⅲ級、Ⅳ級）CTV在GTV基礎(chǔ)上外放2 cm，均不必包括水腫帶。

以往的研究認為由于手術(shù)切除腦膠質(zhì)瘤的影響，以術(shù)后MRI為參考容易造成靶區(qū)脫漏，因此建議以術(shù)前MRI為準。但郭守娟等［6］研究顯示腦腫瘤術(shù)前MRI顯示的腫瘤部位在術(shù)后往往被正常腦組織填充，建議靶區(qū)應參考術(shù)前MRI，但以術(shù)后MRI為準。李丹明等［7］也認為由于腦膠質(zhì)瘤術(shù)后瘤床體積的明顯縮小及周圍正常腦組織的回填，根據(jù)術(shù)前MRI在CT定位圖像上勾畫CTV的方法可能會造成靶區(qū)偏大，導致正常腦組織受量過多，引起正常腦組織損傷的概率增加?；谝陨蠄蟮?，本文采用術(shù)后MRI圖像作為融合圖像。

研究顯示［8］，根據(jù)CT-MRI圖像融合技術(shù)行腦腫瘤立體定向活檢，成功率高于根據(jù)CT圖像活檢。郭耀平等［9］對25例顱內(nèi)病變采用了CT-MRI圖像融合的X刀治療，結(jié)果所有病變顯示清楚。陳蘇瑋等［10］對25例腦轉(zhuǎn)移瘤進行研究，認為CT-MRI圖像融合提高了靶區(qū)勾畫的準確性。何芬等［11］對30例惡性神經(jīng)膠質(zhì)瘤患者CT-MRI圖像融合的研究也得出了相似結(jié)論。Hentschel等［12］研究認為，CT-MRI圖像融合指導下的靶區(qū)勾畫體積、比參考MRI圖像在CT定位圖像指導下的靶區(qū)體積小，CT圖像易過度估計CTV范圍。李丹明等［7］對9例腦膠質(zhì)瘤患者術(shù)后放療靶區(qū)進行研究，發(fā)現(xiàn)CT圖像的CTV比CT-MRI圖像融合的CTV平均高估了47.31%。本研究的10例腦膠質(zhì)瘤患者術(shù)后CTVCT體積大于CTVCT＋MRI體積，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），與以上報道基本一致。原因考慮為CT圖像無法完整清晰顯示腫瘤邊界，為了不遺漏靶區(qū)易主觀外擴靶區(qū)范圍，而CT-MRI圖像融合具備了兩種影像技術(shù)的優(yōu)勢，因此能縮小靶區(qū)范圍。

不同級別的醫(yī)師對腫瘤浸潤范圍、解剖熟悉程度、靶區(qū)認識以及讀片水平等存在主觀差異，導致所勾畫的腦腫瘤靶區(qū)存在一定的差異。何芬等［11］研究發(fā)現(xiàn)不同級別的醫(yī)師勾畫的靶區(qū)均存在不同程度的差異，但CT-MRI圖像融合組的一致性指數(shù)明顯優(yōu)于CT組，提示CT-MRI圖像融合有助于腦腫瘤靶區(qū)勾畫的一致性。Cattaneo等［13］將腦膠質(zhì)瘤患者的MRI與CT圖像融合，評價了5名臨床醫(yī)生勾畫靶區(qū)的差別，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CT＋MRI圖像融合組的一致性指數(shù)明顯優(yōu)于定位CT圖像組，提示CT和MRI圖像融合可減少高級別腦膠質(zhì)瘤術(shù)后不同醫(yī)師放療靶區(qū)勾畫的差別。本研究結(jié)果顯示，住院醫(yī)師組與副主任醫(yī)師組在CT定位圖像上勾畫的CTVCT體積差異明顯，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），而依據(jù)CT-MRI圖像融合勾畫時，兩組醫(yī)師勾畫的CTVCT＋MRI差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）；提示靶區(qū)認識、臨床經(jīng)驗等主觀因素對靶區(qū)勾畫影響較大，CT-MRI圖像融合能夠提高影像辨識度，明顯減少不同醫(yī)師對靶區(qū)勾畫的不一致性。

不同的圖像融合技術(shù)各有優(yōu)劣勢，融合時應盡量參考多種影像技術(shù)。盡管CT和MRI能敏感地發(fā)現(xiàn)顱內(nèi)腫瘤并提供必要的解剖信息，但兩者都難以反映腫瘤生長代謝情況。功能MRI、單光子發(fā)射計算機斷層顯像（SPECT）、正電子發(fā)射計算機斷層顯像（PET-CT）等先進影像技術(shù)的出現(xiàn)標志著惡性腫瘤放療靶區(qū)勾畫進入功能和分子影像學時代，碳標記蛋氨酸PET（11C-MET PET）在腦腫瘤術(shù)后放療靶區(qū)確定中的價值已受到越來越多的關(guān)注。腦膠質(zhì)瘤細胞對蛋氨酸攝取率很高，而正常腦組織及炎癥組織對其攝取較少，腫瘤與正常腦組織間形成明顯對比，有助于更準確確定術(shù)后GTV范圍，并相應改變CTV勾畫，從而使靶區(qū)的設定更加準確、合理。

目前國內(nèi)外開展最多的是PET與CT的圖像融合研究，但PET機器昂貴、檢查費用高，大部分基層醫(yī)院不能開展，而MRI則相對經(jīng)濟，采用CT-MRI圖像融合技術(shù)能夠明顯提高腦膠質(zhì)瘤放療靶區(qū)勾畫的準確性，減少主觀因素差異性，從而有助于提高患者生存率，降低腫瘤復發(fā)率，同時避免正常腦組織不必要的照射，改善患者生活質(zhì)量，值得臨床推廣應用。

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［2016-10-25收稿］［2016-12-28修回］［編輯 江德吉］

Application of CT-MRI fusion images for determ ining the target region in postoperativeglioma

Chen Yibiao1，Zhang Hanxiong1，Jiang Zhendong1，Ma Tianbin1，Zhang Jian1，Zhu Wenbiao2（1Department of Radiotherapy，2Department of Pathology，Meizhou People's Hospital，Meizhou，514032，P.R.China）

Objective To investigate the application of computed tomography（CT）and magnetic resonance imaging（MRI）fuse images for determining the target region in postoperative glioma.Methods CT and MRI imageswere fused from 10 patients.The CTV of each patient was independently determined by an associate chief doctor and a resident based on CT and MRI images.The CTV contoured on CT（CTVCT）and MRI（CTVMRI）weremeasured，and composite volumes（CTVCT+MRI）were calculating as the sum of CT-defined CTV and MRI-defined CTV.Differences between these volumes were compared.Results Volumes of CTVCT+MRIwere larger than the volumes of CTVCT（P<0.05）determined by all doctors.Volumes of CTVCTdetermined by associate chief doctors was larger than that（P<0.05）determined by resident doctors.Volumes of CTVCT+MRIdid not differ significantly between associate chief doctors and residents（P>0.05）.Conclusions CT-MRI fusion images can significantly improve accuracy in radiation therapy after glioma surgery.The composite volume（CTVCT+MRI）may be less dependent on physician experience.

Intracranial neoplasms；Glioma；Postoperation radiotherapy；Clinical target volume；Image fusion

R739.4

A

1674-5671（2017）01-04

10.3969/j.issn.1674-5671.2017.01.12