MRI 影像與CT 影像融合技術在局部晚期食管癌放療靶區(qū)勾畫中的應用研究

張婷玉，胡亞萍，黃曉瑩，靳海英，王斌杰

（1.開封市人民醫(yī)院影像科，開封475000；2.河南大學淮河醫(yī)院醫(yī)學影像科，開封475000）

食管癌是臨床中常見的胸部惡性腫瘤，全球每年新發(fā)病例48.2 萬，中國每年新發(fā)病例23.7 萬，約占全球食管癌新發(fā)總數的50%。大多數食管癌患者確診時已為中晚期，5 年生存率不足20%，對人類生命健康造成嚴重的威脅[1]。由于晚期食管癌患者錯過根治性手術治療最佳時期，放療已成為中晚期食管癌最安全、有效的治療手段之一，而準確勾畫腫瘤范圍是放療能否成功的關鍵環(huán)節(jié)[2]。電子計算機斷層掃描（computed tomography，CT）是放療靶區(qū)勾畫常用的影像學技術，但因軟組織分辨能力較差，在確定食管癌病變長度方面誤差較大[3]。磁共振（magnetic resonance imaging，MRI） 能較清晰地顯示軟組織結構，有利于放療靶區(qū)勾畫[4]。本研究旨在采用MRI 彌散加權影像（diffusion weighted imaging，DWI）聯(lián)合T2WI 影像與CT 影像融合技術對晚期食管癌放療靶區(qū)進行勾畫，探討該技術在食管癌放療中的應用價值。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選取2018 年3 月-2019 年3 月本院收治的食管癌局部晚期患者31 例為研究對象，納入標準：（1）患者均經組織病理學確診。（2）化療前均行CT 和MRI 檢查（兩次檢查間隔時間不超過1 周），無遠處轉移。（3）病理資料、臨床資料完整。排除標準：（1）具有CT 和MRI 檢查禁忌證。（2）具有放療禁忌證。（3）影像學圖片不清晰。符合條件的入組患者中，男性23 例，女性8 例，年齡50～75 歲，中位年齡64 歲，鱗癌25 例，非鱗癌6 例，病灶部位：頸段10 例，胸段21 例，區(qū)域淋巴結轉移8 例，T3期10 例，T4期17 例，N0 期4 例。

1.2 研究方法

1.2.1 CT 掃描 采用Philips 16 排螺旋CT 模擬機( 德國飛利浦公司)進行掃描，患者取仰臥位，雙臂抱頭，采用真空墊體模固定體位，體表十字線采用激光燈標記，掃描時保持平靜。掃描參數：電壓120 kV，電流150 mA，準直器寬度4 mm，旋轉時間1 s，掃描厚度5 mm。掃描完成后，將圖像傳輸美國Varian 公司的Eclipse 放射治療計劃系統(tǒng)。

1.2.2 MRI 掃描 采用Magentom Espree1.5T 磁共振儀（德國西門子）進行MRI 平掃（橫斷位T1WI、矢狀位T2WI）及DWI 成像。患者取仰臥位，雙臂抱頭，采用真空墊體模固定體位，體表十字線采用激光燈標記，采用體部線圈。T1WI 掃描參數：TR 3.25 ms，TE 1.30 ms，層間距0.6 mm，層厚5 mm，矩陣256×256。T2WI 掃描參數：TR 7840 ms，TE 110 ms，層間距1.0 mm，層厚5 mm，矩陣320×320。DWI 掃描參數：TR 3 400 ms，TE 100 ms，層間距1.5 mm，層厚5 mm，矩陣128×128。彌散方向為3，擴散敏感梯度b 值為400 s/mm2。掃描完成后，將圖像傳輸美國Varian 公司的Eclipse 放射治療計劃系統(tǒng)。

1.2.3 圖像融合 CT 圖像和MRI 圖像均采用Eclipse 放射治療計劃系統(tǒng)進行容積重建，將CT 掃描顯示高密度和MRI 掃描顯示高信號的標記點作為圖像融合參考點。基準層面根據定位標記點進行手動融合，然后插值融合處理其余層面。

1.2.4 靶區(qū)勾畫 由3 名放療科醫(yī)師分別對CT圖像和融合圖像進行靶區(qū)勾畫。CT 圖像以食管壁厚度＞5 mm 和（或）不含氣食管直徑＞10 mm、局部管腔不規(guī)則狹窄和（或）食管壁全周性或局限性增厚為標準，勾畫食管癌大體腫瘤靶區(qū)（gross target volume, GTV）。融合圖像以DWI 圖像高信號區(qū)為參考，勾畫食管癌GTV。臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV）為GTV 上下分別外放2 cm，前后左右分別外放1 cm，對食管亞臨床病灶進行預防性照射。

1.2.5 參數測量及分析 通過Eclipse 軟件測量勾畫食管癌GTV 的實際體積，并通過靶區(qū)CT 三維重建，測量勾畫的靶區(qū)長度，在CT 圖像和融合圖像上測量病變最大層面腫瘤厚度。每個病例均由3 名放療科醫(yī)師進行參數分析（分別計為A、B、C 組），計算每個病例測量GTV 和CTV 體積、長度、厚度的變異系數CV 及Ratio 比值。CV=標準差/均數，CV 值越小代表離散程度越小，Ratio 值=最大值/最小值，Ratio 越小代表數據變異程度越小。分析CT 圖像與融合圖像GTV、CTV 體積差異的影響因素，以GTV、CTV 體積差異分別作為因變量，以患者病理類型、病灶部位、分期等為自變量進行多因素分析。

1.3 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 20.0 軟件進行統(tǒng)計學推斷。計量資料符合正態(tài)分布采用(±s 表示，兩組間比較采用獨立樣本t檢驗。多因素分析采用Logistic回歸模型。檢驗水準α=0.05，均為雙側檢驗，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 CT 圖像與融合圖像表現 CT 圖像對食管癌病變邊界顯示不清，見圖1。MRI 與CT 融合圖像可清晰地顯示食管癌解剖結構，易于區(qū)分食管癌邊界與周圍組織器官，見圖2。

圖1 CT 圖像Fig 1 CT image

圖2 CT 與MRI 融合圖像Fig 2 CT and MRI fusion image

2.2 CT 圖像與融合圖像靶區(qū)勾畫相關參數比較 不同組以CT 圖像為基礎勾畫的GTV 和CTV體積、GTV 和CTV 長度、GTV 和CTV 厚度均大于以融合圖像為基礎勾畫的GTV 和CTV 體積、GTV和CTV 長度、GTV 和CTV 厚度，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見表1。

表1 CT 圖像與融合圖像靶區(qū)勾畫相關參數比較（(±s）Tab 1 Comparison of parameters related to target delineation between CT image and fusion image（(±s）

表1 CT 圖像與融合圖像靶區(qū)勾畫相關參數比較（(±s）Tab 1 Comparison of parameters related to target delineation between CT image and fusion image（(±s）

參數GTV 體積/cm3組別GTV 長度/cm GTV 厚度/cm CTV 體積/cm3 CTV 長度/cm CTV 厚度/cm A B C A B C A B C A B C A B C A B C CT 融合圖像 t P 93.12±10.48 85.23±7.54 3.403 0.001 96.38±12.32 86.01±7.85 3.952 ＜0.001 98.21±12.87 86.48±8.01 4.308 ＜0.001 9.15±0.58 8.84±0.47 2.312 0.024 9.38±0.63 8.93±0.53 3.043 0.004 10.14±0.67 9.02±0.51 3.438 0.001 4.98±0.35 4.81±0.28 2.112 0.039 5.14±0.41 4.92±0.32 2.355 0.022 5.43±0.47 5.10±0.43 2.885 0.005 683.54±52.35 615.67±47.58 5.342 ＜0.001 703.14±57.73 630.31±49.36 5.339 ＜0.001 726.54±61.55 641.53±52.11 5.869 ＜0.001 11.15±0.79 10.45±0.56 4.025 ＜0.001 11.23±0.81 10.64±0.60 3.329 0.002 12.08±0.93 10.97±0.68 5.364 ＜0.001 9.12±0.62 8.80±0.53 2.184 0.033 9.28±0.62 8.94±0.57 2.248 0.028 9.57±0.74 9.14±0.65 2.431 0.018

2.3 CT 圖像與融合圖像勾畫GTV 相關參數CV值及Ratio 值比較 3 名放療科醫(yī)師以CT 圖像或融合圖像為基礎勾畫的GTV 體積、GTV 長度和GTV 厚度有一定差別，以CT 圖像為基礎勾畫的GTV 體積、GTV 長度和GTV 厚度CV 值、Ratio 值均大于以融合圖像為基礎勾畫的GTV 體積、GTV長度和GTV 厚度CV 值、Ratio 值，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見表2。

2.4 CT 圖像與融合圖像勾畫CTV 相關參數CV值及Ratio 值比較 3 名放療科醫(yī)師以CT 圖像或融合圖像為基礎勾畫的CTV 體積、CTV 長度和CTV 厚度有一定差別，以CT 圖像為基礎勾畫的CTV 體積、CTV 長度和CTV 厚度CV 值、Ratio 值均大于以融合圖像為基礎勾畫的CTV 體積、CTV長度和CTV 厚度CV 值、Ratio 值，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見表3。

2.5 CT 圖像與融合圖像GTV、CTV 體積差異的多因素分析Logistic回歸模型分析顯示，頸段食管癌、T4期食管癌是影響CT 圖像與融合圖像GTV 體積、CTV 體積差異的獨立相關因素（P＜0.05），見表4。

表2 CT 圖像與融合圖像勾畫GTV 相關參數CV 值及Ratio 值比較（(±s）Tab 2 Comparison of CV value and Ratio value of GTV related parameters between CT image and fusion image（(±s）

表2 CT 圖像與融合圖像勾畫GTV 相關參數CV 值及Ratio 值比較（(±s）Tab 2 Comparison of CV value and Ratio value of GTV related parameters between CT image and fusion image（(±s）

組別 GTV 體積 GTV 長度 GTV 厚度CV 值 Ratio 值 CV 值 Ratio 值 CV 值 Ratio 值CT 0.25±0.10 2.15±0.68 0.21±0.09 2.04±0.61 0.18±0.08 1.92±0.57融合圖像 0.18±0.06 1.78±0.52 0.15±0.05 1.72±0.49 0.11±0.04 1.64±0.41 t 3.342 2.407 3.245 2.277 4.357 2.220 P 0.001 0.019 0.002 0.026 ＜0.001 0.030

表3 CT 圖像與融合圖像勾畫CTV 相關參數CV 值及Ratio 比較（(±s）Tab 3 Comparison of CV value and Ratio value of CTV related parameters between CT image and fusion image（(±s）

表3 CT 圖像與融合圖像勾畫CTV 相關參數CV 值及Ratio 比較（(±s）Tab 3 Comparison of CV value and Ratio value of CTV related parameters between CT image and fusion image（(±s）

組別 CTV 體積 CTV 長度 CTV 厚度CV 值 Ratio 值 CV 值 Ratio 值 CV 值 Ratio 值CT 0.27±0.11 2.19±0.66 0.24±0.10 2.08±0.59 0.20±0.09 1.95±0.58融合圖像 0.19±0.08 1.81±0.55 0.17±0.04 1.75±0.51 0.12±0.05 1.65±0.44 t 3.275 2.463 3.619 2.356 4.326 2.294 P 0.002 0.018 0.001 0.022 0.001 0.025

表4 CT 圖像與融合圖像GTV 和CTV 體積差異的多因素分析Tab 4 Multi factor analysis of GTV and CTV difference between CT image and fusion image

3 討論

調強放療是目前腫瘤放療常用技術，其目標是將放射線最大限度地集中至靶區(qū)，盡量減少周圍器官和組織的不必要照射，所以對放療前靶區(qū)勾畫范圍精確度要求很高，確定一種準確、有效靶區(qū)勾畫方法十分重要[5-6]。CT 是目前常用于食管癌放療靶區(qū)勾畫的影像學方法，但CT 對軟組織結構顯示清晰度較差，不易區(qū)分食管癌病灶邊界，如食管潰瘍、水腫等病理改變也會使食管管壁增厚，但CT 難以將之與食管癌管壁增厚區(qū)分，從而造成靶區(qū)勾畫欠準確，導致正常組織受到照射，病灶漏照，因此需結合其他技術來提高靶區(qū)勾畫的準確性[7]。既往研究指出，食管鏡和食管造影能準確地測量食管癌的病灶長度，但與CT 圖像均不能良好地融合，所以無法用于食管癌放療靶區(qū)勾畫[8]。

MRI DWI 是通過測量水分子擴散運動變化來反映組織空間結構、細胞密度變化，可早期發(fā)現腫瘤性病灶，確定病灶范圍。與正常組織比較，腫瘤組織細胞密度較大，且呈多型性，所以細胞間隙較窄，水分子運動受限，DWI 圖像呈高信號[9-11]。既往研究顯示，DWI 應用于多種惡性腫瘤全身成像，能判斷病灶浸潤范圍及轉移情況，但對體內器官邊界顯示不清，導致與CT 圖像融合效果不理想[12]。T2WI 則能清晰地顯示病灶邊界與組織輪廓，且與DWI 影像為同機掃描，故本研究以T2WI 為中介，實現了CT 圖像與DWI 的良好融合。本研究發(fā)現，以CT 圖像為基礎勾畫的GTV 和CTV 體積、GTV和CTV 長度、GTV 和CTV 厚度均顯著大于以融合圖像為基礎勾畫的GTV 和CTV 體積、GTV 和CTV長度、GTV 和CTV 厚度，提示以CT 圖像為基礎勾畫的GTV、CTV 在體積、長度及厚度方面均明顯高估，以融合圖像為基礎勾畫放療靶區(qū)，能縮小放射區(qū)域，更準確地反映病灶范圍。進一步分析發(fā)現，造成兩種勾畫方案GTV、CTV 體積差異的因素主要體現在頸段、非手術治療食管癌臨床分期T4期的病例上。頸段食管癌GTV、CTV 體積差異較大的原因可能是頸段周圍軟組織較多，如咽部、肌肉、器官等，這些軟組織是否受侵及受侵范圍采用CT檢查不易分辨，CT 圖像對腫瘤是否侵犯周圍組織顯示不佳，所以兩種勾畫方案在T4期食管癌GTV、CTV 體積方面有明顯差異[13-14]。

此外，臨床實踐中，不同放療醫(yī)師對同一病例靶區(qū)勾畫范圍往往不一致，即使同一放療醫(yī)師，在不同時間點對同一病例靶區(qū)勾畫范圍也有所不同。有研究認為，造成這種差異的原因與放療醫(yī)師經驗不同、腫瘤邊界不清、勾畫靶區(qū)標準不一致有關[15]。降低靶區(qū)勾畫差異的方法除了增加醫(yī)師臨床經驗、制定統(tǒng)一勾畫靶區(qū)標準外，還可通過提高周圍組織與病灶對比度，使病灶邊界更易區(qū)分而實現。本研究3 名放療醫(yī)師對每例病例進行GTV、CTV 勾畫，結果顯示，不同醫(yī)師在CT 圖像勾畫GTV 和CTV 體積、長度及厚度的CV 值和Ratio 值均顯著大于融合圖像，提示CT 與DWI 融合圖像上勾畫放療靶區(qū)一致性較高，穩(wěn)定性較好。

綜上所述，DWI 聯(lián)合T2WI 影像融合CT 影像技術在局部晚期食管癌放療靶區(qū)勾畫中具有良好的指導作用，相對于CT 圖像，能提高靶區(qū)勾畫準確性，降低周圍正常組織不必要照射。但本研究樣本量較少，統(tǒng)計結果可能存在偏倚，需進一步擴大樣本量深入研究。