王　財，瞿述根，王曉莉，殷　麟，劉慧琴

(青海大學附屬醫(yī)院放療科，西寧 810001)

MRI與CT圖像融合技術(shù)在前列腺癌調(diào)強放療中的應用

王財，瞿述根，王曉莉，殷麟，劉慧琴

(青海大學附屬醫(yī)院放療科，西寧 810001)

摘要：目的探討MRI與CT圖像融合技術(shù)在前列腺癌三維適形調(diào)強放療靶區(qū)確定中的應用，為臨床精確放療提供參考。方法選取16例經(jīng)病理診斷的前列腺癌患者?；颊哌M行常規(guī)CT平掃加增強掃描，CT掃描后第2天相同時段行MRI掃描。掃描后采用Pinnacle配準軟件對MRI和CT圖像進行歸一化互信息法配準。結(jié)果MRI成像與CT圖像融合在放療靶區(qū)勾畫中的腫瘤體積比單純用CT圖像勾畫的體積減小[(55.51±1.60)cm3比(70.74±3.51)cm3，t=12.48，P<0.001]。CT-MRI融合圖像直腸接受50、55、60、65 Gy放射劑量時照射體積占總體積的百分比明顯低于單獨CT圖像(P<0.05)，CT-MRI融合圖像膀胱接受40、45、50、55、60、65、70 Gy放射劑量時照射體積占總體積的百分比明顯低于單獨CT圖像(P<0.01)。結(jié)論在前列腺癌中應用MRI與CT圖像融合技術(shù)，能較好地確定三維適形調(diào)強放療靶區(qū)，并能夠減少對周圍器官的損傷。

關(guān)鍵詞：前列腺癌； MRI與CT圖像融合技術(shù)； 三維適形調(diào)強放療； 靶區(qū)

精確放療離不開醫(yī)學影像技術(shù)，各種醫(yī)學影像設備提供的圖像信息可以提高放射治療計劃設計的水平。圖像融合是利用醫(yī)學影像的信息在一幅圖像上同時表達人體的多方面信息，使人體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、功能等多方面的狀況更加直觀、全面地反映出來，用于腫瘤放療計劃的劑量設計，提高腫瘤劑量分布的準確性和均勻性，降低正常組織的受量[1]。能夠提供解剖結(jié)構(gòu)信息的CT和MRI 圖像都有較高的空間分辨率，前者對骨骼、血管、鈣化等組織的成像特別清晰，可以為病灶的定位提供一個很好的參考，但顯示病灶本身效果不盡如人意；而MRI圖像對軟組織的成像清晰，有利于病變范圍的確定[2]。所以只有CT和MRI影像信息的優(yōu)勢融合和互補，才能提高腫瘤放射治療計劃設計的精確性。

本文旨在探討MRI與CT 圖像在前列腺癌調(diào)強放療靶區(qū)確定中的應用價值，以更精確地給予患者治療。

1資料與方法

1.1一般資料

選取16例經(jīng)病理證實的前列腺癌患者，均于2010年3月至2013年10月由青海大學附屬醫(yī)院收治。所有患者均為中高危局限期不能或不愿接受手術(shù)，并自愿接受調(diào)強放療?；颊吣挲g58～73歲(平均66歲)，T2b—T3a期10例，T3b—T4期6例。前列腺特異性抗原水平為3.92～68.21 ng·mL-1(平均52.78ng·mL-1)。

1.2方法

1.2.1CT和MRI圖像的獲取

CT 檢查:患者晨起空腹，掃描前1 h飲1 000 mL水+1.5%泛影葡胺20 mL，以使小腸顯影并充盈膀胱。掃描時均釆用仰臥位，雙手上舉抱肘置額前，并用抽氣式真空固定墊固定體位，利用激光燈標記定位中心。釆用飛利浦CT 儀進行掃描，(重建矩陣512×512,體素大小1 mm,掃描電流125 mA,掃描電壓130 kV)進行常規(guī)平掃加增強掃描，掃描范圍為真骨盆上下5 cm，掃描層厚3 mm。

MRI 檢查:患者在CT掃描后第2天相同時段行MRI掃描，掃描前1 h排便排尿后喝溫開水820 mL，使膀胱處于充盈狀態(tài)，同樣釆用仰臥位，利用CT的十字交叉激光定位線在行MRI 掃描時復核配準交叉線，行T2加權(quán)和T2抑脂加權(quán)橫斷面掃描，掃描參數(shù)為TR=4 750 ms，TE=130 ms，ETL=19，層厚3 mm，掃描范圍同CT。

1.2.2圖像融合

物理師采用自動配準軟件對MRI和CT圖像進行歸一化互信息法配準，配準后手動微調(diào)以達到更好的視覺效果，將配準后的圖像傳送至放療計劃系統(tǒng)TPS(Pinnacle9.8)進行圖像融合。

1.2.3前列腺癌臨床靶區(qū)(CTV)的勾畫及調(diào)強放療計劃設計

前列腺癌具有多灶性，CTV勾畫包括整個前列腺及其包膜，因此常直接勾畫CTV，不需勾畫腫瘤靶區(qū)(GTV)。因局部晚期前列腺癌精囊受侵的概率明顯增高，故CTV還需包括精囊[3]。由同一名高年資腫瘤學醫(yī)師分別依據(jù)CT和CT-MRI融合圖像逐層勾畫患者的CTV (前列腺+精囊)，并勾畫膀胱、直腸、雙側(cè)股骨頭、小腸等靶區(qū)周圍正常組織。對于淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移可能性大于15%、或者T2c-T4并且Gleason評分≥6的局部晚期前列腺患者，CTV可包括盆腔淋巴引流區(qū)(髂內(nèi)、髂外和髂總)。PTV(計劃靶區(qū))在CTV的基礎(chǔ)上后方外放5 mm，其余方向(膀胱、左右、頭腳方向)均外放10 mm。盆腔淋巴引流區(qū)：CTV外放，頭腳方向為10 mm，前后左右為7～10 mm。前列腺癌CT和CT-MRI融合圖像靶區(qū)勾畫過程如封四圖1。用Pinnacle9.8TPS放療計劃系統(tǒng)對依據(jù)CT和CT-MRI融合圖像勾畫的靶區(qū)分別作調(diào)強放療計劃，處方劑量為95%PTV 76 Gy/38F，2.0 Gy/F。調(diào)強計劃采用7野等角度射野安排，靶區(qū)劑量均勻度、靶區(qū)適合度好，股骨頭受量小，子野數(shù)目也不多，是前列腺放療計劃的一種較好的選擇[4]。

劑量體積約束條件：直腸V70<25%，V50<40%，V40<50%(V70表示接受70 Gy放射劑量照射體積占總體積的百分比，文中V40、V45、V50、V55、V60、V65類同)。膀胱V50<50%、V70<20%，股骨頭 V50<5%。根據(jù)劑量體積直方圖DVH(封四圖2—3)分別計算出依據(jù)CT圖像和CT-MRI融合圖像勾畫的CTV體積，并比較基于CT圖像、CT-MRI融合圖像的放療計劃中直腸和膀胱受照劑量。

1.3統(tǒng)計學方法

2結(jié)果

2.1CT和CT-MRI融合圖像勾畫的CTV體積

16例患者用CT圖像勾畫的CTV (前列腺+精囊)體積均值為(70.74±3.51)cm3。16例患者用CT-MRI融合圖像勾畫的CTV (前列腺+精囊)體積均值為(55.51±1.60)cm3。融合圖像勾畫的體積比單純用CT圖像勾畫的體積小21.53%，兩者比較差異有統(tǒng)計學意義(t=12.48 ，P<0.001)。

2.2CT和CT-MRI融合圖像直腸的受照劑量

CT圖像和CT-MRI融合圖像勾畫靶區(qū)后(直腸)受照劑量體積直方圖(圖3)顯示，直腸V40、V45差異無統(tǒng)計學意義，而CT-MRI融合圖像直腸V50、V55、V60、V65、V70明顯低于單獨CT圖像(P<0.05)。見表1。

表1　 CT圖像和CT-MRI融合圖像的放療計劃

2.3CT和CT-MRI融合圖像膀胱的受照劑量

CT圖像和CT-MRI融合圖像勾畫靶區(qū)后(膀胱)劑量體積直方圖(圖3)顯示， CT-MRI融合圖像膀胱V40、V45、V50、V55、V60、V65明顯少于單獨CT圖像(P<0.01)，見表2。

表2　 CT圖像和CT-MRI融合圖像的放療計劃

3討論

醫(yī)學圖像融合(medical image fusion，MIF)是20世紀90 年代出現(xiàn)的一種圖像后處理方法，利用計算機多模態(tài)圖像技術(shù)將多種醫(yī)學影像綜合在一起，而達到互補的目的，使臨床診斷和治療更加準確[5]。盆腔結(jié)構(gòu)復雜，軟組織較多，特別是前列腺周圍被直腸、膀胱、精囊、靜脈叢、肌肉等軟組織包圍，單純CT圖像上顯示前列腺癌靶區(qū)邊界模糊， CT圖像勾畫靶區(qū)主要缺點是軟組織分辨率差，很難在CT圖像上精確勾畫靶區(qū)，對于周圍軟組織豐富的前列腺癌靶區(qū)很難清楚顯示靶區(qū)邊界，而MRI圖像軟組織分辨率高，恰好彌補了 CT圖像的缺點。Jeong等[6]研究發(fā)現(xiàn)，依據(jù)MRI圖像勾畫的前列腺體積與根治術(shù)中切除的實際前列腺體積大小基本吻合，可見MRI在確定前列腺靶區(qū)方面有著明顯優(yōu)勢。

MRI和 CT圖像融合用于前列腺靶區(qū)勾畫的研究在西方國家已有報道：Hentschel等[7]研究經(jīng)病理證實的前列腺癌患者前列腺體積均值，CT圖像上勾畫的為68.5 cm3(15.2～241.3 cm3)， MRI圖像上勾畫的為44.3 cm3(8.8～182.8 cm3)，MRI 圖像上獲得的靶區(qū)體積較CT小35%。Tanaka等[8]研究認為，基于CT-MRI融合圖像的體積較基于CT圖像的靶區(qū)體積小31%。本研究顯示，基于CT-MRI融合圖像的CTV體積較基于CT圖像的CTV體積小21.53%[(55.51±1.60)cm3比(70.74±3.51)cm3](P<0.05)，此結(jié)果與文獻[7-8]相近，都提示CT-MRI融合圖像在前列腺癌靶區(qū)勾畫中的應用價值。

本研究將MRI圖像與CT圖像融合用于前列腺癌靶區(qū)勾畫，減少了單純用CT圖像勾畫靶區(qū)造成的對靶區(qū)體積過高估計的風險。在不增加正常組織器官損傷的前提下提高前列腺癌靶區(qū)劑量，是提高前列腺癌放療療效的關(guān)鍵，即放療對前列腺癌有明顯的量效關(guān)系[9-13]。而直腸和膀胱是限制靶區(qū)劑量的主要危及器官，直腸接受高劑量照射的體積與其晚期毒副反應緊密相關(guān)[14-15]。本研究顯示,用融合圖像勾畫靶區(qū)較單純運用CT圖像在保證靶區(qū)劑量的情況下，可明顯減少直腸受高劑量照射的體積，同時膀胱最高受照劑量點的劑量也有明顯降低。

總之，MRI-CT融合圖像上勾畫的前列腺癌靶區(qū)體積比CT圖像上勾畫的小，MRI-CT融合圖像勾畫靶區(qū)制定的調(diào)強放療計劃比單純基于CT圖像可明顯減少受較高劑量照射的直腸體積，同時降低膀胱最高劑量點的劑量。因此，前列腺癌放射治療中運用MRI -CT融合圖像勾畫靶區(qū)可明顯提高靶區(qū)勾畫的準確性，降低直腸、膀胱等危及器官毒副反應。

參考文獻：

[1]Townsend D W,Beyer T.A combined PET/CT scanner：the path to true image fusion[J].Br J Radiol,2002,75 S:S24-S30.

[2]Vaquero J J,Desco M,Pascau J,et al.PET,CT,and Mr image registration of the rat brain and skull[J].IEEE Trans Nucl Sci,2001,48(42)：1440-1445.

[3]馬鐵英，岳莉，王衛(wèi)東，等.前列腺癌外放射治療的靶區(qū)勾畫[J].國際醫(yī)學放射學雜志，2011,34(3):266-268.

[4]金大偉，戴建榮，李曄雄，等.前列腺癌調(diào)強放療的治療方案比較[J].中華放射腫瘤學雜志，2005,14(1):47-51.

[5]Maintz J ,Viergever M A.A survey of medical image registration[J].Med Image Anal,1998,2(1)：1-36.

[6]Jeong C W,Park H K,Hong S K,et al.Comparison of prostate volume measured by transrectal ultrasonography and MRI with the actual prostate volume measured after radical prostatectomy[J].Urol Int,2008,81(2)：179-185.

[7]Hentschel B,Oehler W,Strauss D,et al.Definition of the CTV prostate in CT and MRI by using CT-MRI image fusion in IMRT planning for prostate cancer[J].Strahlenther Onkol,2011,187(3)：183-190.

[8]Tanaka H,Hayashi S,Ohtakara K,et al.Usefulness of CT-MRI fusion in radiotherapy planning for localized prostate cancer[J].J Radiat Res,2011,52(6)：782-788.

[9]Dearnaley D P,Sydes M R,Graham J D,et al.Escalated-dose versus standard-dose conformal radiotherapy in prostate cancer：first results from the MRC RT01 randomised controlled trial[J].Lancet Oncology,2007,8(6)：475-487.

[10]Peeters S T,Heemsbergen W D,Koper P C,et al.Dose-response in radiotherapy for localized prostate cancer：results of the Dutch multicenter randomized phase III trial comparing 68 Gy of radiotherapy with 78 Gy [J].J Clin Oncol,2006,24(13)：1990-1996.

[11]Zelefsky M J,Gomez D R,Polkinghorn W R,et al.Biochemical response to androgen deprivation therapy before external beam radiation therapy predicts long-term prostate cancer survival outcomes[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2013,86(3)：529-533.

[12]Zelefsky M J,YAMADA Yoshiya,Fuks Z,et al.Long-term results of conformal radiotherapy for prostate cancer：impact of dose escalation on biochemical tumor control and distant metastases-free survival outcomes[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2008,71(4)：1028-1033.

[13]Chan L W,XIA Ping,Gottschalk A R,et al.Proposed rectal dose constraints for patients undergoing definitive whole pelvic radiotherapy for clinically localized prostate cancer[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2008,72(1)：69-77.

[14]Wachter S,Gerstner N,Goldner G,et al.Rectal sequelae after conformal radiotherapy of prostate cancer：dose-volume histograms as predictive factors[J].Radiother Oncol,2001,59(1)：65-70.

[15]Cheung M R,Tucker S L,DONG Lei,et al.Investigation of bladder dose and volume factors influencing late urinary toxicity after external beam radiotherapy for prostate cancer[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2007,67(4)：1059-1065.

(責任編輯：羅芳)

收稿日期：2015-03-18

中圖分類號：R737.25

文獻標志碼：A

文章編號：1009-8194(2015)07-0082-03

DOI:10.13764/j.cnki.lcsy.2015.07.030