CT与MRI图像融合对脑转移瘤三维适形放疗靶区的影响

陈苏玮 袁 锋 林志仁 王伟锋

海南省海口市人民医院肿瘤放疗科，海南海口 570000

在颅内肿瘤中，转移瘤所占比例为10%～15%，常伴有多发。对不能手术或手术不全的患者，放疗是主要的治疗方法。颅内肿瘤的三维适形放疗（three-dimensional conformal radiotherapy，3D-CRT）中，靶区勾画准确是精确治疗的关键环节，靶区显像的分辨率相当重要。核磁共振成像（magnatic resonance image，MRI）对颅内肿瘤的显像有明显优势，但图像边缘存在几何变形的问题，定位的精确度无法保证。CT图像不畸变，CT值与组织密度值呈线性对应关系，适合做三维适形放疗计划（three-dimensional treatment planning system，3DTPS），但颅内肿瘤的辨识度不高，特别是脑转移瘤，有些瘤体体积较小难于分辨，有些有水肿带，瘤体与正常脑组织分界不清。本文以脑转移瘤为例，研究CT和MRI图像融合（medical image fusion，MIF）对靶区勾画的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料

研究对象为2009年4月～2010年9月我科收治的25例脑转移瘤患者，患者年龄35～72岁，单个瘤灶的11例，多发的14例，共41个转移瘤灶。7例有术后病理报告，18例根据临床和影像资料诊断，并经患者同意行放射治疗，有23例找到原发癌。

1.2 设备及辅助器材

Siemens16排螺旋CT机，Siemens 1.5T超导磁共振，Nucletron的PLATO放射治疗计划系统，定位头架，热塑头模，CT金属标志物和MRI显像标志物。

1.3 方法

1.3.1 图像采集 采用头枕和热塑面膜固定头部，三维激光灯在面膜上确定参考点位置。在面膜上固定金属标志物后CT成像，采用Siemens16排螺旋CT机进行横断面扫描，以听眦线为扫描基线，从颅底扫描至颅顶。扫描参数为120 kV，175 mAs，FOV 300 mm，层厚3 mm，无间隔连续扫描，矩阵512×512。在面膜上固定MRI可显像标志物后，Siemens 1.5 T超导磁共振成像，标准头部正交线圈，扫描范围与层厚同CT，T1WI（TE/TR＝11/500 ms），T2WI（TE/TR＝95/4 000 ms），使用钆喷酸葡胺增强，获取T1、T2、T1增强抑脂扫描图像。CT与MRI的扫描需同期，间隔不超过3 d。

1.3.2 图像处理 CT和MRI两组数据图像均经局域网传送至图像处理工作站，并应用Nucletron放射治疗计划系统的软件包对CT和MRI图像进行配准融合。进行体膜的实体与CT、MRI图像上的体模影像的测量，所得的数值误差均小于1 mm。

1.3.3靶区勾画与评估 同一患者由同一名高年资医师分别在CT图像和CT/MRI融合图像上勾画肿瘤大体靶区（gross tumor volume，GTV），因部分患者为多发转移瘤，共勾画了41组靶区。CT图像上勾画的GTV为GTVCT，CT/MRI融合图像上勾画的GTV为GTVCT/MRI，比较两种图像勾画的GTV的区别。

1.4 统计学方法

采用SPSS 17.0统计学软件处理，计量资料数据以均数±标准差表示，比较采用t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

25例患者共41组 靶区的GTVCT为（31.75±9.93）cm3，GTVCT/MRI为（28.92±8.25）cm3（P＜0.05）。41个对照组中，GTVCT＜GTVCT/MRI为18个，GTVCT＞GTVCT/MRI为23个。GTVCT与GTVCT/MRI的体积差值小于5%的可视为接近，有8个；差值大于20%的视为差异性大，有11个，占比为26.8%。见图1。

图1 MRI图像

3 讨论

脑转移患者病情出现往往较晚，部分患者出现神经系统压迫症状，3D-CRT已经成为脑转移瘤患者的常用治疗方式。任伟等[1]研究认为适形放疗可作为脑转移瘤常规而有效的治疗，可以明显减轻脑转移患者的临床症状，改善生活质量，显著延长生存期。在头部肿瘤的三维适形放疗中，靶区勾画的精确度相当重要，关键到整个治疗过程的精度和患者的整体疗效。头部肿瘤的患者可以不考虑呼吸动度和生理运动等因素，主要考虑的因素是肿瘤的显像问题，提高影像的识别度是笔者的目标。

脑转移瘤较佳的成像方法是MRI增强扫描，瘤体与周围组织界限明显，不受水肿带的影响，较小的肿瘤也显像清晰，包括只有几毫米的肿瘤。MRI增强扫描后，转移瘤的边缘常呈环状强化，与周围组织区别明显，有利于医师的靶区勾画。CT的增强扫描也可使部分转移瘤的边缘强化，但还是不少瘤体显像不清，尤其在瘤体周围水肿明显时，颅底骨产生的CT伪影也影响颅底转移瘤的显像质量。另外较大的瘤体占位使周围组织受压变形，边界无法辨识，而1 cm以下的较小瘤体医师常辨识不清，这些都会给医师勾画靶区增加难度，往往凭经验勾画GTV，照成与实际靶区有差别。当转移瘤与危险器官（如脑干）相邻时，勾画靶区不准确除了漏照外还会增加患者的治疗风险。

CT图像的优势在于不发生畸变，且作为基础影像较合适，且CT值与电子密度呈线性关系，利于3D-TPS治疗计划的剂量计算。MRI影像缺少电子密度信息,无法直接进行物理计算，需通过数学模型转换；周边图像略有畸变，MRI影像上勾画的皮肤轮廓与实际有一定差别，影响治疗时定位的精确度。

这就促使了将两组图像进行优势组合，采用影像融合技术。融合后勾画的GTV就是在CT解剖结构上勾画MRI显现的瘤体，因此勾画的GTV接近MRI的GTV，也是较接近实际瘤体的GTV。段奇文等[2]认为GTVCT/MRI包含了GTVCT与GTVMRI，因此较GTVCT大。

笔者在研究中发现，GTVCT与GTVCT/MRI的体积差值与脑转移瘤在CT图像上的显像情况有关。41个转移瘤中的12个环状边界清楚，勾画的GTVCT接近GTVCT/MRI，其中8个差值小于5%。当转移瘤小于2 cm时，17个中有12个的GTVCT大于GTVCT/MRI，原因可能是转移瘤体积偏小，与周围组织区分不明显，医师怕遗漏瘤体，靶区勾画偏大。另外，水肿带在CT影像上也是较大的干扰因素，勾画时会把一部分包括进去，造成GTVCT明显大于GTVCT/MRI。颅底骨伪影也是主要因素，当转移瘤位于小脑接近颅底骨时，骨头伪影影响了瘤体的形态和分辨率，GTVCT大小和位置与GTVCT/MRI差别较大。

MRI图像不能直接用于制定3D-CRT计划，单独的CT图像又不能满足脑转移瘤的显像要求，将两者的图像融合得到的GTVCT/MRI可满足3D-CRT对精确靶区的要求。

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