磁共振扩散加权成像与CT图像融合技术用于食道癌靶区勾画的应用价值

刘辉　时高峰　贾丽涛　李敏　邵娴

050011　石家庄市，河北医科大学第四医院(刘辉、时高峰、贾丽涛、李敏)；河北省石家庄市第四医院(邵娴)



·论著·

磁共振扩散加权成像与CT图像融合技术用于食道癌靶区勾画的应用价值

刘辉时高峰贾丽涛李敏邵娴

050011石家庄市，河北医科大学第四医院(刘辉、时高峰、贾丽涛、李敏)；河北省石家庄市第四医院(邵娴)

【摘要】目的本研究探讨应用于食道癌大体肿瘤靶区勾画的最佳医学影像方法，并研究其应用价值。方法35例行食道癌根治术的患者，手术前分别行CT、磁共振T2加权像、扩散加权像(b=800 s/mm2),分别勾画三种方法的食道癌大体肿瘤靶区(GTV)，测量的GTV长度分别与手术后标本长度进行比较。结果患者食道癌病灶ADC值为(1.44±0.31)×10(-3) mm2/s。手术后标本病灶长度为(41.55±16.63)mm，手术前CT、磁共振T2加权像、扩散加权像(DWI)所测量的GTV长度分别为(46.11±17.39)mm、(45.31±19.73)mm、(41.13±17.56)mm，其相关系数分别为0.735、0.832、0.941。DWI与CT图像能很好融合，并能清晰显示病灶范围。结论用扩散加权图像勾画食道癌GTV,所测量病灶长度能准确反映病灶真实情况；扩散加权图像与CT图像融合更有利于食道癌病灶GTV的勾画。

【关键词】食道肿瘤；扩散加权成像；放疗；大体肿瘤体靶区

食道癌是威胁人类健康的常见消化道肿瘤，起源于食道黏膜上皮。我国是食道癌的高发国家，每年约有20万的死亡病例以及超过22万的新发病例[1]。随着卫生事业的发展及人民生活水平的提高，食道癌患者的病死率有所下降。但是食道癌的发病率以及死亡率仍然高于世界平均水平[1]。尤其是在农村地区，由于欠缺卫生资源，食道癌的患者不能得到很好的救治[1]。食道癌的治疗手段很多，但是对于那些不具有手术适应证的食道癌患者，放射治疗可以作为一种有效的非手术治疗手段被广泛应用。食道癌患者经过放射治疗后食道癌肿瘤体积会明显缩小、患者症状会明显改善。但是放射治疗后是否能够达到预期效果取决于有食道癌大体肿瘤靶区(gross tumor volume,GTV)的勾画是否准确。目前应用于食道癌GTV勾画的影像学方法很多，何种医学影像方法能准确显示食道癌肿瘤的范围至关重要。 目前应用于勾画食道癌GTV的主要影像学方法是CT，其图像上食道癌病灶长度的确定主要依靠食道管壁厚度的变化。但是这种方法也存在一些问题。如CT图像上不易区分正常食道与食道癌病灶的界限；如食道癌常伴有食道的水肿、溃疡等炎性反应，易造成正常食道管壁的增厚，是正常增厚的食道管壁与食道癌增厚的管壁不易区分。因此利用CT勾画GTV时，不能准确勾画食道癌病灶的长度及真实范围，有一定局限性。磁共振成像作为一种无创性的检查手段，已经广泛应用于人体其他部位的检查。随着技术的不断进步磁共振的T2加权像、扩散加权图像在食道方面的应用也体现出了它的优势。尤其是扩散加权图像能够从微观水分子运动角度显示食道病变，将我们的视野从宏观带到了微观。本研究对比了CT、磁共振T2加权图像以及扩散加权图像所测量的食道癌GTV勾画的长度与手术标本长度的对照。探讨应用于食道癌GTV勾画的最佳医学影像方法。

1资料与方法

1.1一般资料收集2015年3～8月在河北医科大学第四医院行食道癌根治术的患者35例，其中男21例，女14例；年龄44～68岁，平均年龄(57.3±2.7)岁。患者术前均为食道癌且病理证实，均行食道癌根治术；手术前未使用化疗药物；手术前分别行CT、磁共振T2加权像、磁共振扩散加权像(b=800 s/mm2)扫描。

1.2影像学检查准备患者进行影像学检查前均禁食4 h，以减少食物残渣对图像质量的影响。检查前训练患者呼吸、告知患者扫描过程中注意事项比如禁止吞咽动作等。各项检查中体位保持一致。各项检查前患者体温属于正常人体体温范围。磁共振扫描前去除体表一切金属物质，减少对于磁场均匀度的影响。

1.3磁共振扫描方法T2-FSE-2D轴扫序列：TR=1 700 ms、TE=70 ms；FA=130°；FOV=350 mm×350 mm；矩阵=418×418；NEX=2；层厚=3.5 mm；层间隔=1 mm。DWI-2D轴扫序列：TR=6 800 ms、TE=70 ms； FOV=350 mm×350 mm；矩阵=256×256；NEX= 10；层厚=3.5 mm；层间隔=0.5 mm;b值=800 s/mm2。

1.4标本病灶长度测量患者均行食道癌根治术，术中切除病变后，立即沿食道长轴纵向切开。两端固定，将标本牵拉至原长度，测量病灶长度并记录。

1.5GTV长度测量于不同影像学方法所得图像上勾画GTV并测量长度。CT以食道壁的测量厚度>5 mm 作为标准。T2图像上也以食道壁的测量厚度>5 mm作为标准。磁共振扩散加权图像上以食道壁信号增高作为勾画GTV的标准。

1.6病变表观扩散系数(ADC)值测量将磁共振扩散加权图像导入西门子后处理工作站计算ADC图，于ADC图上选取食道癌病灶显示最优的位置测量肿瘤ADC值。选取过程中尽量避开坏死组织，避开骨质及邻近血管，保证所测量ADC值的准确性。

1.7图像融合方法将相同患者的不同影像学检查图像导入西门子后处理工作站，利用西门子后处理图像融合软件，融合相同患者不同影像学方法所得图像，并且保存图像。

1.8统计学分析应用SPSS 19.0统计软件，采用Pearson法对不同影像学方法所勾画GTV长度与术后标本长度相关性进行分析。

2结果

2.1病灶ADC值患者行磁共振扩散加权成像扫描b值选取为800 s/mm2。所测量的食道癌病灶ADC值为(1.44±0.31)×10-3mm2/s 。

2.2相关性比较患者不同影像学方法所勾画GTV长度与术后标本长度(41.55±16.63)mm的相关性比较，结果显示磁共振扩散加权图像上所勾画GTV长度与术后标本长度的相关性最强。见表1。

表1　不同影像学方法下GTV与术后标本长度相关性

2.3图像融合CT图像不能很好的显示病变边界。磁共振扩散加权图像对于解剖结构的显示不及CT。磁共振扩散加权图像与CT图像融合既能很好的显示解剖结构又能很好的显示肿瘤的真实边界，更有利于靶区的勾画。见图1、2。

3讨论

食道癌是危害人类健康的消化道疾病[2]。对于没有手术指症的食道癌患者，放射治疗是一种可选的有效手段。经过放射治疗后食道癌病灶会显著缩小、患者症状好转。但是是否能够准确的确定食道癌肿瘤范围，是能否精确放疗的前提，也是放射治疗能否有效

图1 CT不能较好显示病变边界 图2 磁共振扩散加权图像与CT图像融合能很好的显示解部结构及肿瘤的真实边界

杀灭癌细胞、缓解症状的关键。因此确定一种最有效、最准确的影像学方法来勾画食道癌的精确范围至关重要。虽然食道造影及食道镜是公认的能够准确显示食道癌病灶长度的手段，但是这些手段不能与制定放射治疗计划的CT图像进行很好的融合，因此不能应用于食道癌GTV的勾画。

目前应用于勾画食道癌GTV的主要影像学方法是CT，其图像上食道癌病灶长度的确定主要依靠食道管壁厚度的变化。但是这种方法也存在一些问题。比如CT图像上不易区分正常食道与食道癌病灶的界限；比如食道癌常伴有食道的水肿、溃疡等炎性反应，易造成正常食道管壁的增厚，是正常增厚的食道管壁与食道癌增厚的管壁不易区分[3]。因此利用CT勾画GTV时，不能准确勾画食道癌病灶的长度及真实范围，有一定局限性。本研究结果显示手术后标本病灶长度为(41.55±16.63)mm，手术前CT测量的GTV长度为(46.11±17.39)mm，其相关系数为0.735。因此本研究着眼于磁共振成像是否能够更准确的勾画食道癌GTV的勾画。

伴随着磁共振成像技术的长足发展，扫描时间进一步缩短，心脏运动及呼吸运动造成的伪影进一步减少，图像的信噪比进一步提高使磁共振成像在胸部的应用逐渐成为了可能。常规磁共振图像比如T2像也可以应用于食道癌GTV勾画。但T2图像容易夸大食道癌病灶范围，原因在于食道癌病灶在T2像上表现为高信号，水肿在T2像上也表现为高信号，测量过程容易造成误判。本研究结果显示手术后标本病灶长度为(41.55±16.63)mm，手术前磁共振T2加权像所测量的GTV长度为(45.31±19.73)mm，其相关系数为0.832。在本研究所得数据中并非最精确的用于食道癌GTV勾画的最佳影像学方法。

磁共振扩散加权成像通过测量细胞间隙水分子的扩散运动的变化，反应组织细胞密度变化、组织空间结构变化，从而判断组织的病理变化。利用这些特性，扩散加权成像可以能够早期发现肿瘤性病灶，能够准确的显示肿瘤性病灶的范围。肿瘤组织的细胞密度较正常组织大，而且由于肿瘤细胞的多型性，导致细胞间隙较正常细胞变窄，水分子的扩散运动受限制，因此肿瘤组织在扩散加权图像上表现为高信号。钟伟珍等[4]研究表明子宫内膜癌在磁共振扩散加权成像上表现为高信号。邓凯等[5]研究也表明子宫内膜癌在磁共振扩散加权成像上表现为高信号。闵祥德等[6]研究表明前列腺癌在磁共振扩散加权成像上表现为高信号。唐磊等[7]研究表明胃肠间质瘤在磁共振扩散加权成像上表现为高信号。张森等[8]研究表明直肠癌淋巴结转移在磁共振扩散加权成像上表现为高信号。秦全波[9]研究表明腹部肿瘤性淋巴结在磁共振扩散加权成像上表现为高信号。本研究利用食道癌病灶在磁共振扩散加权成像上表现为高信号的原理来勾画食道癌大体肿瘤体积。结果显示术后标本病灶长度为(41.55±16.63)mm，手术前扩散加权像所测量的GTV长度为(41.13±17.56)mm，其相关系数为0.941。比较这几种医学影像学方法，磁共振扩散加权图像能最准确反映食道癌病灶的真实长度和范围。

b值是扩散敏感因子，作为扩散加权成像的重要参数，对成像结果至关重要。研究表明过小的b值受T2穿透效应、灌注等因素的影响较大，不能准确的显示肿瘤范围。过大的b值容易引起扩散加权图像信噪比降低、磁敏感伪影的加重。李彩霞等[10]发现当骨髓b值选择1 500 s/mm2时，所得到的磁共振扩散加权成像信噪比较差，不能反映真实的ADC值。龚志高[11]研究发现正常肝组织的信号随着b值的增加而缓慢性减低。江婷等[12]在肝细胞癌的研究中将磁共振扩散加权成像的b值选取为600 s/mm2。林宇宁等[13]在宫颈癌的研究中将磁共振扩散加权成像的b值选取为800 s/mm2，得到了很好的实验结果。谢宗玉等[14]在乳腺侵润性导管癌的研究中将磁共振扩散加权成像的b值设定为1 000 s/mm2，得到了很好的实验结果。本研究将用于食道癌扫描的磁共振扩散加权图像b设定为800 s/mm2能够获得高质量的图像，与其他研究[10-14]结果一致。

但我们分析磁共振扩散图像时，发现多种因素会影响图像的定量测量结果，比如患者温度的影响、血液灌注的影响等多种因素。出于这个原因常用ADC值来定量的评估组织扩散的结果。通过检测施加扩散敏感梯度场前后的信号强度，在已知b值的前提下，可以通过计算得到组织的表观扩散系数。但是在磁共振扩散加权图形上造成组织信号衰减的因素不单单是水分子的扩散运动，任何原因导致水分子在扩散敏感梯度场方向上各种形式的运动都将造成组织信号的衰减。SE-EPI由于具有采集很快的扫描速度，基本可以消除大多数的组织生理运动，但始终没有办法消除血流灌注对组织信号衰减的影响。因此测量磁共振扩散加权图像上组织信号强度的变化，所得数值并非是真正的扩散系数，因为会受到其他形式水分子运动的影响。所以只能把测量到的扩散系数称为表观扩散系数(ADC)。计算公式：ADC=ln(SI低/SI高)/(b高-b低)。公式内SI低表示较低b值磁共振扩散加权图像上组织的信号强度，SI高表示较高b值磁共振扩散加权图像上组织的信号强度，b低表示较低b值数，b高表示较高b值数，ln是自然对数。从公式中可以得出，要想计算得到组织的ADC值至少需要利用2个以上不同的b值。本研究发现磁共振扩散加权成像是应用于食道癌GTV勾画的最佳医学影像学方法，因此也将食道癌病灶的ADC值作为一种观测指标，进行统计学处理。该组患者行磁共振扩散加权成像扫描b值选取为800 s/mm2。所测量的食道癌病灶ADC值为(1.44±0.31)×10-3mm2/s 。

本研究发现磁共振扩散加权成像是应用于食道癌GTV勾画的最佳医学影像学方法，它能准确反映食道癌病灶的真实长度和范围，但是受限于扩散加权图像的空间分辨率，在显示组织大体解剖结构及病灶与周围脏器关系上有一定局限性。由于CT的高空间分辨率，尤其在显示组织结构方面的优越性。因此本研究将扩散加权图像与CT图像进行融合，将融合后的图像用于食道癌大体肿瘤靶区的勾画。这样既利用了扩散加权图像精确显示食道癌肿瘤范围的特性，又利用了CT扫描能够清晰显示解剖结果的特性，是食道癌GTV勾画的最佳方案。

放射治疗是食道癌非手术治疗的重要手段。通过比较几种常用的医学影像学方法，发现磁共振扩散加权成像是一种最佳的应用于食道癌大体肿瘤勾画的方法。本研究又发现将磁共振扩散加权图像与CT图像相融合，将所得到的图像应用于食道癌大体肿瘤靶区勾画，即应用磁共振扩散加权图像能够准确显示肿瘤范围的优势，又应用了CT图像高空间分辨率的优势。将二者结合是应用于食道癌大体肿瘤靶区勾画的最佳方法。

本研究发现磁共振扩散加权成像的ADC值能够定量分析肿瘤组织的扩散情况。为临床定量的分析肿瘤情况提供了新的思路。本研究认为磁共振扩散加权成像的ADC值在肿瘤的定性诊断、疗效评估方面定会有巨大的应用价值。本研究并未讨论ADC值对于食道癌定性价值及放疗疗效的评估价值，这也正是本研究的不足。当然也为后续的研究提示了思路，磁共振扩散加权成像在食道癌定性及放疗疗效评估方面的价值必将作为本实验的后续研究方向。

参考文献

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14谢宗玉,程流泉,杨镇.乳腺浸润性导管癌磁共振扩散加权成像表观扩散系数与预后因子表达的关联性分析.中国医学影像学杂志,2015,13:183-187.

(收稿日期：2015-12-07)

【中图分类号】R 735.1

【文献标识码】A

【文章编号】1002-7386(2016)09-1348-04

通讯作者：邵娴，050021河北省石家庄市第四医院；

doi:10.3969/j.issn.1002-7386.2016.09.021

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