CT-MRI图像融合技术在脑胶质瘤术后放疗靶区勾画中的应用

陈意标张汉雄蒋振东马天斌张坚朱文标

作者单位：514032 梅州 广东省梅州市人民医院1放疗科，2病理科

临床研究

CT-MRI图像融合技术在脑胶质瘤术后放疗靶区勾画中的应用

陈意标1张汉雄1蒋振东1马天斌1张坚1朱文标2

作者单位：514032 梅州 广东省梅州市人民医院1放疗科，2病理科

目的 探讨CT-MRI图像融合技术在脑胶质瘤术后调强适形放疗靶区勾画中的临床应用价值。方法 由2位不同资历的肿瘤放疗专科医师分别在10例脑胶质瘤患者术后的CT定位图像、CT-MRI融合图像上勾画临床靶区（clinical target volume，CTV），并比较组间勾画体积差异。结果 住院医师组与副主任医师组勾画的CTVCT体积均比CTVCT＋MRI体积大，差异有统计学意义（P＜0.05），住院医师组勾画的CTVCT体积大于副主任医师组，差异有统计学意义（P＜0.05），两组医师勾画的CTVCT＋MRI体积差异无统计学意义（P＞0.05）。结论 CT-MRI图像融合技术能够明显提高脑胶质瘤术后放疗靶区勾画的准确性，减少主观因素差异性。

颅内肿瘤；脑胶质瘤；术后放疗；临床靶区；图像融合

脑胶质瘤是最常见的颅内原发肿瘤，占颅内肿瘤的32.6%～60.9%［1-2］。手术是脑胶质瘤最重要的治疗手段，但脑胶质瘤呈浸润性生长，手术很难彻底切除，术后需常规放疗［3］。由于水肿区的存在以及术后正常解剖结构的改变，脑胶质瘤术后放疗的靶区确定普遍存在较大误差。

目前，靶区勾画主要依赖于电子计算机断层扫描（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，因此对肿瘤及正常组织的影像学表现也存在差异性及局限性。另外，不同级别的医师临床经验以及对解剖、影像、靶区的认识存在差异，导致靶区勾画也存在一定差异。如何将CT图像与MRI图像相互融合，综合两种影像信息，为放疗靶区的勾画提供更多、更准确的信息，是当前放疗界的研究热点之一。本文通过研究CT-MRI图像融合技术在10例脑胶质瘤患者术后放疗靶区勾画中的应用，评估其临床价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2015年10月至2016年7月期间梅州市人民医院放疗科收治的脑胶质瘤患者10例，其中男性6例，女性4例；年龄15～53岁，中位年龄44岁。已行手术全切或不全切除术，病灶均为单发，KPS评分均≥70分。按WHO分级：Ⅱ级3例，Ⅲ级1例，Ⅳ级6例，均有辅助放疗指征。

1.2 影像设备及图像扫描模式

1.2.1 CT模拟定位扫描 常规放疗体位，仰卧于体板，统一型号颈部固定垫，热塑头颈肩膜固定，患者面部勾画定位标记线，头颈肩膜表面贴定位标记金属点，扫描时应用CT所配激光线，以面部标记线、头颈肩膜表面金属标记点为扫描定位标记。使用美国GE公司Hispecd螺旋CT行全脑平扫＋增强扫描，层厚3 mm，扫描条件为120 k V，300mAs，矩阵为512×512。

1.2.2 MRI（术后）扫描 因MRI孔径小且固定头颈肩膜的体板不能通过，无法使用头颈肩膜固定，头部尽量保持听眦线和垂直线的夹角与CT模拟定位相同，统一使用与CT模拟定位相同型号颈部固定垫，MRI无扫描激光线，扫描时需尽量保持CT模拟定位时的常规放疗体位。使用德国西门子公司Skyra 3.0MRI行全脑平扫＋增强扫描，层厚3mm，扫描条件为T1WI系列下TR 500ms、TE 9.7ms，T2WI系列下TR 3 500ms、TE 99ms、FOV 200ms×230ms。

1.3 图像融合

图像扫描后通过医院局域网传至放疗科Monaco治疗计划系统，利用系统自带图像融合功能由医师、物理师共同在工作站上进行CT与MRI的图像融合。先自动匹配进行粗融合，然后选用脑干、眼球、视交叉点、晶体、视神经、垂体等作为内参考点进一步微调反复匹配，要求人体外轮廓、解剖结构和骨性标志等基本重合。融合效果由医师和物理师共同评估确定，图像分两种，分别为CT定位图像和CT-MRI融合图像。

1.4 靶区勾画

由2位不同资历肿瘤放疗专科医师（高年资住院医师、副主任医师）分别在CT定位图像、CT-MRI融合图像勾画临床靶区（clinical target volume，CTV），CTV定义为大体肿瘤体积（Gross tumor volume，GTV）外放1.5～2 cm，在阻止肿瘤浸润的解剖天然屏障及重要正常器官处适当修改。CT定位图像上勾画的CTV命名CTVCT，参考术后MRI在CT定位图像上逐层勾画；CT-MRI融合图像上勾画的CTV命名CTVCT＋MRI，直接在融合图像上勾画。

1.5 观察指标

按图像分两组，CT定位图像组和CT-MRI融合图像组；按不同医师勾画CTV分为住院医师组和副主任医师组。利用治疗计划系统上靶区体积计算功能分别读取不同的CTV体积，观察不同组间靶区体积勾画差异。

1.6 统计学方法

采用SPSS 13.0统计软件对数据进行统计分析，计量资料以均数±标准差（±s）表示，组间比较采用配对t检验及两独立样本t检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组医师勾画的CTVCT和CTVCT+MRI体积比较

两组医师勾画的CTVCT体积比CTVCT＋MRI体积大，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表1。

表1 两组医师勾画的CTVCT、CTVCT＋MRI体积比较［（±s）cm3］

表1 两组医师勾画的CTVCT、CTVCT＋MRI体积比较［（±s）cm3］

组别 CTVCT＋MRI体积 t P住院医师 226.74±100.09 2.54 0.02副主任医师组 217.02±96.55 2.68 0.03 n CTVCT体积10 270.09±104.66 10 246.71±101.68

2.2 两组医师勾画的CTVCT和CTVCT+MRI体积差异比较

住院医师组与副主任医师组勾画的CTVCT体积差异明显，前者大于后者，差异有统计学意义（P＜0.05）；而两组医师勾画的CTVCT＋MRI体积差异无统计学意义（P＞0.05）。见表2。

表2 两组医师勾画的CTVCT和CTVCT＋MRI体积差异比较［（±s）cm3］

表2 两组医师勾画的CTVCT和CTVCT＋MRI体积差异比较［（±s）cm3］

靶区体积 住院医师 副主任医师 t P CTVCT体积 270.09±104.66 246.71±101.68 2.82 0.04 CTVCT＋MRI体积 226.74±100.09 217.02±96.55 0.94 0.21

3 讨论

脑胶质瘤术后放疗大多只勾画CTV，但CTV的勾画非常困难，原因是肿瘤细胞常存在于可见肿瘤之外，而且在CT和MRI图像上，低级别脑胶质瘤与高级别脑胶质瘤影像表现截然不同。目前脑胶质瘤术后放疗靶区勾画标准主要有欧洲癌症研究治疗组织和美国放射治疗协作组两种。Minniti等［4］纳入105例放疗联合替莫唑胺的胶质母细胞瘤，对两种靶区勾画的复发模式进行研究，治疗组的CTV采用欧洲癌症研究治疗组织标准，即增强MRI显示的残存灶和术腔外放2 cm，不包括水肿带；模拟组采用美国放射治疗协作组标准，即包含水肿带信息基础上外放2 cm。研究结果显示不同靶区勾画方法的失败模式相似，水肿程度与复发距离并不相关，但采用欧洲癌症研究治疗组织标准的脑组织受照体积明显减少。神经外科手术或活检的研究结果亦提示，脑胶质瘤细胞一般散布在大体肿瘤周围2～3 cm，在肿瘤周围2 cm内复发占78%～86%，超过肿瘤周围2 cm的水肿区内复发大约为10%，超过水肿区复发只有5%［5］。基于上述研究的结果，循证医学比较一致的结论是：脑胶质瘤术后复发范围大部分在术腔或增强病灶外2 cm内。因此，本研究靶区勾画参考欧洲癌症研究治疗组织标准，并结合脑胶质瘤WHO分级做适当调整：T1增强相显示术腔和强化灶为GTV（肿瘤区），低级别脑胶质瘤（Ⅱ级）CTV在GTV基础上外放1.5 cm，高级别脑胶质瘤（Ⅲ级、Ⅳ级）CTV在GTV基础上外放2 cm，均不必包括水肿带。

以往的研究认为由于手术切除脑胶质瘤的影响，以术后MRI为参考容易造成靶区脱漏，因此建议以术前MRI为准。但郭守娟等［6］研究显示脑肿瘤术前MRI显示的肿瘤部位在术后往往被正常脑组织填充，建议靶区应参考术前MRI，但以术后MRI为准。李丹明等［7］也认为由于脑胶质瘤术后瘤床体积的明显缩小及周围正常脑组织的回填，根据术前MRI在CT定位图像上勾画CTV的方法可能会造成靶区偏大，导致正常脑组织受量过多，引起正常脑组织损伤的概率增加。基于以上报道，本文采用术后MRI图像作为融合图像。

研究显示［8］，根据CT-MRI图像融合技术行脑肿瘤立体定向活检，成功率高于根据CT图像活检。郭耀平等［9］对25例颅内病变采用了CT-MRI图像融合的X刀治疗，结果所有病变显示清楚。陈苏玮等［10］对25例脑转移瘤进行研究，认为CT-MRI图像融合提高了靶区勾画的准确性。何芬等［11］对30例恶性神经胶质瘤患者CT-MRI图像融合的研究也得出了相似结论。Hentschel等［12］研究认为，CT-MRI图像融合指导下的靶区勾画体积、比参考MRI图像在CT定位图像指导下的靶区体积小，CT图像易过度估计CTV范围。李丹明等［7］对9例脑胶质瘤患者术后放疗靶区进行研究，发现CT图像的CTV比CT-MRI图像融合的CTV平均高估了47.31%。本研究的10例脑胶质瘤患者术后CTVCT体积大于CTVCT＋MRI体积，差异有统计学意义（P＜0.05），与以上报道基本一致。原因考虑为CT图像无法完整清晰显示肿瘤边界，为了不遗漏靶区易主观外扩靶区范围，而CT-MRI图像融合具备了两种影像技术的优势，因此能缩小靶区范围。

不同级别的医师对肿瘤浸润范围、解剖熟悉程度、靶区认识以及读片水平等存在主观差异，导致所勾画的脑肿瘤靶区存在一定的差异。何芬等［11］研究发现不同级别的医师勾画的靶区均存在不同程度的差异，但CT-MRI图像融合组的一致性指数明显优于CT组，提示CT-MRI图像融合有助于脑肿瘤靶区勾画的一致性。Cattaneo等［13］将脑胶质瘤患者的MRI与CT图像融合，评价了5名临床医生勾画靶区的差别，结果发现，CT＋MRI图像融合组的一致性指数明显优于定位CT图像组，提示CT和MRI图像融合可减少高级别脑胶质瘤术后不同医师放疗靶区勾画的差别。本研究结果显示，住院医师组与副主任医师组在CT定位图像上勾画的CTVCT体积差异明显，差异有统计学意义（P＜0.05），而依据CT-MRI图像融合勾画时，两组医师勾画的CTVCT＋MRI差异无统计学意义（P＞0.05）；提示靶区认识、临床经验等主观因素对靶区勾画影响较大，CT-MRI图像融合能够提高影像辨识度，明显减少不同医师对靶区勾画的不一致性。

不同的图像融合技术各有优劣势，融合时应尽量参考多种影像技术。尽管CT和MRI能敏感地发现颅内肿瘤并提供必要的解剖信息，但两者都难以反映肿瘤生长代谢情况。功能MRI、单光子发射计算机断层显像（SPECT）、正电子发射计算机断层显像（PET-CT）等先进影像技术的出现标志着恶性肿瘤放疗靶区勾画进入功能和分子影像学时代，碳标记蛋氨酸PET（11C-MET PET）在脑肿瘤术后放疗靶区确定中的价值已受到越来越多的关注。脑胶质瘤细胞对蛋氨酸摄取率很高，而正常脑组织及炎症组织对其摄取较少，肿瘤与正常脑组织间形成明显对比，有助于更准确确定术后GTV范围，并相应改变CTV勾画，从而使靶区的设定更加准确、合理。

目前国内外开展最多的是PET与CT的图像融合研究，但PET机器昂贵、检查费用高，大部分基层医院不能开展，而MRI则相对经济，采用CT-MRI图像融合技术能够明显提高脑胶质瘤放疗靶区勾画的准确性，减少主观因素差异性，从而有助于提高患者生存率，降低肿瘤复发率，同时避免正常脑组织不必要的照射，改善患者生活质量，值得临床推广应用。

［1］ 曾益新.肿瘤学［M］.第2版.北京：人民卫生出版社，2003，560-581.

［2］ 王永成，牛小军，王利君.MRI和CT融合对脑胶质瘤靶区勾画的影响［J］.医学理论与实践，2013，26（24）：3320-3321.

［3］ 郞锦义.高级别胶质瘤的临床治疗研究现状和展望［J］.中国癌症防治杂志，2014，6（4）：323-326.

［4］ Minniti G，Amelio D，Amichetti M，et a l.Patterns of failure and comparison of different target volume delineations in patients with glioblastoma treated with conformal radiotherapy plus concomitant and adjuvant temozolomide［J］.Radiother On c ol，2010，97（3）：377-381.

［5］ 蒋马伟，周仁华，姚原，等.脑肿瘤放疗靶区确定的方法学研究［J］.中华肿瘤防治杂志，2007，（14）13：997-999.

［6］ 郭守娟，李国文，程鹏.CT／MRI融合图像对颅内肿瘤精确放疗靶区勾画的影响［J］.中国医师进修杂志，2015，38（4）：300-303，305.

［7］ 李丹明，武新虎，朱锡旭.MRI-CT图像融合对脑胶质瘤术后放疗靶区的影响［J］.癌症，2008，27（5）：544-548.

［8］ 闫婧，卢洁，李宝生，等.CT与MRI图像融合在颅内肿瘤三维适形放疗中的应用［J］.中华肿瘤杂志，2007，29（12）：935-937.

［9］ 郭耀平，刘劲锋，王梅，等.CT和MRI图像融合在颅内病变X刀治疗中的应用（附25例报告）［J］.实用放射学杂志，2003，19（8）：677-680.

［10］ 陈苏玮，袁锋，林志仁，等.CT与MRI图像融合对脑转移瘤三维适形放疗靶区的影响［J］.中国医药导报，2012，9（20）：75-76.

［11］ 何芬，李建锋，周琼芳，等.应用CT与CT-MRI融合图像勾画恶性胶质瘤术后靶区的差异［J］.广东医学，2013，34（1）：90-92.

［12］ 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.

［13］ Cattaneo GM，Reni M，Rizzo G，et a1.Target delineation in postoperative radiotherapy of brain glionms：in terobserver variability and impact of image registration of MR（pre-operative）images on treatment planning CT scans［J］.Radiother Oncol，2005，75（2）：217-223.

［2016-10-25收稿］［2016-12-28修回］［编辑 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