磁共振成像技术在放射治疗中的应用及问题

王艺儒 刘博宇

【摘 要】放射治疗是肿瘤治疗的主要方法之一，随着放疗技术的不断发展，研究者发现磁共振影像（MRI）可更有效的对肿瘤靶区及危机器官进行定位。此外，MRI对于治疗疗效的评估、放射损伤的测定也有一定贡献。为明确以后研究方向，本文对近年来放射治疗中的磁共振模拟定位技术及治疗后效果评估功能作一简要综述。

【关键词】放射治疗;磁共振模拟定位;疗效评估

【中图分类号】R739.65【文献识别码】B【文章编号】1002-8714（2020）10-0119-01

随着越来越多图像引导精准放疗技术的提出，对靶区和危机器官勾画精度的要求也越来越高，传统的CT模拟定位虽能提供丰富的解剖信息和电子密度信息，但对软组织的分辨率较低，尤其是对头颈部、盆腔、前列腺以及其他软组织肿瘤的边界显示欠佳，这给放疗靶区的勾画带来了很大的困难。相对于CT，MRI有多种成像技术，图像软组织分辨率高，可以更清晰地显示真实肿瘤边界，分辨肿瘤和正常组织，更有助于寻找肿瘤靶区。并且，Lee等[1]研究发现，MRI相比于CT具有更高的病变敏感性，对治疗后效果评测有显著优势。因此，近年来MRI被越来越广泛的应用于放疗模拟定位及放疗后疗效评估。

1 MRI模拟定位

1.1 MRI模拟定位的意义

由于传统CT定位软组织区域分辨率低，肿瘤边界欠清，因此仅依据CT图像勾画靶区不利于精准放疗，往往需要融合MRI或PET图像[2]。研究表明，对于头部肿瘤，利用MRI与CT图像融合勾画靶区比单独用CT图像勾画靶区GTV更趋近于肿瘤真实边界，使得正常组织计量降低，肿瘤区域局部计量提高[3];对于颈部肿瘤，由于结构较为复杂，利用MR图像和CT图像勾画靶区的好坏并无固定规律，利用MRI和CT图像勾画的口咽癌靶区几乎相同[4]，而利用MRI T1增强图像勾画的舌根癌靶区比CT图像更加精准[5];对于盆腔肿瘤，应用MRI勾画的靶区范围明显优于CT图像[6]，如对前列腺癌采用MRI勾画可在保证病灶剂量的同时使直肠壁受照剂量显著降低;除此之外，近年来还有许多研究表明MRI在乳腺癌放疗中也有较大的优势，在CT的基础上增加MRI可提高靶区的可视性与准确度，有助于优化照射位置。

实际上，早在1987年就已经有研究者提出将磁共振图像与CT图像配准应用于勾画靶区，但当时使用的是曲面床板，与用于定位的CT平面床板成像配准精度不高，直到1999年，Schubert等利用Philips公司的Panorama 0.3T低场磁共振进行放疗定位模拟，其床板使用的是定制的平面床，并选取最适合的扫描序列，同时对MRI的形变进行了评测和校准。其研究结果发现，与CT模拟定位相比，肿瘤和危机器官的靶区精确很多，但图像分辨率差、失真较大、校准流程繁琐复杂。后来随着磁共振技术以及放疗技术的发展，出现了高场强（3.0T）大孔径（70cm）定位用磁共振模拟定位机，如Philips公司的Ingenia MR-RT等，解决了放疗体架无法放入的问题，且提高了MR图像的质量。目前，这种磁共振模拟定位机已经在全球各大医院的放疗科装机。

1.2 MRI模拟定位过程及常用线圈、序列的选择

MRI模拟定位方式有两种，一种是只使用MRI进行模拟定位，但由于治疗时需根据图像电子密度做物理计划，而MRI没有电子密度值，此方式较少见。另一种是主要应用于临床的与CT定位图像进行配准融合，该方式模拟定位流程为：1.评估患者是否需要做MRI模拟定位。2.选择合适的体位固定器（如固定面罩）进行体位设计。3.进行CT模拟定位。4.患者根据CT定位的中心位置放置MR参考标记物进行MRI扫描。5.将CT、MR图像传到计划系统。6.将CT、MR图像进行配准融合，利用融合图像勾画靶区和危及器官，利用CT圖像制定治疗计划。7.应用CT模拟定位机进行复位。

MRI模拟定位主要采用的扫描序列为3D T1加权、T2加权、T1增强以及弥散加权序列，不过不同部位由于结构成分不同，采用的扫描序列参数有一些差别。同时，与放射科MRI诊断线圈相比，MRI模拟定位线圈的设计需考虑患者治疗时摆位的重复性以及与固定膜和体架的兼容性，据此，本文通过查找相关资料，总结出了不同部位肿瘤MRI模拟定位常用的线圈以及序列设计方法，详见表1。

2 放疗效果评估

如何评估肿瘤患者放射治疗的效果是临床上最为关心的问题之一，相对于CT，磁共振成像具有无需辐射、软组织分辨率高且能获得功能影像的优势，对观察形态学变化和获得病理学信息十分有利。研究表明，在对鼻咽癌进行放疗疗效评价时可应用磁共振扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI），韩晶等[7]对60例鼻咽癌患者在放疗后一周内和接受50Gy剂量后分别进行了MRI和DWI检查并对结果进行比较，结果显示56例患者放疗后肿瘤缩小，3例基本无变化，1例肿瘤增大，放疗后弥散加权成像信号均降低，表观弥散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）值明显增大，与放疗之前的比较差异具有统计学意义（P<0.05），52例患者转移淋巴结缩小，显示MRI可良好评估鼻咽癌放疗后疗效。在对宫颈癌放疗患者进行疗效评估时可采用动态增强磁共振图像（DCE-MRI）和DWI，黄君文等[8]对26例宫颈癌患者放疗前和完全结束后分别进行了DCE-MRI和DWI扫描，并对得出的定量参数进行统计学分析，结果显示治疗结束后血管外细胞外容积分数（Ve）、容积运转常数（Ktrans）值均比放疗之前升高，放疗后的ADC值也比治疗前增大，放疗前后的差异具有较为显著的统计学意义（P<0.05）。除了常规T1WI、T2WI、DWI和DCE-MRI以外还有体素内不相干运动扩散成像（IVIM-MRI）、波普成像（MRS）等均可选择性的对不同癌症进行放疗后效果评估。

3 目前存在的问题

首先是MR图像无电子密度信息。目前放疗计划系统是根据CT图像电子密度信息计算的人体内组织接受的剂量分布，而，MR图像是根据组织氢质子密度与弛豫时间的函数，不能像CT一样直接计算出组织的剂量分布，因此，临床上多用MRI/CT配准融合进行放疗定位，而不是只利用MRI进行放疗定位。但由于两种图像的扫描方式不同以及存在系统误差和摆位误差，且MRI与CT图像相比缺少骨性标志，后期图像配准融合时精度会受到影响，进而影响放疗精度。目前已经有很多多模态图像配准融合的算法以及只根据MRI计算组织接受剂量的研究，使得MRI可以应用于放疗定位当中。其次MR图像由于其特有的成像原理，容易发生几何和灰度畸变，进而降低组织的空间位置准确性，这也是MRI应用于放疗中的障碍之一。目前随着硬件和软件的发展，已经大大减少了图像的失真问题。kapanen等[9]对30名仅基于MRI图像设计放疗计划的前列腺癌患者的相关几何问题（包括皮肤轮廓、直肠壁位移）进行了评估，又对前列腺内用于定位的基准金标进行了检测，发现有29名患者的金标被正确识别，直肠壁等的位置误差较小，其几何精度足以满足放射治疗的精度。

4 小结

综上所述，现有研究肯定了放疗过程中MRI在靶区勾画以及疗效评估中的应用价值与优势，随着技术的发展，其电子密度缺少和图像几何失真的问题也会逐渐得到解决，基于MRI的模拟定位以及照射剂量计算和疗效评估将进一步推动精准放疗的实现。不过，MRI模拟定位的序列和线圈选择以及设备质量控制方法还应该进一步完善。此外，MRI价格、患者耐受时间也是需要考虑的问题。

参考文献

[1] Y.J.Lee，J.M.Lee， J.S.Lee，H.Y.Lee，B.H.Park，Y.H.Kim，et al.肝细胞肝癌：多层CT和M成像的诊断性能——一项系统综述和荟萃分析.国际医学放射学杂志2015.

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[3] Krempien RC，Daeuber S，Hensley FW，et a1.Image fusion of CT and MRI data enables improved target volume definition in 3D-brachytherapy treatment planning[J].Brachytherapy，2003，2（3）： 164-171.

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[6]Barillot I，Reynaud-Bougnoux A.The use of MRI in planning radiotherapy for gynaecological tumours.Cancer Imaging. 2006;6（1）：100‐106. Published 2006 Jun 22. doi：10.1102/1470-7330.2006.0016.

[7]韓晶，刘念龙，叶峰，等.MRI扩散加权成像在鼻咽癌调强放疗疗效评价中的应用价值[J].医学影像学杂志，2012， 022（010）：1635-1638.

[8]黄君文，宋佳成，李燕，等.DCE-MRI联合ADC值对宫颈癌同步放、化疗患者疗效评估的临床应用研究[J].临床放射学杂志，2018（6）.

[9]Kapanen，M，Collan，等.Commissioning of MRI-only based treatment planning procedure for external beam radiotherapy of prostate[J]. Magnetic resonance in medicine：official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine，2013.