CT/MRI融合圖像在盆腔腫瘤放療靶區勾畫中的應用

張海南，湯日杰，張書旭，蔡霜

廣州醫學院附屬腫瘤醫院 a. 放射科；b.放療中心，廣東 廣州 510095

目前盆腔腫瘤的精確放療定位主要采用CT掃描圖像，但CT圖像雖能較好地反映骨組織的情況，對軟組織的顯示仍然欠佳。MRI能提供良好的軟組織影像，可清楚地辨析腫瘤和周圍組織的侵及范圍，在判斷盆腔腫瘤及其周圍組織的關系上明顯優于CT。將CT和MRI的優勢相結合，形成CT/MRI融合圖像，應用于精確調強放療計劃設計，是當前醫學圖像應用的熱點和難點。本文研究項目對醫學圖像融合及其盆腔腫瘤精確調強放療計劃腫瘤靶區(Gross Tumor Volume,GTV)設計方面作了一定量的研究，分析如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2010年2月~10月在本院就診并行手術前或化療后放療的患者19例，均符合放療指癥。其中男7例，女12例，中位年齡49.5歲。其中4例前列腺癌并盆腔淋巴結轉移；4例低位直腸癌；3例診刮報告子宮內膜癌；8例宮頸活檢證實宮頸鱗癌。對患者行盆腔CT、MRI檢查和定位，根據檢查數據制定放療方案。

1.2 圖像獲取

使用GE公司的64排螺旋CT機，掃描參數和方法如下：120kV 、400mA、Tile：0.0、層厚5mm、螺距：1.375:1、窗位：W300、L40，行常規和增強掃描[1]。患者于掃描前先行模擬定位機下真空袋固定定位，用鉛材料設定定位標志點并與CT掃描定位保持一致；掃描范圍包括恥骨聯合下緣5cm到髂前上棘上5cm；掃描前行清潔灌腸準備并先排空尿液后喝含少量CT對比劑的溫開水300mL，及遵醫囑服用適量阿托品類藥物以減少胃腸的蠕動；20min后行CT平掃加增強掃描，使用100mL碘佛醇注射液對比劑，一般設在上午完成。

MRI掃描使用飛利浦Achieva 1.5T磁共振掃描儀，患者采用真空袋固定定位，用魚油材料設定定位標志點,掃描范圍也與CT定位保持一致。一般CT定位掃描后第二天相同時段準備，掃描前行清潔灌腸準備并先排空尿液后喝溫開水300mL，15min后行MRI序列掃描，使膀胱充盈度與CT基本保持一致，并保持減少胃腸的蠕動，便于圖像融合；使用釓雙胺注射液對比劑，服用適量阿托品類藥物以減小胃腸的蠕動；獲取T1、T2橫斷位和WAVE增強抑脂3D掃描圖像。

1.3 圖像后處理及評價

先取出CT和MRI盆腔腫瘤數據在專用電腦中采用自主開發的相似性圖像重建軟件行圖像預處理。預處理后的二源數據行圖像融合全局剛性變換、仿射性變換配準和局部相似性圖像非線性變換配準；融合配準后的圖像數據輸入飛利浦公司PINNACLE V8.0放射治療計劃系統進行圖像融合與腫瘤靶區勾畫。通過對體模的實體、CT圖像上和MRI圖像上的體模影像的測量，數值誤差都小于1mm，故無需對融合圖像進行糾正。

1.4 腫瘤靶區勾畫及測量

運用飛利浦公司PINNACLE V8.0放射治療計劃系統，分別依據CT、MR及CT/MRI融合圖像勾畫腫瘤靶區。勾畫靶區時CT窗寬窗位為W300、L40，MRI窗寬窗位為W600、L400。勾畫時以腫瘤邊緣為基準，由同一醫生勾畫完成。在飛利浦PINNACLE V8.0放療計劃系統上依據CT、MRI勾畫的腫瘤靶區和依據融合圖像勾畫的靶區的體積分別記錄為GTVCT、GTVMRI、GTVFUSION。

1.5 評價方法[2]

GTVFUSION：同時參考兩種圖像得到的GTV；GTVCT-MRI：CT靶區除去CT 和MRI共同的部分體積；GTVMRI-CT：MRI靶區除去CT和MRI共同的部分體積。

GTVCT和GTVMRl在GTVFUSION 之中所占比例可衡量兩種圖像模式的優缺點。GTVCT-MRI是指在CT上可看到的靶區而在MRI上不能看到，GTVMRI-CT是指在MRI上可看到的靶區而在CT上不能看到。這兩種差值結果大小可反映誤差大小或者說丟失靶區大小，因此理想情況下會得到以下結果[3]：GTVFUSION/GTVCT=1或GTVFUSION/GTVMRI=1；GTVCT-MRI=0或GTVMRI-CT=0。

2 結果

GTVMRI、GTVCT、GTVFUSION的平均值分別為89.95cm3、94.65 cm3、100.60 cm3。GTVMRI 相對 GTVCT 降低了 5.23%，GTVFUSION相對GTVCT提高了6.29%，GTVMRI提高了11.84%。GTVCT-MRI、GTVMRI-CT平均值分別為23.35 cm3、12.65cm3。GTVMRI-CT平均占 GTVMRI的 14.06%，GTVCT-MRI占GTVCT的24.67%。

3 討論

目前CT和MRI的應用使腫瘤的診斷和分期準確性大大提高，同樣對于放療計劃臨床靶區的確定有非常大的幫助。一般認為CT比MRI能更好地反映骨質破壞情況。CT圖像有其自身的優點，圖像定位一般不發生畸變，可通過CT值轉換為電子密度行劑量計算；而MRI由于磁場干擾或磁場非均勻性的影響，在圖像邊緣易產生畸變可能，磁共振成像也會產生位移現象，造成圖像失真，降低了MRI定位的精確度，容易引發各種并發癥[4]。但MRI對軟組織的觀察比CT有較大的優勢，MRI能把腫瘤從周邊肌肉與血管中區別出來，對腫瘤進行明確定位、并勾畫出腫瘤與受侵臨近組織交界面[5]。

醫學圖像融合(Medical Image Fusion，MIF)就是把多方面的醫學圖像數據協同應用，將多原信息進行有機組合，揚長避短，互相完善，以提高醫學圖像的可靠性、穩定性和容錯能力。如MRI與CT融合方法就可以更精確地確定腫瘤靶區和關鍵器官，一方面利用MRI影像信息來確定靶區和正常組織，另一方面利用相應的CT值來計算劑量。在實施時，手動融合方法誤差較大，自動融合方法可以避免主觀因素造成的操作者間的誤差，使得影像融合更加準確[6]。

本研究發現，在CT、MRI圖像上和CT/MRI融合圖像上的腫瘤靶區體積是不一致的，原因考慮有以下幾點：

（1）CT圖像對軟組織分辨率低，無法準確區分病變邊界，造成醫師勾畫靶區偏大，而MRI圖像在軟組織內比較明確地分辨出腫瘤的浸潤范圍，使得一些比較早期的腫瘤進行圖像融合后腫瘤體積較單純行CT掃描時縮小。由于圖像融合中軟件和定位體位等方面的誤差，導致兩者靶區體積的不一致。

（2）對一些較復雜的部位(如骨與軟組織交界區域)，由于CT及MRI各自成像的特點與局限性，導致兩者形成互補關系，最終造成CT、MRI圖像和CT/MRI融合圖像的腫瘤靶區體積不一致[7]。

（3）對于較小的轉移淋巴結，CT圖像容易被其他器官遮蓋而遺漏；對于較小的骨轉移病灶，MRI圖像則因不敏感而遺漏；CT/MRI的融合圖像則取CT或MRI的長處而補其各自的短處而致CT、MRI圖像和CT/MRI融合圖像的腫瘤靶區體積不一致。

由于上述原因，在盆腔病變中CT/MRI融合圖像上的腫瘤靶區體積往往要大于單一的CT或MRI圖像上的腫瘤靶區體積，而通過將CT與MRI兩者圖像相融合，可以最大限度減少腫瘤靶區的遺漏，以進一步提高其局控率。本研究初步證實，CT與MRI融合圖像在顯示腫瘤與骨盆的關系和腫瘤與血管的關系兩方面優于原始CT或MRI圖像。本組19例盆腔腫瘤分別使用3種方式勾畫靶區，結果發現CT/MRI融合圖像組的平均腫瘤靶區體積始終較單純CT或MRI圖像上勾畫的平均靶區體積要大，且具有統計學意義，分析原因考慮由于融合后提供了更多的圖像信息，所以醫師勾畫靶區具有更高的準確性和一致性。

綜上所述，醫學圖像融合技術在盆腔腫瘤的放療計劃設計中提供了腫瘤病灶組織的分布情況細節，提高了腫瘤診斷靈敏度和定位準確度，從而達到優化照射劑量，提高治療效果，減少并發癥和腫瘤的復發率。同時，這些醫學融合圖像也可用于放療效果評估和腫瘤復發的監測，應加以推廣。

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