擴散張量成像在腦膠質瘤術后調強放療中的臨床應用初探*

王明磊　夏新舍　趙超云　郭艷紅　趙建國　馬　輝　王曉東④夏鶴春

·臨床研究與應用·

擴散張量成像在腦膠質瘤術后調強放療中的臨床應用初探*

王明磊①夏新舍②趙超云①郭艷紅②趙建國①馬輝③④王曉東①④夏鶴春③④

目的：探討擴散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）在指導鄰近皮質脊髓束（corticospinal tract，CST）腦膠質瘤術后放療方案中的應用價值。方法：30例鄰近CST腦膠質瘤術后擬行放療患者，行常規MRI平掃+增強及DTI檢查。獲取CST相關數據并與相應的MR、CT解剖圖像融合，導入放療計劃系統并依此勾畫靶區、危及器官及CST，采用調強放療（IMRT）技術分別制定考慮和不考慮CST劑量保護的兩種放療計劃并進行比較。結果：在兩種計劃均達到靶區治療劑量及常規危及器官保護的情況下，考慮CST劑量保護的放療計劃中的患者患側、健側CST所受最大輻射劑量和平均輻射劑量均低于不考慮CST劑量保護的放療計劃（P＜0.05）。結論：DTI能夠明確CST的位置、形態及與腦膠質瘤術后放療靶區的關系，有助于制定保護性放療方案，最大程度減低CST所受輻射劑量，從而降低放療后發生神經損傷的可能。

腦膠質瘤擴散張量成像放射治療皮質脊髓束劑量學

Correspondence to:Xiaodong WANG;E-mail:xdw80@yeah.net

1Department of Radiology,2Department of Radiology,3Department of Neurosurgery,General Hospital of Ningxia Medical Univer sity,Yinchuan 750004,China;4Ningxia Key Laboratory of Craniocerebral Disease

This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(No.81260373)and Provincial Natural Science Foundation of NingxiaAutonomous Region(No.NZ11269)

腦膠質瘤是顱內最常見的原發性神經系統腫瘤，具有易復發、易局部播散及難治性等特點。目前主張以手術切除結合術后放療、化療等綜合治療策略制定個體化方案［1］。隨著功能磁共振影像技術的發展，基于擴散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）檢查的纖維示蹤技術能夠很好地顯示顱內神經纖維束，將數據導入神經導航系統能夠在術中保護皮質脊髓束（corticospinal tract，CST）及其他重要纖維束，提高腫瘤全切率，避免神經功能損傷［2-3］。有研究將CST等重要纖維束信息融入伽馬刀治療計劃中，標記為危及器官進行劑量保護［4］。術后放療作為腦膠質瘤患者主要治療手段之一，雖然療效肯定，但同時也存在誘發放射性神經損傷的風險，尤其是鄰近顱內重要神經結構［5-6］。本研究擬利用DTI檢查，將CST信息融入腦膠質瘤患者術后放療計劃中，指導放療優化方案及CST的劑量保護，從而降低放療后發生神經損傷的可能性。

1　材料與方法

1.1一般資料

選取2012年5月至2014年1月寧夏醫科大學總醫院腫瘤醫院放療科鄰近CST腦膠質瘤術后放療病例30例，其中男性14例，女性16例；年齡24～66歲，平均年齡42歲。病例均經術后病理證實，其中膠質瘤WHO分級Ⅱ級16例，Ⅲ級9例，Ⅳ級5例。病變位于左側額葉10例，右側額葉10例，左側頂葉1例，右側頂葉2例，左額頂葉1例，右額頂葉2例，右額顳葉3例，右顳頂葉1例。術后KPS評分均≥70分，無放療禁忌證。

1.2方法

1.2.1影像學檢查1）定位CT檢查：掃描機型：Philips 16排螺旋CT?；颊呔⊙雠P位，熱塑面膜固定頭部，掃描層厚3 mm，無層間距。注射對比劑增強掃描，模擬定位CT圖像導入Pinnacle放療計劃系統。2）MRI檢查：所有患者均于定位CT掃描后2 d行MRI平掃+增強及DTI檢查。①掃描設備及患者體位：均采用美國GE Signa ExciteHD 3.0T MRI掃描儀，8通道正交頭線圈，患者仰臥位。②DTI掃描參數：掃描序列采用單次激發平面回波序列，25個擴散梯度方向，TR/TE=10 000/98.8 ms，FOV 240×240 mm，矩陣128×

圖1　基于擴散張量成像定位皮質脊髓束Figure 1　Localization of CST by DTI

128，NEX=1，b值選取0和1 000 s/mm2，層厚3 mm，層間距為0，掃描時間4 min 40 s。③圖像后處理：DTI原始數據導入GE ADW4.4工作站，經后處理得到彩色向量編碼圖、彩色FA圖并與T1解剖圖融合，選取一側大腦腳外側為種子點，同側內囊后肢為第二種子點分別追蹤重建兩側CST，分析觀察CST走行、形態及與術后殘腔的位置關系，參照彩色向量編碼圖、彩色FA圖及重建皮質脊髓束，在T1解剖像勾畫兩側CST（圖1）。T1解剖圖數據導入Pinnacle放療計劃系統。

1.2.2靶區勾畫所有患者均由2名放療科專業醫師結合定位CT與MR成像勾畫大體腫瘤靶區（GTV）。然后勾畫臨床靶區（CTV）：膠質瘤Ⅱ級CTV 為GTV外擴1.5～2.0 cm，膠質瘤Ⅲ/Ⅳ級CTV為GTV及周圍水腫區外放2.0～3.0 cm。計劃靶區（PTV）勾畫為CTV范圍外擴0.5 cm。靶區勾畫完畢后勾畫常規危及器官（晶體、視神經、視交叉及腦干等）。然后由放射科及神經外科醫師利用CT、MR融合圖及纖維示蹤圖勾畫鄰近放療靶區的CST（圖2）。

1.2.3計劃制定對于每例患者使用Pinnacle放療計劃系統制定兩套放療計劃（圖3）。均采用6 MV X射線照射，PTV處方劑量為60 Gy，分為30次，每次2.0 Gy。95%PTV體積所對應受照劑量達到處方劑量，即D95≥60 Gy。第一套治療計劃（IMRT_noCST）：采用IMRT技術，在優化過程中僅考慮靶區及常規危及器官。第二套治療計劃（IMRT_CST）：將鄰近放療靶區的CST按照標準危及器官納入優化過程。采用IMRT技術，按照優先級順序進行優化，首先是優化靶區覆蓋，然后是危及器官的最大受照劑量（Dmax）和平均受照劑量（Dmean），進而制定CST保護性放療方案。

圖2　MR成像與CT的融合Figure 2　Fusion of MRI and CT image

圖3　等劑量線分布圖Figure 3　Isodose distribution map

1.2.4計劃評估分別對每例患者的兩套放療計劃的劑量體積直方圖（DVH）、靶區適形度與劑量均勻性、等劑量曲線分布等進行評估。靶區適形度及劑量均勻性參數為：適形指數（conformity index，CI），劑量均勻性指數（homogeneity index，HI）。CI計算公式：CI=VRI/VPTV［7］。VRI表示處方劑量的等劑量曲線所含體積，VPTV表示計劃靶區的體積，CI值越接近1，適形度越好。HI計算公式：HI=（D2-D98）/D50［8］。D2、D98、D50分別表示DVH積分曲線上2%、98%、50%PTV體積所對應受照劑量，HI值越小，劑量均勻性越好。常規危及器官：比較兩側晶體、兩側視神經、視交叉、腦干的所受Dmax及Dmean。皮質脊髓束：分別比較兩側CST在兩套計劃中所受Dmax及Dmean，評估保護性計劃的有效性。

1.3統計學分析

采用SPSS 11.5軟件進行數據處理，比較兩種放療計劃中PTV及常規危及器官劑量學指標，并對患側、健側CST所受Dmax及Dmean進行統計分析。數據均采用x±s表示，兩組數據間比較采用配對t檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2　結果

2.1靶區劑量學比較

IMRT_CST計劃與IMRT_noCST計劃相比，PTV Dmean、Dmax、D95及靶區適形度、劑量均勻性差異均無統計學意義（P＞0.05，表1）。

表1　兩種放療計劃PTV受照劑量、靶區適形度及劑量均勻性比較　±sTable 1　Comparison of the planning target volume（PTV）radiation dose，target conformity，and homogeneity

表1　兩種放療計劃PTV受照劑量、靶區適形度及劑量均勻性比較　±sTable 1　Comparison of the planning target volume（PTV）radiation dose，target conformity，and homogeneity

t P Item Dmax（Gy）Dmean（Gy）D95（Gy）CI HI IMRT_noCST 64.88±0.66 62.36±0.53 60.45±0.36 1.053±0.049 0.082±0.016 IMRT_CST 65.04±0.69 62.41±0.56 60.37±0.28 1.039±0.047 0.089±0.016 -0.806 -0.287 1.536 1.643 -1.646 0.430 0.777 0.141 0.117 0.116

2.2常規危及器官劑量對比

IMRT_CST計劃與IMRT_noCST計劃相比，常規危及器官Dmax及Dmean差異均無統計學意義（P＞0.05），且均遠低于其耐受劑量（表2）。

表2　常規危及器官受照劑量相關參數比較　x±sTable 2　Comparison of radiation dose-associated parameters for conventional organs at risk

2.3CST劑量對比

IMRT_CST計劃與IMRT_noCST計劃比較，患側、健側的CST的Dmax及Dmean均明顯降低（P＜0.05）。提示保護性計劃能夠保護CST，減低CST受照劑量（表3）。

表3　CST受照劑量比較　x±sTable 3　Comparison of CST radiation doses

3　討論

由于腦膠質瘤呈浸潤性生長，單純外科手術很難根治切除，術后放療已成為主要輔助治療方法之一［9］。多項研究表明手術結合術后放療對于延長患者生存期有顯著益處［10-12］。目前腦膠質瘤術后放療劑量已達56～60 Gy，在療效提高的同時，發生放射性損傷的風險也隨之增加。近年來隨著放療技術發展，IMRT技術在腦膠質瘤術后放療中得到廣泛應用，既能夠提高腫瘤靶區劑量又不增加正常腦組織的受照劑量。與傳統適形放療相比，IMRT技術對于不規則形狀或有凹面的靶區和鄰近的危及器官更具優勢［13］。應用CT、MR影像，許多重要的顱內結構如視神經、視交叉、腦干等可以很好地在影像上顯示。在放療中，通過IMRT技術和參考已知的可耐受放射劑量可以修正這些危及器官所受劑量，從而避免可能的放射性損傷。

CST作為重要的白質纖維束之一，連接大腦運動皮質與脊髓，管理軀干、四肢的隨意運動，若發生損傷，將會造成肢體運動功能障礙，嚴重影響患者生存質量。但是常規CT、MR影像難以提供腦白質區CST等重要纖維束的影像信息，因此，放療中一直無法避免過度照射白質纖維束，白質纖維束的耐受劑量也是一個未知數。DTI作為目前唯一的一種無創顯示腦白質纖維束的成像方法，可以直觀顯示纖維束的形態、走行及與病變的位置關系。本研究將DTI檢查作為關鍵技術，結合IMRT提出了保證靶區放射治療劑量同時兼顧保護鄰近重要纖維束的方法。

本研究表明，基于能夠示蹤重要神經纖維束的DTI成像與術后放療定位CT的融合及IMRT技術修正鄰近危及器官所受劑量的優勢，在保證靶區治療劑量及常規危及器官保護的同時，IMRT_CST放療計劃中作為功能性危及器官的兩側CST的Dmax及Dmean較IMRT_noCST放療計劃均不同程度降低，減低了CST發生放射性損傷的風險。本組患者CST的Dmax、Dmean降低分別為：患側14.6%、13.7%，健側34.6%、30.7%，健側減低程度明顯高于患側。分析認為，由于本組部分患者患側CST緊鄰腫瘤靶區甚至與腫瘤靶區邊緣部分重疊，為確保靶區達到治療劑量，患側CST劑量減低受到限制，而健側CST距離腫瘤靶區位置較遠，劑量限制條件較寬松。

隨著影像技術的發展，磁共振功能成像在放療中的應用日益廣泛，其中MR波譜成像及MR灌注成像可以更加精確定位腦膠質瘤放療靶區［14-15］。本研究作為將擴散張量成像融入腦膠質瘤術后放療的初步探索，僅在保證整個靶區治療劑量及保護常規危及器官的前提下，對考慮與不考慮CST劑量保護的放療計劃進行了比較，以探究保護CST的可行性。由于放射性損傷出現過程時間較長，本研究該階段并未對其后期療效予以評價，有待相關課題進一步研究。

總之，DTI檢查能夠明確腦膠質瘤患者術后放療靶區與CST的關系，為勾畫劑量保護區提供纖維束影像學信息，進而指導保護性放療計劃的制定，減低CST所受放射劑量，降低其后期發生放射性神經損傷的風險。

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（2014-08-28收稿）

（2014-12-11修回）

（編輯：邢穎）

王明磊專業方向為腦功能成像在放療中的臨床應用。E-mail：704554548@qq.com

Clinical application of diffusion tensor imaging in postoperative intensity modulated radiotherapy for gliomas

Minglei WANG1,Xinshe XIA2,Chaoyun ZHAO1,Yanhong GUO2,Jianguo ZHAO3,Hui MA3,4,Xiaodong WANG1,4,Hechun XIA3,4

Objective:To evaluate the application value of diffusion tensor imaging(DTI)in guiding the postoperative radiotherapy plan of the gliomas adjacent to the corticospinal tract(CST).Methods:Thirty patients with gliomas adjacent to the CST underwent routine magnetic resonance imaging(MRI)contrast-enhanced scanning and DTI after radiotherapy.Tractography data sets were acquired and were fused with the images of corresponding anatomical MRI and computed tomography.The acquired data sets of radiotherapy planning system were imported to assist with the delineation of the target volume,organs at risk,and CST.Two sets of radiotherapy plan,which considered or did not consider the dose protective effect of the CST,were formulated and compared using the treatment technique of intensity modulated radiotherapy.Results:The protective radiotherapy and unprotected plans both achieved the therapeutic dose to the target volume and the protection of the routine organs at risk.In the protective dose(with an optimization program that considered the dose reduction of CST),the maximum and mean radiation doses suffered by the patients'ipsilateral and contra-lateral CSTs were lower compared with the unprotected plan(P<0.05).Conclusion:DTI can identify the location and shape of CSTs,and their relationship with the postoperative radiotherapy target of gliomas.These findings contribute to the formulation of a protective radiotherapeutic regimen to keep the CST from the maximum and the mean radiation doses to the largest extent,thereby decreasing the possibility of nerve damage after radiotherapy.

brain glioma,diffusion tensor imaging,radiotherapy,corticospinal tract,dosimetry

10.3969/j.issn.1000-8179.20141450

①寧夏醫科大學總醫院放射科（銀川市750004）；②寧夏醫科大學總醫院腫瘤醫院放療科；③院神經外科；④寧夏顱腦疾病重點實驗室*本文課題受國家自然科學基金項目（編號：81260373）和寧夏自然科學基金項目（編號：NZ11269）資助

王曉東xdw80@yeah.net