DTI技術示蹤視束、視輻射在指導腦膠質瘤術后放療方案選擇中的應用價值

趙超云，夏新舍，王明磊，劉子姍，高文奇，馬輝，王曉東*，夏鶴春

1.寧夏醫科大學，銀川 750004

2.寧夏醫科大學總醫院腫瘤醫院放療科，銀川 750004

3.寧夏醫科大學總醫院放射科，銀川750004

4.寧夏醫科大學總醫院神經外科，銀川 750004

視覺通路纖維束是顱內重要的神經傳導通路，視路走行較長，相關解剖結構復雜，在腦膠質瘤術后放療中可能對視覺通路造成放射損傷而導致視覺功能障礙[1]。目前在膠質瘤術后放療計劃制定中，眼球、視神經、視交叉等前視路被標記為常規串聯危及器官進行保護。由于視束及視輻射等后視路在常規CT及常規MRI上難以顯示，因此無法限制視束及視輻射所受輻射劑量。隨著功能磁共振技術的不斷發展，擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)纖維示蹤技術可以很好地顯示白質纖維束的形態、位置及其與腫瘤的關系。在患者術中保證最大程度切除腫瘤的同時，避免造成鄰近神經纖維損傷，從而提高患者術后生活質量[2]。術后放療是腦膠質瘤患者最主要的輔助治療之一，可明顯提高患者中位生存期，但同時也存在發生放射性損傷的風險[3]，尤其是靶區周圍鄰近的重要組織結構[4-5]。本研究擬通過DTI技術，將視束及視輻射的纖維束信息融入放療定位CT，比較不同常規放療技術制定的放療方案中視束及視輻射所受輻射劑量，探究其保護視束及視輻射并指導放療方案選擇的可行性。

1 材料與方法

1.1 一般資料

本研究納入2013年8月至2015年3月寧夏醫科大學總醫院腫瘤醫院放療科腦膠質瘤術后放療病例30例，男性18例，女性12例，年齡24～66歲，平均年齡41.3歲，其中膠質瘤Ⅱ級16例，Ⅲ級7例，Ⅳ級7例(WHO分級)。病變位于左側額葉7例，右側額葉5例，右側顳葉6例，左側顳葉1例，左側頂葉1例，右額顳葉4例，左額顳葉1例，右側頂枕葉3例，右顳枕葉1例，右顳頂葉1例。所有病例均經術后病理證實為膠質瘤，患者術后KPS評分均≥70分。所有患者檢查前均簽署知情同意書且無MRI檢查禁忌癥。

1.2 影像學檢查

1.2.1 CT定位

患者均采用西門子公司 Somatom Sensation Open 大孔徑CT機進行定位掃描，仰臥位，熱塑面膜固定頭部，掃描層厚3 mm，層間距0 mm。定位CT對比劑增強掃描后，圖像傳輸至Pinnacle 3放療計劃系統。

1.2.2 MRI檢查

患者于定位CT掃描2天后，行常規MRI平掃、增強及DTI檢查。①掃描設備及患者體位：掃描儀采用GE Signa ExciteHD 3.0 T MRI，8通道正交頭線圈，患者取仰臥位，頭先進。②DTI掃描參數：掃描序列采用單次激發平面回波序列(EPI)，擴散梯度方向為25，TR/TE=10000/98.8 ms，FOV 240 mm×240 mm，矩陣128×128，NEX=2，b為1000 s/mm2，層厚3 mm，層間距為0 mm。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FA圖、DCE圖與3DT1解剖圖融合。分別于雙側視通路的視交叉、視束、外側膝狀體及視輻射放置感興趣區(region of interest，ROI)，從而實現視束、視輻射的重建，閾值設定為0.18(圖1)。分析觀察兩側視束、視輻射走行、形態及與術后病灶殘腔的關系，綜合彩色FA圖、DCE圖及重建視束及視輻射，在3D T1解剖圖像分別勾畫患側及健側視束、視輻射。3D T1解剖圖數據導入Pinnacle 3放療計劃系統。

1.3 靶區勾畫

所有患者均由放療科同一名副高以上醫師結合定位CT與MR成像勾畫。大體腫瘤靶區(gross tumor volume，GTV)：術后殘留腫瘤和/或術腔，即術后MR成像中異常信號區域。臨床靶區(clinical target volume，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(planning target volume，PTV)：CTV范圍外擴0.5 cm。在靶區勾畫完成后，勾畫常規危及器官(晶體及腦干等)。最后由放射科同一名副高以上醫師利用CT、MR融合圖及纖維示蹤圖像勾畫鄰近放療靶區的視束及視輻射(圖2)。

圖1 患者男，29歲，右額膠質瘤Ⅱ級，A和B分別為重建后視束、視輻射的DTI圖像 圖2 患者女，53歲，膠質瘤Ⅲ級。A：導入放療計劃系統中CT與MR融合圖像；B：在CT與MR融合圖像上勾畫的放療靶區及視輻射。粉色區域代表GTV，綠色區域表示CTV，淡藍色區域為PTV；深藍色與紫色區域分別表示患側、健側視輻射走行區域Fig.1 A and B are the reconstructive optic tract and optic radiation of a 29-year-old male patient of cerebral gliomas.Fig.2 A:It was the fused image of CT and MR of a 53-year-old female patient of a WHO Grade III glioma in the radiotherapy planning system; B:GTV,CTV,PTV and the optic radiation were outlined in the fusion image of CT and MR.The pink area represents GTV and the green area is expressed in CTV and the light blue area is for PTV.The dark blue and purple area are expressed as the affected and unaffected optic radiation,respectively.

圖3 患者女，53歲，膠質瘤Ⅲ級。A：藍色實線與虛線分別為3D-CRT計劃和IMRT計劃中患側視輻射所受輻射的劑量曲線。黃色實線與虛線分別為3D-CRT計劃和IMRT計劃中健側視輻射所受輻射的劑量曲線。B：粉色實線與虛線分別為3D-CRT計劃和IMRT計劃中患側視束所受輻射的劑量曲線。紫色實線與虛線分別為3D-CRT計劃和IMRT計劃中健側視束所受輻射的劑量曲線。圖3中IMRT計劃(虛線)患側及健側視束、視輻射所受劑量均低于3D-CRT(實線)Fig.3 It is a 53-year-old female patient of a WHO Grade III glioma.A:Blue solid line and dotted line are respectively represented the dose curves of 3D-CRT and IMRT plans in the affected side of the optic radiation,and the yellow solid line and dotted line are the dose curves of 3D-CRT and IMRT plans in the unaffected side of the optic radiation.B:Pink solid line and dotted line are respectively represented the dose curves of 3D-CRT and IMRT plans in the affected side of the optic tract,and the purple solid and dashed line are the dose curves of 3D-CRT and IMRT plans in the unaffected side of the optic tract.In fi gure 3,the dose of the optic tract and optic radiation in IMRT plan(dotted line)is lower than that in the 3D-CRT plan(solid line).

1.4 計劃設計及評估

每名患者均由同一名高年資物理師在Pinnacle 3放療計劃系統下分別采用3D-CRT技術及IMRT技術制定兩套放療計劃，制定計劃中不提供視束、視輻射相關影像學信息。所有計劃均采用6 MV X射線照射，處方劑量為：95% PTV達到60 Gy/2.0 Gy×30次。危及器官及限制劑量：腦干Dmax＜54 Gy；晶體Dmax＜9 Gy；視交叉Dmax＜54 Gy；視神經Dmax＜54 Gy。分別對每名患者的兩套放療計劃的劑量體積直方圖(DVH)(圖3)、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)。視束、視輻射：分別比較兩側視束、視輻射在不同放療計劃中所受Dmax及Dmean，評估兩種計劃保護視束、視輻射的有效性。

1.5 統計學分析

采用SPSS 17.0軟件進行數據處理，對3D-CRT和IMRT計劃中PTV的CI、HI及兩側視束、視輻射所受Dmax及Dmean進行統計學分析。數據均采用±s表示，P＜0.05認為有統計學差異。

2 結果

2.1 靶區適形度及劑量均勻性比較

采用IMRT技術的放療方案的靶區適形度(CI)優于采用3D-CRT技術的放療方案(P＜0.05)，而劑量均勻性(HI)差異無統計學意義(P＞0.05)，見表1。

2.2 視束、視輻射劑量對比

采用IMRT技術的放療計劃較采用3D-CRT技術的放療計劃的患側、健側的視束、視輻射的Dmax及Dmean均有不同程度減低(P＜0.05)，見表2。

表1 靶區適形度及劑量均勻性比較Tab.1 Comparison between 3D-CRT and IMRT in dose uniformity and conformal degree of target volume

表2 視束、視輻射受照劑量比較Tab.2 Comparison of irradiation dose for optic tract and optic radiation

3 討論

目前腦膠質瘤的常規放射劑量已經提高至60 Gy，高劑量照射在提高治療效果的同時，也易引起放射性損傷[6]。所以，如何在保證靶區治療劑量的前提下避免對靶區周圍正常腦組織，尤其是鄰近危及器官的過度照射，降低發生放射性損傷的風險已成為國內外努力研究的方向之一。近年來，3D-CRT、IMRT技術由于其既能夠提高腫瘤靶區劑量又可最大限度地減少對靶區周圍正常組織的輻射劑量，從而在腦膠質瘤術后放療中得到廣泛應用。

視覺通路是一個連續且完整的重要神經傳導通路，視路走行較長，相關解剖結構復雜，視神經、視交叉、視束及視輻射其中任何一部分損傷，視覺通路傳導都將會受到影響，甚至導致患者視力缺損。目前在膠質瘤患者術后放療計劃制定中，眼球、視神經、視交叉等前視路已被標記為常規危及器官進行保護。由于視束及視輻射等后視路在常規CT及常規MRI圖像上難以顯示，因此無法將視束、視輻射納入危及器官在放療計劃中進行保護。

隨著功能磁共振成像的不斷發展，擴散張量成像可無創性顯示活體腦白質纖維束的完整性和方向性及其腦腫瘤與鄰近白質纖維束的解剖關系，包括直接壓迫推移、浸潤、中斷破壞等異常表現[7-8]。在本課題組前期研究中，利用DTI技術在神經導航下術前精確定位視輻射走行，術中對其進行有效保護，降低術后致殘率[9]。本研究通過DTI示蹤視束、視輻射并將其融入到腦膠質瘤患者術后放療計劃中，對比不同的放療方案，指導放療優化方案的選擇。

本研究結果表明3D-CRT與IMRT計劃兩者在劑量均勻性(HI)方面對比無統計學差異，但采用IMRT技術在靶區適形度(CI)方面要優于采用3D-CRT技術的放療計劃，這與國內外對比3D-CRT、IMRT兩種技術的研究結果一致[10-12]。3D-CRT技術是將照射野同靶區形狀在三維方向上的適形技術，而IMRT技術除此之外還能夠使放療劑量在三維方向上與靶區適形，與3D-CRT技術相比可以使放療劑量梯度在靶區周圍正常組織相對均勻、快速的降低，因此采用IMRT技術的放療方案中兩側視束、視輻射的Dmax及Dmean比采用3D-CRT技術的放療方案均有不同程度降低，降低了視束、視輻射發生放射性損傷的風險性。本組患者患側視束的Dmax及Dmean分別降低了11.2%、10.4%，患側視輻射的Dmax及Dmean分別降低了10.9%、8.9%；健側視束的Dmax及Dmean分別降低了20.2%、21.4%，健側視束的Dmax及Dmean分別降低了22.3%、18.6%，以上數據顯示健側視束、視輻射的輻射劑量降低程度較大。分析認為，是由于為了保證放療靶區的治療劑量，鄰近放療靶區的患側視束、視輻射劑量減低程度受到限制，而健側視束、視輻射與腫瘤靶區距離相對較遠，劑量限制條件較少。

本研究亦存在一些不足之處：本組患者僅僅是將DTI示蹤視束、視輻射融入腦膠質瘤術后放療，對兩種常規放療計劃中視束、視輻射所受放射劑量進行比較，以指導放療方案的選擇。在已經將視束、視輻射引入放療計劃的前提下，能否將視束、視輻射納為危及器官進行劑量限制，進一步探究保護視束、視輻射的可行性及其評價后期療效，均有待相關課題開展后續研究。

DTI技術能夠準確示蹤視束、視輻射，為腦膠質瘤術后放療計劃制定提供纖維束影像學信息，進而指導放療方案的選擇，減低視束、視輻射所受放射劑量，降低其后期發生放射性神經損傷的風險。

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