多模態MR對腦膠質瘤術后放療靶區勾畫的一致性分析

徐曉曦，張蔚，宋瓊

1. 武漢市第一醫院 放射科，湖北 武漢 430022；2. 武漢市第九醫院 藥劑科，湖北 武漢 430081

引言

膠質瘤是顱內最常見的惡性腫瘤。目前對膠質瘤的治療方案主要是以外科手術為主，并輔以術后放療[1-2]。合理地勾畫放療靶區是精準控制放療劑量，保證腫瘤治療的同時減少腦功能區損壞，減少術后不良預后風險的關鍵；因此，放療物理師在制定計劃放療靶區（Planning Target Volume，PTV）時，對腫瘤體積區（Gross Tumor Volume，GTV）以及臨床靶體積（Clinical Target Volume，CTV）的精準勾畫提出了很高的要求。在傳統方案上，CT圖像是腦膠質瘤放療靶區模擬定位的主要方法，但是CT在靶區勾畫時很難對腦水腫區進行明確界定，造成了放療盲區的擴大，增加了放療并發癥的發生，影響了放療效果。磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）具有較高的軟組織分辨率，能夠多方位、多模態分析病變特征，較之于CT對顱內病變水腫區具有更高的敏感性[3-4]。目前，MR勾畫膠質瘤放療靶區主要是在T2WI、FLAIR序列上[5-6]，對MRDWI序列的應用卻鮮有文獻報道，而MR-DWI能夠有效反映水分子擴散受限的特征，對腦膠質瘤及膠質瘤水腫帶有著較高的診斷效能[7]。本研究通過在T2WI、FLAIR以及MR-DWI不同模態下勾畫膠質瘤的CTV，旨在探討MR多模態下測量膠質瘤靶區的差異，評價不同模態下的一致性。

1 資料與方法

1.1 病例入組

對我院2015年1月至2018年1月診治的膠質瘤患者進行回顧性分析，所有患者術后均接受術后三維適行放 射 治 療（Three-Dimensional Conformal Radiotherapy，3D-CRT）。入組患者均經術后病理明確證實；Karnofsky評分＞60分；且無放射性腦病病史。最終共計收集到33例，年齡41～69歲（中位年齡57歲），男性18例、女性15例；按照2016年WHO標準[8]，I+II級21例、III+IV級12例。

1.2 磁共振掃描

使用3.0 T西門子（Verio）超導磁共振，頭部32通道相控陣列線圈，患者接受掃描時取仰臥位。掃描序列包括：T1WI-FLAIR、T2WI-FLAIR、增強掃描序列和DWI序列。常規掃描參數：層厚5 mm，層間距1 mm，矩陣384×256，FOV＝22 cm×22 cm；T1WI-FLAIR，TE/TR＝25 ms/1966 ms；T2WI-FLAIR，TE/TR ＝ 148 ms/8000 ms。MR-DWI序列：TE/TR＝115 ms/6000 ms，激勵次數（NEX）4，矩陣128×128，視野（FOV）＝22 cm×22 cm。b值取1000 s/mm2。

1.3 放療靶區的勾畫

患者術后2～3周進行放療靶區勾畫，包括GTV以及CTV。參照已有研究報道[6,9-10]，靶區邊界GTV：T2WI/FLAIR/DWI相對高新號區；CTV：即GTV+外擴1～2 cm（圖1）；在T2WI、FLAIR以及DWI不同模態下通過面積求和法計算CTV＝∑Az×(層厚+層間距)，其中Az指測量橫截面的勾畫面積。以上操作均由兩名高年資放療科醫師獨立進行，取兩名醫師測量值的平均值作為最終的CTV值。

圖1 MR各模態下放療靶區勾畫圖

1.4 統計學分析

使用SPSS 19.0軟件包，以隨機區組方差分析法比較3組MR模態下CTV的差異性，并通過組內相關系數（Intraclass Correlation Coef ficient，ICC）評估各組MR模態下測量結果的重復性；使用MedCalc V13.0.2.0軟件包以Bland-Atlman法評估3組MR模態下CTV的一致性，并計算不同組間95%一致性界限（95% Limits of Agreement,95%LoA）。以P＜0.05認為差異具有顯著性。

2 結果

2.1 不同MR模態下的CTV值

T2WI、FLAIR以及DWI不同模態下的CTV值分別為（219.10±116.16）、（229.12±122.60）以及（230.56±123.69）mm3。其中，DWI模態下CTV值最大、T2WI模態下CTV值最小；但是不同模態下的CTV無統計學差異（F＝0.088，P＝0.916）。

2.2 不同MR模態下測量結果的重復性

T2WI、FLAIR以及DWI不同模態下的CTV值的ICC分別為 0.842、0.839以及0.809（均P＜0.001）；各 MR 模態下測得CTV具有較高的重復性（均ICC＞0.75）。

2.3 不同MR模態下CTV的一致性分析

不同模態下測量CTV的Bland-Atlman結果，見圖2～4。不同模態下測量CTV的一致性分析，T2WI和FLAIR、T2WI和DWI以及FLAIR和DWI兩兩比較時，均存在6.06%（2/33）的點位于95%LoA以外，超出臨床可接受范圍。

圖2 T2WI與FLAIR模態下測量CTV的Bland-Atlman圖

圖3 T2WI與DWI模態下測量CTV的Bland-Atlman圖

3 討論

3.1 靶區勾畫對膠質瘤術后放療的意義

手術輔以術后放療是膠質瘤治療方案的基本原則，就放療效果而言，主要是取決于放療靶區的選控。實際放療靶區包括實體腫瘤及瘤灶周邊亞臨床病灶（如水腫帶等），后者屬于腫瘤細胞的潛在侵襲區域，是膠質瘤不良預后的高風險區[11]。因此，在制定放療靶區時，除了殘存瘤灶或術腔（GTV/GbTV），還應包括瘤周水腫以及必要的邊界外放（CTV）[6,10]。

圖4 FLAIR與DWI模態下測量CTV的Bland-Atlman圖

3.2 MR在膠質瘤術后放療靶區勾畫的應用

磁共振具有多模態、多方位成像的優勢，尤其是在對膠質瘤腦組織水腫帶有著較高的敏感性[3-6]。本研究通過對T2WI、FLAIR以及DWI不同模型下放療靶區CTV的比較發現：DWI模態下CTV值最大、T2WI模態下CTV值最小，但是不同MR模態下CTV并無統計學差異。Nougaret等[12]通過T1WI、T2WI以及DWI在軸位、矢狀位組合成6個不同MR模態下進行子宮內膜癌病灶體積測量時，其勾畫體積亦無統計學差異，與本研究結果相仿；此外，古冬連等[13]在T1WI增強、T2WI以及DWI軸位下對鼻咽癌瘤灶體積進行測量時，亦得出本研究類似結果，即不同MR模態下勾畫的腫瘤靶區體積無統計學差異，并指出了單模態MR對放療靶區勾畫的局限性。由此可見，MR單模態下所勾畫的腫瘤靶區難以很好地反映腫瘤體積及瘤灶實際侵犯情況，有必要對多種模態下測量值進行綜合考慮、多方位分析，以提高靶區勾畫的精準性。

3.3 一致性分析法對MR靶區勾畫的研究價值

臨床研究上，不同方法進行測量時一般不會獲得完全一致的測量結果，總會存在一定的數值偏倚，這種偏倚的程度可以用不同方法測量結果差值的均數（ ）進行評估，而的變異情況則用標準差（Sd）描述，當95%差值在 ±1.96Sd區間，即95%一致性界限（95%LoA），此時兩種測量方法一致性較好、可以相互替代；反之，當兩種方法測量結果差值超過95%LoA時，可認為兩種方法一致性欠佳，超出臨床可接受范圍，不能相互替代[14-15]。Bland-Altman法正是基于以上思路，并用圖示法直觀反映，以測量結果的差值為縱軸，以測量結果的均數為橫軸，繪制散點圖，并標注出95%LoA，當散點圖中落在95%LoA區間范圍外的點超過總散點數的5%時，則表示兩種方法的一致性較差。

本研究結果顯示：T2WI、FLAIR以及DWI不同模型下放療靶區CTV測量結果的Bland-Altman法一致性分析，T2WI和FLAIR、T2WI和DWI以及FLAIR和DWI兩兩比較時，均存在6.06%（2/33）的點位于95%LoA以外，超出臨床可接受范圍。不同MR模態下測量的CTV一致性較差，筆者綜合既往文獻，考慮其原因可能是：① 不同模態下磁共振成像序列的機理不同，對病灶大小、侵襲范圍的顯示可能存在一定的偏差；② 膠質瘤的不同病理分級，術后的恢復情況都會對放療靶區的勾畫造成一定的影響；③ 不同MR模態，其掃描層厚與層間距難以保持一致，故而在通過逐層面積求和時，得到的靶區體積亦存在差異性。

本研究局限性在于，首先本研究納入病例數尚少，有待后續的研究進行樣本補充并進一步分組分析；其次，本研究為單中心研究，其他機構進行類似研究時，可能會由于磁共振機型的不同，場強的不一致，其研究結果與本研究產生小范圍的偏差。

綜上所述，不同MR模態下測量腦膠質瘤術后放療靶區CTV無統計學差異，且Bland-Altman法表明不同模態下測量結果一致性欠佳，造成各模態下測量CTV結果不能相互替代。在MR多模態下進行靶區勾畫時，DWI也應和臨床傳統的T2WI和FLAIR一樣，納入到放療靶區勾畫的常規序列當中，本研究結果亦顯示：與T2WI、FLAIR類似，DWI模態下測量結果亦具有較好的重復性（均ICC＞0.75）。且DWI序列在胰腺癌[16]、鼻咽癌[17]等腫瘤體積的評估時，能夠發現常規T2WI和FLAIR無異常信號的區域，經過隊列隨訪，該信號異常區是腫瘤復發區，可見其測量結果較之于傳統序列更能符合腫瘤病灶及實際累及范圍。因此，考慮到不同序列成像機制的不同、受干擾的因素不盡一致，臨床上膠質瘤術后放療靶區勾畫應該注意不同MR模態下顯示靶區的范圍，互為參考、綜合分析，以確保靶區勾畫的精準性，提高術后放療的效益，減少放療對正常腦組織的損傷。