磁共振彌散加權(quán)成像在食管癌放療中的應(yīng)用價(jià)值

佘明金，程蒙蒙，丁小格，施 佳，邢海燕

食管癌是常見的惡性腫瘤，手術(shù)治療與放療一直是其主要治療方法。為不適宜手術(shù)治療或不能耐受化療的患者制定最有效的放療方案已成為臨床研究的重點(diǎn)問(wèn)題[1]。食管原發(fā)腫瘤大體體積(gross tumor volume，GTV)長(zhǎng)度的準(zhǔn)確性是影響食管癌放療效果的主要因素。目前，確定食管癌放療GTV長(zhǎng)度主要借助于各種影像手段，包括食管X線片、胸部CT、胃鏡、超聲胃鏡及PET-CT等。彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging,DWI)是一種新的MR功能成像技術(shù)，其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)用比較成熟，對(duì)超急性期腦梗死的診斷價(jià)值已經(jīng)得到肯定，然而DWI在其他部位的應(yīng)用尚處于研究階段。有研究表明，與CT和常規(guī)MRI相比，DWI可以更加精確地顯示食管鱗癌的長(zhǎng)度范圍[2]。本研究利用CT/ DWI圖像對(duì)食管鱗癌患者進(jìn)行靶區(qū)勾畫，旨在探討DWI在食管癌放療中的應(yīng)用價(jià)值。

1 對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象 選取2017-08至2018-12我院收治的食管癌患者。入選標(biāo)準(zhǔn)：(1)經(jīng)病理證實(shí)為鱗狀細(xì)胞癌；(2)初診患者；(3)放療前均實(shí)施常規(guī)內(nèi)鏡檢查和普通鋇劑造影，Karnofsky功能狀態(tài)評(píng)分(KPS評(píng)分)≥80分；(4)擬行根治性放療。排除標(biāo)準(zhǔn);(1)心肺功能不正常；(2)有放療及MRI檢查禁忌證；(3)相關(guān)影像學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移。共26例患者入選，其中男21例，女5例；年齡49～85歲，中位年齡72.2歲；發(fā)病部位，胸上段7例，胸中段9例，胸下段10例。所有患者均簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 定位CT掃描 所有患者在定位CT掃描前12 h禁食水，采用大孔徑16排CT模擬定位機(jī)(荷蘭PHLIPS公司生產(chǎn))掃描，熱塑體膜固定，在體表同一橫斷面上(左右均一個(gè)，前面一個(gè))放置定位標(biāo)記點(diǎn)，此標(biāo)記點(diǎn)為4 mm的球形魚肝油膠囊，中心注入碘普羅胺注射液(拜耳醫(yī)藥公司)，并在標(biāo)記點(diǎn)同一只位置體表用mark筆做標(biāo)記。患者取仰臥位，平靜呼吸狀態(tài)下吸氣末屏氣進(jìn)行掃描。掃描范圍上界自胸骨上隱窩胸廓入口處，下至肝臟下緣或平臍層面。掃描條件：球管電壓140 keV，電壓100 mA，矩陣512×512，層厚5 mm，層間距5 mm，靜脈注射碘普羅胺注射液進(jìn)行增強(qiáng)掃描，掃描完成后將圖像傳入TiGRT放療計(jì)劃系統(tǒng)(美國(guó)LinaTech公司)。

1.2.2 MR DWI掃描 行定位CT結(jié)束后立即行MRI掃描。采用德國(guó)西門子 3.0T MAGNETOMTrio Tim 磁共振掃描儀，行常規(guī)MRI T1WI、T2WI和DWI掃描，患者仰臥位，掃描體位同CT，采用與CT相同的層厚和視野，于CT掃描標(biāo)記點(diǎn)下有mark標(biāo)記處放置定位點(diǎn)標(biāo)記。采用體部線圈，應(yīng)用心電門控技術(shù)盡量避免心臟搏動(dòng)造成的運(yùn)動(dòng)偽影，應(yīng)用呼吸門控技術(shù)在吸氣末屏氣掃描。擴(kuò)散成像參數(shù)：橫斷面，單次激發(fā)自旋回波平面回波成像(SE-EPI)采集，重復(fù)時(shí)間(TR)2450 ms，回波時(shí)間(TE)50.3～67.8 ms，層厚5 mm，層間距0 mm，視野(FOV)44～48 cm，矩陣128×128，采集次數(shù)(NEX)4，擴(kuò)散方向?yàn)?，行MR DWI掃描時(shí)擴(kuò)散敏感梯度b=600 s/mm2。MR掃描結(jié)束后圖像刻盤，導(dǎo)入TiGRT放療計(jì)劃系統(tǒng)。

1.2.3 靶區(qū)勾畫及計(jì)劃制定 將定位CT圖像和MR DWI圖像分別導(dǎo)入放療計(jì)劃系統(tǒng)后，利用放療計(jì)劃系統(tǒng)的圖像處理功能將CT圖像和MR DWI圖像進(jìn)行容積重建，為解決圖像融合時(shí)的參考點(diǎn)選擇問(wèn)題，患者行CT和MRI掃描時(shí)將一標(biāo)記點(diǎn)置于同一橫斷面的體表正中線和左右兩側(cè)相同的位置，該標(biāo)記點(diǎn)CT掃描顯示高密度，MRI T1WI、T2WI掃描均顯示高信號(hào)，可作為不同圖像進(jìn)行融合的參考點(diǎn)。由兩位有經(jīng)驗(yàn)的腫瘤放射科醫(yī)師對(duì)CT和CT/DWI兩種不同圖像進(jìn)行食管原發(fā)腫瘤大體體積(gross tumor volume，GTV)和臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)的勾畫，CTV外擴(kuò)5 mm為PTV。診斷標(biāo)準(zhǔn)為CT圖像上食管壁厚度超過(guò)0.5 cm和不含氣腔食管直徑大于1 cm，食管壁局限性或全周性增厚為標(biāo)準(zhǔn)。DWI圖像上高信號(hào)區(qū)界定為GTV范圍，在軸位圖像上根據(jù)病變層數(shù)計(jì)算病變長(zhǎng)度。同一患者在CT上勾畫出靶區(qū)GTVCT，CTVCT，PTVCT；在DWI圖像上以b=600 s/mm2條件下進(jìn)行病變測(cè)量，分別勾畫出靶區(qū)GTVDWI、CTVDWI及PTVDWI。勾畫雙肺、脊髓及心臟為危及器官(orgen at risk，OAR)。根據(jù)患者靶區(qū)范圍，分別制定基于CT和CT/DWI的三維適形(3-dimensional conformal radiation therapy, 3D-CRT)計(jì)劃方案，計(jì)劃采用3-5野的3D-CRT技術(shù)，常規(guī)分割劑量為200 cGy/次，共6000 cGy。PTVCT和PTVDWI的接受處方劑量的體積≥95%，脊髓的最大劑量≤45 Gy，雙肺V30≤15%、V5≤55%、Dmean≤12Gy；心臟V40≤30%、V30≤40%。

1.3 計(jì)劃評(píng)估 基于0.01 Gy的分辨生成DVH，并均歸一為95%PTV接受60 Gy的處方劑量，利用DVH圖對(duì)兩種計(jì)劃的靶區(qū)接受劑量和危及器官耐受量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。利用TiGRT計(jì)劃系統(tǒng)直接獲取GTVCT、PTVCT、GTVDWI及PTVDWI的體積。軸位圖像上靶區(qū)長(zhǎng)度(LGTV)=重建層厚×層數(shù)。危及器官耐受量評(píng)估包括脊髓的最大接受劑量，心臟的V30、V40，雙肺的V5、V30、Dmean。

2 結(jié) 果

2.1 CT與CT/DWI腫瘤靶區(qū)的比較 基于兩種圖像做出的治療計(jì)劃的靶區(qū)劑量分布及危及器官的耐受量均可滿足臨床要求。而基于CT/DWI圖像的計(jì)劃的LGTV、LPTV及VGTV、VPTV均小于基于CT圖像的靶區(qū)長(zhǎng)度和體積，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，表1)。

項(xiàng)目LGTV (cm)LPTV (cm)VGTV (cm3)VPTV (cm3)CT7.5±2.213.4±2.5 58.3±47.4285.3±102.2CT/DWI7.1±2.112.7±2.6 53.9±45.0274.6±99.5P0.000.000.000.001

2.2 CT與CT/DWI危及器官體積值和耐受量的比較 基于CT/DWI圖像計(jì)劃的雙肺平均劑量為(1112±54)cGy，明顯低于CT圖像(1201±25) cGy，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.00)；CT/DWI圖像脊髓平均劑量為(6187±79)cGy，基本與CT圖像(6185±71)cGy一致，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。CT/DWI圖像在雙肺V5、V30及心臟V30、V40與CT圖像比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表2)。

參數(shù)CTCT/DWIP雙肺 V548.2±9.548.2±9.40.82 V3011.6±4.411.5±4.30.29心臟 V3015.2±7.315.0±7.10.31 V4012.6±6.812.5±6.70.14

3 討 論

目前，精確放療已成為食管癌放療的主要治療方式，其中GTV長(zhǎng)度的準(zhǔn)確勾畫是整個(gè)精確放療的核心環(huán)節(jié)。有研究發(fā)現(xiàn)，X線的鋇餐長(zhǎng)度與腫瘤手術(shù)標(biāo)本長(zhǎng)度較為一致[2]。X線鋇劑造影下鉛珠標(biāo)記對(duì)食管癌放療靶區(qū)勾畫有明顯的指導(dǎo)作用，在CT定位下可以更加快速、準(zhǔn)確地確定病變長(zhǎng)度和上下端的準(zhǔn)確位置[3]。但反復(fù)操作X線的輻射和鋇劑對(duì)患者影響較大，限制了臨床的廣泛應(yīng)用。目前多數(shù)的放療計(jì)劃是基于CT影像制定的，但CT對(duì)軟組織分辨能力較差，難以鑒別食管癌病變周圍組織的炎性水腫和軟組織浸潤(rùn)的腫瘤邊界，容易導(dǎo)致靶區(qū)勾畫不準(zhǔn)確，導(dǎo)致正常組織受到多余的照射，影響放療效果[4]。MRI在優(yōu)化軟組織圖像上有較大的優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)Π袇^(qū)勾畫提供參考，使臨床中GTV和OAR的勾畫更為精確，從而提高腫瘤的局部控制率并降低并發(fā)癥的發(fā)病率[5]。DWI是一種功能性圖像模式，它反映了水在組織中的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，腫瘤細(xì)胞具有完整的細(xì)胞壁會(huì)限制水分子的運(yùn)動(dòng)使得病變?cè)贒WI圖像顯示為高信號(hào)[6]。有研究表明，對(duì)于確定惡性腫瘤病變及其功能代謝信息方面DWI有特定優(yōu)勢(shì)，且在食管癌中能充當(dāng)成像生物標(biāo)志物[7,8]。筆者認(rèn)為，不同放療醫(yī)師勾畫靶區(qū)的不一致性有三個(gè)原因：(1)靶區(qū)勾畫標(biāo)準(zhǔn)未統(tǒng)一；(2)圖像中腫瘤與周圍正常組織的界限不清晰；(3)不同醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)差異。因此，將DWI與CT圖像相結(jié)合相比CT圖像更為直觀，可以幫助放療醫(yī)師更加精準(zhǔn)地定義靶區(qū)和OAR，可以降低正常組織劑量并提高靶區(qū)的受照劑量。同時(shí)研究結(jié)果顯示DWI和CT圖像融合所制作的治療計(jì)劃對(duì)于OAR有更好的保護(hù)。

侯棟梁等[9]對(duì)CT、T2WI及DWI圖像上食管癌GTV長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量并與術(shù)后標(biāo)本長(zhǎng)度進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，DWI所測(cè)食管病變長(zhǎng)度與術(shù)后病理標(biāo)本長(zhǎng)度最為接近，因此，DWI能比較準(zhǔn)確顯示食管癌GTV長(zhǎng)度和位置。文獻(xiàn)[10，11]也認(rèn)為DWI技術(shù)所測(cè)食管腫瘤長(zhǎng)度與病理標(biāo)本實(shí)測(cè)長(zhǎng)度較為接近，以b=600 s/mm2條件下病變測(cè)量信度為優(yōu)，建議作為CT/DWI 圖像融合的優(yōu)選圖像并指導(dǎo)食管癌靶區(qū)勾畫。DWI的掃描通常在兩個(gè)或者更多擴(kuò)散敏感梯度b值下進(jìn)行， 選取小b值時(shí)，DWI主要反映組織灌注的變化，不能直接反映組織擴(kuò)散狀態(tài)。所測(cè)得的ADC值不太真實(shí)，MR DWI(b值=400 s/mm2或更低時(shí))測(cè)量病變的平均長(zhǎng)度長(zhǎng)于實(shí)際腫瘤。如b值=800 s/mm2或更高時(shí)，對(duì)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)更敏感，DWI 圖像的SNR 會(huì)顯著降低，磁敏感偽影和圖像變形也逐漸加重，致使測(cè)量的病變長(zhǎng)度較實(shí)際病變短[12]。劉輝等[13]研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)b值=800 s/mm2時(shí)得到的磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像最適合食管癌腫瘤靶區(qū)勾畫(磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.5 特斯拉，機(jī)器型號(hào)為AVANTO)。張明等[14]認(rèn)為b值=600 s/mm2時(shí)，食管癌病變的DWI圖像效果最好、最穩(wěn)定，能將病灶與組織擴(kuò)散程度準(zhǔn)確地反映出來(lái)。b值差異，可能與選用設(shè)備的不同及血流灌注影響的差異等有關(guān)。

本研究參照鄭向東等[15]研究,采用同一機(jī)型德國(guó)西門子3.0T MAGNETOMTrio Tim 磁共振掃描儀，選取b值=600 s/mm2進(jìn)行胸部MR DWI掃描，并將MR DWI圖像與CT圖像進(jìn)行融合。兩種條件下計(jì)劃的劑量分布和各項(xiàng)參數(shù)均達(dá)到了臨床處方劑量要求。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析顯示DWI計(jì)劃中PTV、GTV的長(zhǎng)度和體積均小于CT計(jì)劃(P<0.05)。在DWI和CT計(jì)劃中雙肺平均劑量分別為(1201±25)cGy和(1112±54)cGy(P=0.00),基于DWI計(jì)劃的OAR平均劑量也明顯低于CT計(jì)劃。因此認(rèn)為，DWI與CT圖像融合后勾畫靶區(qū)的體積更小，能更好地保護(hù)OAR。

綜上所述, 利用放療計(jì)劃系統(tǒng)的圖像融合功能可將DWI圖像和CT圖像進(jìn)行融合，DWI與CT圖像融合能準(zhǔn)確地反映腫瘤靶區(qū)的范圍,提高了食管癌靶區(qū)長(zhǎng)度和病變范圍判斷的準(zhǔn)確性，為食管癌GTV準(zhǔn)確勾畫提供參考，值得臨床進(jìn)一步推廣應(yīng)用。