磁共振成像技術(shù)選擇對腦轉(zhuǎn)移瘤靶區(qū)勾畫的影響

薛 青，韓 序，胡偉剛，楊昭志，陳佳艷，許 青，李 懋，凌池芳

1.復(fù)旦大學附屬腫瘤醫(yī)院放療科，復(fù)旦大學上海醫(yī)學院腫瘤學系，上海 200032；

2.飛利浦放射腫瘤事業(yè)部，四川 成都 610000

腦轉(zhuǎn)移瘤在癌癥患者中十分常見，放射治療是目前主要的治療方式之一［1-2］。其中立體定向放射治療（stereotactic radiotherapy，SRT）因其出色的局部控制效果、相對較小的不良反應(yīng)逐漸替代全腦放療，成為有1～4個，甚至10個以上轉(zhuǎn)移灶患者的首選放療形式［3-6］。SRT是一種類似手術(shù)的高精度局部治療手段，病灶勾畫的準確度是保障療效的關(guān)鍵。腦轉(zhuǎn)移瘤病灶的勾畫主要基于增強磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）圖像。目前，三維反轉(zhuǎn)恢復(fù)梯度回波（three-dimensional inversion recovery gradient echo，3D IR-GRE）序列是廣泛使用的序列之一，其特點是灰白質(zhì)對比度優(yōu)秀，但釓基造影劑的對比度相對較弱［7-8］。與此相對，三維快速自旋回波（three-dimensional turbo spin echo，3D TSE）序列具有很好的釓基造影劑對比度，而灰白質(zhì)對比度較弱［9-10］。本研究通過比較這兩種序列圖像上勾畫的病灶，探討使用不同的回波序列是否會影響勾畫的結(jié)果。

1 資料和方法

1.1 臨床資料

本研究選取了9例腦轉(zhuǎn)移瘤初治患者的MRI圖像，其中6例為乳腺癌患者，3例為肺癌患者。

1.2 圖像采集

采用荷蘭Philips公司的Ingenia 3.0 T MRI掃描儀，使用大號柔性線圈?；颊甙粗委燇w位，使用頭頸肩面罩加真空墊固定。增強掃描前患者注射釓雙胺造影劑15 mL，等待5 min后分別使用3D IR-GRE序列和3D TSE序列采集T1加權(quán)的增強圖像。兩種序列的掃描先后順序隨機。具體掃描參數(shù)見表1。

表1 掃描序列技術(shù)參數(shù)概覽

1.3 病灶勾畫

將所有MRI圖像以DICOM格式導入MIM Maestro軟件（美國MIM Software公司），由1名有多年腦轉(zhuǎn)移瘤診治經(jīng)驗的放療科醫(yī)師勾畫圖像上的強化區(qū)域即大體腫瘤體積（gross tumor volume，GTV）。為避免勾畫同一患者的兩組圖像時殘余印象的影響，勾畫工作分兩次進行，兩組圖像間隔1周以上勾畫。

1.4 圖像分析

GTV：使用MIM軟件計算GTV，并比較兩種序列圖像上勾畫的GTV的體積和相對體積差，相對體積差計算見公式⑴。

GTV一致性：使用Dice相似系數(shù)（Dice similarity coefficient，DSC）評價3D IR-GRE序列和3D TSE序列圖像勾畫的GTV的幾何一致性詳見公式⑵。

GTV質(zhì)心偏移：使用MIM軟件計算3D IRGRE序列和3D TSE序列圖像勾畫的GTV的質(zhì)心坐標，然后計算兩個質(zhì)心間的距離。

1.5 統(tǒng)計學處理

2 結(jié) 果

9例患者的MRI圖像上一共勾畫出47個病灶（單例患者病灶數(shù)量范圍：1～10個，體積0.02～21.48 mL）。GTV、DSC、質(zhì)心偏移等信息見表2。3D TSE序列圖像勾畫的GTV大于3D IRGRE序列圖像勾畫的GTV（P＜0.001），其中有5個病灶在TSE序列圖像上的GTV小于在IR-GRE序列圖像上的體積。負責勾畫的醫(yī)師評價TSE的圖像強化對比度更好。圖1展示了兩種序列所成圖像在細節(jié)上的差異。

表2 形態(tài)相似性評估

圖1 3D TSE和3D IR-GRE圖像強化區(qū)域細節(jié)比較

3 討 論

癌癥患者常發(fā)生腦轉(zhuǎn)移，尤其是肺癌、乳腺癌、腸癌患者發(fā)生率較高［11］。目前主要基于MRI勾畫腦轉(zhuǎn)移病灶，并且IR-GRE序列使用最為廣泛，指南、共識以及多個臨床試驗［12-13］均指定使用該序列。然而，若干研究［14-16］發(fā)現(xiàn)，TSE序列圖像的釓造影劑對比度優(yōu)于IR-GRE序列的圖像，對發(fā)現(xiàn)和定義病灶范圍更有利。不過上述研究［14-16］均基于德國Siemens公司的MRI掃描儀以及其序列。2020年發(fā)表的指南［17］推薦在腦轉(zhuǎn)移病灶的評估和隨訪中使用TSE序列的圖像。本研究使用荷蘭Philips公司的MRI掃描儀和配套序列，得到與既往研究［14-16］一致的結(jié)果，支持指南［17］的推薦。

MRI圖像中影響強化區(qū)域?qū)Ρ榷鹊囊蛩赜性S多，如血腦屏障超微結(jié)構(gòu)特征［18］、造影劑濃度和弛豫特性、主磁場強度［19］、成像技術(shù)等。本研究主要關(guān)注成像技術(shù)，也就是回波序列的影響。原理上，TSE序列的造影劑對比度強于IRGRE序列，可以更好地顯示造影劑濃度較低的區(qū)域。由此可以解釋在本研究中使用IR-GRE序列勾畫的GTV比TSE序列小12.17%。此外，DSC、質(zhì)心偏移表明兩組GTV的空間分布存在一定差異。質(zhì)心偏移整體較小，但是最大達到1.1 mm，這可能是由于IR-GRE序列對磁場不均勻性更敏感，從而呈現(xiàn)較大幾何失真，造成GTV整體的偏移。盡管缺乏組織標本作為客觀標準，但是TSE序列有更好的造影劑對比度，且對磁場不均勻性相對不敏感，讓我們有理由認為使用TSE序列所得圖像勾畫GTV相對更準確。

本研究的發(fā)現(xiàn)有一定臨床意義。有研究［20］表明，腦轉(zhuǎn)移灶經(jīng)SRT后的局控率與GTV的處方劑量覆蓋率（D98%）顯著相關(guān)。確保覆蓋率的一種直接方法是在GTV范圍的基礎(chǔ)上增加外放邊界生成計劃目標體積（planning target volume，PTV）。然而額外的邊界會增加正常腦組織的受照量，提高放射性腦損傷的發(fā)生概率。No?l等［21］對比了0與1 mm邊界，發(fā)現(xiàn)1 mm邊界提高了局控效果，而毒性并未顯著增加。與此相對，另外兩項研究［22-23］分別對比了0和2、1和3 mm邊界，發(fā)現(xiàn)額外的邊界增加了毒性而未顯著改善局控效果。影像的對比度差異可能是造成不同研究結(jié)果不一致的原因之一。提高病灶影像對比度一方面可以提高同類研究中GTV勾畫的一致性，另一方面可以減少必要的外放邊界，降低正常腦組織毒性。

本研究存在一定局限性。首先，樣本量比較有限，結(jié)果的可靠性需要更大樣本量研究的驗證。第二，本研究僅包括肺癌、乳腺癌的腦轉(zhuǎn)移患者，對其他原發(fā)類型仍需探索。第三，TSE序列和IR-GRE序列圖像不在同一時間點采集，可能會影響病灶的對比度比較［24-25］。理論上，要完全消除這種影響需要掃描兩次圖像，并使兩次的造影劑注射時間及掃描時間間隔保持一致。但這會導致患者接受額外的造影劑劑量，不符合倫理要求。本研究為將時間間隔的影響降至最小，掃描在注射造影劑5 min后再進行，且兩種序列的先后順序隨機。最后，本研究未評估不同勾畫人員、不同勾畫軟件、不同磁場強度及不同廠家生產(chǎn)的MRI儀對結(jié)果的影響。

MRI圖像是放射治療中確定腦轉(zhuǎn)移病灶范圍的主要依據(jù)。本研究發(fā)現(xiàn)不同的MRI技術(shù)會使勾畫的病灶大小及范圍產(chǎn)生差異，因此使用SRT治療腦轉(zhuǎn)移瘤的中心應(yīng)考慮MRI技術(shù)的選擇。