CT/MRI融合图像在盆腔肿瘤放疗靶区勾画中的应用

张海南，汤日杰，张书旭，蔡霜

广州医学院附属肿瘤医院 a. 放射科；b.放疗中心，广东 广州 510095

目前盆腔肿瘤的精确放疗定位主要采用CT扫描图像，但CT图像虽能较好地反映骨组织的情况，对软组织的显示仍然欠佳。MRI能提供良好的软组织影像，可清楚地辨析肿瘤和周围组织的侵及范围，在判断盆腔肿瘤及其周围组织的关系上明显优于CT。将CT和MRI的优势相结合，形成CT/MRI融合图像，应用于精确调强放疗计划设计，是当前医学图像应用的热点和难点。本文研究项目对医学图像融合及其盆腔肿瘤精确调强放疗计划肿瘤靶区(Gross Tumor Volume,GTV)设计方面作了一定量的研究，分析如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2010年2月~10月在本院就诊并行手术前或化疗后放疗的患者19例，均符合放疗指症。其中男7例，女12例，中位年龄49.5岁。其中4例前列腺癌并盆腔淋巴结转移；4例低位直肠癌；3例诊刮报告子宫内膜癌；8例宫颈活检证实宫颈鳞癌。对患者行盆腔CT、MRI检查和定位，根据检查数据制定放疗方案。

1.2 图像获取

使用GE公司的64排螺旋CT机，扫描参数和方法如下：120kV 、400mA、Tile：0.0、层厚5mm、螺距：1.375:1、窗位：W300、L40，行常规和增强扫描[1]。患者于扫描前先行模拟定位机下真空袋固定定位，用铅材料设定定位标志点并与CT扫描定位保持一致；扫描范围包括耻骨联合下缘5cm到髂前上棘上5cm；扫描前行清洁灌肠准备并先排空尿液后喝含少量CT对比剂的温开水300mL，及遵医嘱服用适量阿托品类药物以减少胃肠的蠕动；20min后行CT平扫加增强扫描，使用100mL碘佛醇注射液对比剂，一般设在上午完成。

MRI扫描使用飞利浦Achieva 1.5T磁共振扫描仪，患者采用真空袋固定定位，用鱼油材料设定定位标志点,扫描范围也与CT定位保持一致。一般CT定位扫描后第二天相同时段准备，扫描前行清洁灌肠准备并先排空尿液后喝温开水300mL，15min后行MRI序列扫描，使膀胱充盈度与CT基本保持一致，并保持减少胃肠的蠕动，便于图像融合；使用钆双胺注射液对比剂，服用适量阿托品类药物以减小胃肠的蠕动；获取T1、T2横断位和WAVE增强抑脂3D扫描图像。

1.3 图像后处理及评价

先取出CT和MRI盆腔肿瘤数据在专用电脑中采用自主开发的相似性图像重建软件行图像预处理。预处理后的二源数据行图像融合全局刚性变换、仿射性变换配准和局部相似性图像非线性变换配准；融合配准后的图像数据输入飞利浦公司PINNACLE V8.0放射治疗计划系统进行图像融合与肿瘤靶区勾画。通过对体模的实体、CT图像上和MRI图像上的体模影像的测量，数值误差都小于1mm，故无需对融合图像进行纠正。

1.4 肿瘤靶区勾画及测量

运用飞利浦公司PINNACLE V8.0放射治疗计划系统，分别依据CT、MR及CT/MRI融合图像勾画肿瘤靶区。勾画靶区时CT窗宽窗位为W300、L40，MRI窗宽窗位为W600、L400。勾画时以肿瘤边缘为基准，由同一医生勾画完成。在飞利浦PINNACLE V8.0放疗计划系统上依据CT、MRI勾画的肿瘤靶区和依据融合图像勾画的靶区的体积分别记录为GTVCT、GTVMRI、GTVFUSION。

1.5 评价方法[2]

GTVFUSION：同时参考两种图像得到的GTV；GTVCT-MRI：CT靶区除去CT 和MRI共同的部分体积；GTVMRI-CT：MRI靶区除去CT和MRI共同的部分体积。

GTVCT和GTVMRl在GTVFUSION 之中所占比例可衡量两种图像模式的优缺点。GTVCT-MRI是指在CT上可看到的靶区而在MRI上不能看到，GTVMRI-CT是指在MRI上可看到的靶区而在CT上不能看到。这两种差值结果大小可反映误差大小或者说丢失靶区大小，因此理想情况下会得到以下结果[3]：GTVFUSION/GTVCT=1或GTVFUSION/GTVMRI=1；GTVCT-MRI=0或GTVMRI-CT=0。

2 结果

GTVMRI、GTVCT、GTVFUSION的平均值分别为89.95cm3、94.65 cm3、100.60 cm3。GTVMRI 相对 GTVCT 降低了 5.23%，GTVFUSION相对GTVCT提高了6.29%，GTVMRI提高了11.84%。GTVCT-MRI、GTVMRI-CT平均值分别为23.35 cm3、12.65cm3。GTVMRI-CT平均占 GTVMRI的 14.06%，GTVCT-MRI占GTVCT的24.67%。

3 讨论

目前CT和MRI的应用使肿瘤的诊断和分期准确性大大提高，同样对于放疗计划临床靶区的确定有非常大的帮助。一般认为CT比MRI能更好地反映骨质破坏情况。CT图像有其自身的优点，图像定位一般不发生畸变，可通过CT值转换为电子密度行剂量计算；而MRI由于磁场干扰或磁场非均匀性的影响，在图像边缘易产生畸变可能，磁共振成像也会产生位移现象，造成图像失真，降低了MRI定位的精确度，容易引发各种并发症[4]。但MRI对软组织的观察比CT有较大的优势，MRI能把肿瘤从周边肌肉与血管中区别出来，对肿瘤进行明确定位、并勾画出肿瘤与受侵临近组织交界面[5]。

医学图像融合(Medical Image Fusion，MIF)就是把多方面的医学图像数据协同应用，将多原信息进行有机组合，扬长避短，互相完善，以提高医学图像的可靠性、稳定性和容错能力。如MRI与CT融合方法就可以更精确地确定肿瘤靶区和关键器官，一方面利用MRI影像信息来确定靶区和正常组织，另一方面利用相应的CT值来计算剂量。在实施时，手动融合方法误差较大，自动融合方法可以避免主观因素造成的操作者间的误差，使得影像融合更加准确[6]。

本研究发现，在CT、MRI图像上和CT/MRI融合图像上的肿瘤靶区体积是不一致的，原因考虑有以下几点：

（1）CT图像对软组织分辨率低，无法准确区分病变边界，造成医师勾画靶区偏大，而MRI图像在软组织内比较明确地分辨出肿瘤的浸润范围，使得一些比较早期的肿瘤进行图像融合后肿瘤体积较单纯行CT扫描时缩小。由于图像融合中软件和定位体位等方面的误差，导致两者靶区体积的不一致。

（2）对一些较复杂的部位(如骨与软组织交界区域)，由于CT及MRI各自成像的特点与局限性，导致两者形成互补关系，最终造成CT、MRI图像和CT/MRI融合图像的肿瘤靶区体积不一致[7]。

（3）对于较小的转移淋巴结，CT图像容易被其他器官遮盖而遗漏；对于较小的骨转移病灶，MRI图像则因不敏感而遗漏；CT/MRI的融合图像则取CT或MRI的长处而补其各自的短处而致CT、MRI图像和CT/MRI融合图像的肿瘤靶区体积不一致。

由于上述原因，在盆腔病变中CT/MRI融合图像上的肿瘤靶区体积往往要大于单一的CT或MRI图像上的肿瘤靶区体积，而通过将CT与MRI两者图像相融合，可以最大限度减少肿瘤靶区的遗漏，以进一步提高其局控率。本研究初步证实，CT与MRI融合图像在显示肿瘤与骨盆的关系和肿瘤与血管的关系两方面优于原始CT或MRI图像。本组19例盆腔肿瘤分别使用3种方式勾画靶区，结果发现CT/MRI融合图像组的平均肿瘤靶区体积始终较单纯CT或MRI图像上勾画的平均靶区体积要大，且具有统计学意义，分析原因考虑由于融合后提供了更多的图像信息，所以医师勾画靶区具有更高的准确性和一致性。

综上所述，医学图像融合技术在盆腔肿瘤的放疗计划设计中提供了肿瘤病灶组织的分布情况细节，提高了肿瘤诊断灵敏度和定位准确度，从而达到优化照射剂量，提高治疗效果，减少并发症和肿瘤的复发率。同时，这些医学融合图像也可用于放疗效果评估和肿瘤复发的监测，应加以推广。

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