磁共振弥散加权成像在食管癌放疗中的应用价值

佘明金，程蒙蒙，丁小格，施 佳，邢海燕

食管癌是常见的恶性肿瘤，手术治疗与放疗一直是其主要治疗方法。为不适宜手术治疗或不能耐受化疗的患者制定最有效的放疗方案已成为临床研究的重点问题[1]。食管原发肿瘤大体体积(gross tumor volume，GTV)长度的准确性是影响食管癌放疗效果的主要因素。目前，确定食管癌放疗GTV长度主要借助于各种影像手段，包括食管X线片、胸部CT、胃镜、超声胃镜及PET-CT等。弥散加权成像(diffusion weighted imaging,DWI)是一种新的MR功能成像技术，其在中枢神经系统的应用比较成熟，对超急性期脑梗死的诊断价值已经得到肯定，然而DWI在其他部位的应用尚处于研究阶段。有研究表明，与CT和常规MRI相比，DWI可以更加精确地显示食管鳞癌的长度范围[2]。本研究利用CT/ DWI图像对食管鳞癌患者进行靶区勾画，旨在探讨DWI在食管癌放疗中的应用价值。

1 对象与方法

1.1 对象 选取2017-08至2018-12我院收治的食管癌患者。入选标准：(1)经病理证实为鳞状细胞癌；(2)初诊患者；(3)放疗前均实施常规内镜检查和普通钡剂造影，Karnofsky功能状态评分(KPS评分)≥80分；(4)拟行根治性放疗。排除标准;(1)心肺功能不正常；(2)有放疗及MRI检查禁忌证；(3)相关影像学检查发现远端转移。共26例患者入选，其中男21例，女5例；年龄49～85岁，中位年龄72.2岁；发病部位，胸上段7例，胸中段9例，胸下段10例。所有患者均签署知情同意书。

1.2 方法

1.2.1 定位CT扫描 所有患者在定位CT扫描前12 h禁食水，采用大孔径16排CT模拟定位机(荷兰PHLIPS公司生产)扫描，热塑体膜固定，在体表同一横断面上(左右均一个，前面一个)放置定位标记点，此标记点为4 mm的球形鱼肝油胶囊，中心注入碘普罗胺注射液(拜耳医药公司)，并在标记点同一只位置体表用mark笔做标记。患者取仰卧位，平静呼吸状态下吸气末屏气进行扫描。扫描范围上界自胸骨上隐窝胸廓入口处，下至肝脏下缘或平脐层面。扫描条件：球管电压140 keV，电压100 mA，矩阵512×512，层厚5 mm，层间距5 mm，静脉注射碘普罗胺注射液进行增强扫描，扫描完成后将图像传入TiGRT放疗计划系统(美国LinaTech公司)。

1.2.2 MR DWI扫描 行定位CT结束后立即行MRI扫描。采用德国西门子 3.0T MAGNETOMTrio Tim 磁共振扫描仪，行常规MRI T1WI、T2WI和DWI扫描，患者仰卧位，扫描体位同CT，采用与CT相同的层厚和视野，于CT扫描标记点下有mark标记处放置定位点标记。采用体部线圈，应用心电门控技术尽量避免心脏搏动造成的运动伪影，应用呼吸门控技术在吸气末屏气扫描。扩散成像参数：横断面，单次激发自旋回波平面回波成像(SE-EPI)采集，重复时间(TR)2450 ms，回波时间(TE)50.3～67.8 ms，层厚5 mm，层间距0 mm，视野(FOV)44～48 cm，矩阵128×128，采集次数(NEX)4，扩散方向为3，行MR DWI扫描时扩散敏感梯度b=600 s/mm2。MR扫描结束后图像刻盘，导入TiGRT放疗计划系统。

1.2.3 靶区勾画及计划制定 将定位CT图像和MR DWI图像分别导入放疗计划系统后，利用放疗计划系统的图像处理功能将CT图像和MR DWI图像进行容积重建，为解决图像融合时的参考点选择问题，患者行CT和MRI扫描时将一标记点置于同一横断面的体表正中线和左右两侧相同的位置，该标记点CT扫描显示高密度，MRI T1WI、T2WI扫描均显示高信号，可作为不同图像进行融合的参考点。由两位有经验的肿瘤放射科医师对CT和CT/DWI两种不同图像进行食管原发肿瘤大体体积(gross tumor volume，GTV)和临床靶区(clinical target volume，CTV)的勾画，CTV外扩5 mm为PTV。诊断标准为CT图像上食管壁厚度超过0.5 cm和不含气腔食管直径大于1 cm，食管壁局限性或全周性增厚为标准。DWI图像上高信号区界定为GTV范围，在轴位图像上根据病变层数计算病变长度。同一患者在CT上勾画出靶区GTVCT，CTVCT，PTVCT；在DWI图像上以b=600 s/mm2条件下进行病变测量，分别勾画出靶区GTVDWI、CTVDWI及PTVDWI。勾画双肺、脊髓及心脏为危及器官(orgen at risk，OAR)。根据患者靶区范围，分别制定基于CT和CT/DWI的三维适形(3-dimensional conformal radiation therapy, 3D-CRT)计划方案，计划采用3-5野的3D-CRT技术，常规分割剂量为200 cGy/次，共6000 cGy。PTVCT和PTVDWI的接受处方剂量的体积≥95%，脊髓的最大剂量≤45 Gy，双肺V30≤15%、V5≤55%、Dmean≤12Gy；心脏V40≤30%、V30≤40%。

1.3 计划评估 基于0.01 Gy的分辨生成DVH，并均归一为95%PTV接受60 Gy的处方剂量，利用DVH图对两种计划的靶区接受剂量和危及器官耐受量进行统计学分析。利用TiGRT计划系统直接获取GTVCT、PTVCT、GTVDWI及PTVDWI的体积。轴位图像上靶区长度(LGTV)=重建层厚×层数。危及器官耐受量评估包括脊髓的最大接受剂量，心脏的V30、V40，双肺的V5、V30、Dmean。

2 结 果

2.1 CT与CT/DWI肿瘤靶区的比较 基于两种图像做出的治疗计划的靶区剂量分布及危及器官的耐受量均可满足临床要求。而基于CT/DWI图像的计划的LGTV、LPTV及VGTV、VPTV均小于基于CT图像的靶区长度和体积，差异有统计学意义(P<0.05，表1)。

项目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与CT/DWI危及器官体积值和耐受量的比较 基于CT/DWI图像计划的双肺平均剂量为(1112±54)cGy，明显低于CT图像(1201±25) cGy，差异有统计学意义(P=0.00)；CT/DWI图像脊髓平均剂量为(6187±79)cGy，基本与CT图像(6185±71)cGy一致，差异无统计学意义。CT/DWI图像在双肺V5、V30及心脏V30、V40与CT图像比较，差异均无统计学意义(表2)。

参数CTCT/DWIP双肺 V548.2±9.548.2±9.40.82 V3011.6±4.411.5±4.30.29心脏 V3015.2±7.315.0±7.10.31 V4012.6±6.812.5±6.70.14

3 讨 论

目前，精确放疗已成为食管癌放疗的主要治疗方式，其中GTV长度的准确勾画是整个精确放疗的核心环节。有研究发现，X线的钡餐长度与肿瘤手术标本长度较为一致[2]。X线钡剂造影下铅珠标记对食管癌放疗靶区勾画有明显的指导作用，在CT定位下可以更加快速、准确地确定病变长度和上下端的准确位置[3]。但反复操作X线的辐射和钡剂对患者影响较大，限制了临床的广泛应用。目前多数的放疗计划是基于CT影像制定的，但CT对软组织分辨能力较差，难以鉴别食管癌病变周围组织的炎性水肿和软组织浸润的肿瘤边界，容易导致靶区勾画不准确，导致正常组织受到多余的照射，影响放疗效果[4]。MRI在优化软组织图像上有较大的优势，能够对靶区勾画提供参考，使临床中GTV和OAR的勾画更为精确，从而提高肿瘤的局部控制率并降低并发症的发病率[5]。DWI是一种功能性图像模式，它反映了水在组织中的扩散运动，肿瘤细胞具有完整的细胞壁会限制水分子的运动使得病变在DWI图像显示为高信号[6]。有研究表明，对于确定恶性肿瘤病变及其功能代谢信息方面DWI有特定优势，且在食管癌中能充当成像生物标志物[7,8]。笔者认为，不同放疗医师勾画靶区的不一致性有三个原因：(1)靶区勾画标准未统一；(2)图像中肿瘤与周围正常组织的界限不清晰；(3)不同医师的经验差异。因此，将DWI与CT图像相结合相比CT图像更为直观，可以帮助放疗医师更加精准地定义靶区和OAR，可以降低正常组织剂量并提高靶区的受照剂量。同时研究结果显示DWI和CT图像融合所制作的治疗计划对于OAR有更好的保护。

侯栋梁等[9]对CT、T2WI及DWI图像上食管癌GTV长度进行测量并与术后标本长度进行比较，结果发现，DWI所测食管病变长度与术后病理标本长度最为接近，因此，DWI能比较准确显示食管癌GTV长度和位置。文献[10，11]也认为DWI技术所测食管肿瘤长度与病理标本实测长度较为接近，以b=600 s/mm2条件下病变测量信度为优，建议作为CT/DWI 图像融合的优选图像并指导食管癌靶区勾画。DWI的扫描通常在两个或者更多扩散敏感梯度b值下进行， 选取小b值时，DWI主要反映组织灌注的变化，不能直接反映组织扩散状态。所测得的ADC值不太真实，MR DWI(b值=400 s/mm2或更低时)测量病变的平均长度长于实际肿瘤。如b值=800 s/mm2或更高时，对水分子扩散运动更敏感，DWI 图像的SNR 会显著降低，磁敏感伪影和图像变形也逐渐加重，致使测量的病变长度较实际病变短[12]。刘辉等[13]研究发现,当b值=800 s/mm2时得到的磁共振扩散加权成像最适合食管癌肿瘤靶区勾画(磁场强度为1.5 特斯拉，机器型号为AVANTO)。张明等[14]认为b值=600 s/mm2时，食管癌病变的DWI图像效果最好、最稳定，能将病灶与组织扩散程度准确地反映出来。b值差异，可能与选用设备的不同及血流灌注影响的差异等有关。

本研究参照郑向东等[15]研究,采用同一机型德国西门子3.0T MAGNETOMTrio Tim 磁共振扫描仪，选取b值=600 s/mm2进行胸部MR DWI扫描，并将MR DWI图像与CT图像进行融合。两种条件下计划的剂量分布和各项参数均达到了临床处方剂量要求。根据统计分析显示DWI计划中PTV、GTV的长度和体积均小于CT计划(P<0.05)。在DWI和CT计划中双肺平均剂量分别为(1201±25)cGy和(1112±54)cGy(P=0.00),基于DWI计划的OAR平均剂量也明显低于CT计划。因此认为，DWI与CT图像融合后勾画靶区的体积更小，能更好地保护OAR。

综上所述, 利用放疗计划系统的图像融合功能可将DWI图像和CT图像进行融合，DWI与CT图像融合能准确地反映肿瘤靶区的范围,提高了食管癌靶区长度和病变范围判断的准确性，为食管癌GTV准确勾画提供参考，值得临床进一步推广应用。