自MR-T2图像勾画肝细胞癌患者放疗靶区精度研究

高金龙，王海峰，李 娜，梁朝晖，张文正

放射治疗是肝细胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)重要的综合治疗方法之一，术前放疗有助于降低肿瘤分期，为手术创造条件[1-3]。术后放疗有助于巩固治疗效果，改善患者预后[4，5]，这些已成为临床共识。但放疗治疗HCC引起的不良反应日益引起了临床的重视[6]。因而精准放疗成为治疗HCC研究的热点。既往多采用CT为放疗治疗提供靶区，但其精度稍差[7，8]。近年来我院采用在MR-T2图像上勾画放疗靶区治疗HCC患者，在提高靶区勾画精度方面获得了显著的效果，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料 2019年5月～2020年5月我院诊治的HCC患者36例，男性19例，女性17例；年龄为35～65岁，平均年龄为(46.7±14.9)岁；体质指数为19.0～22.0 kg/m2，平均为(21.0±1.8)kg/m2；Child-Pugh A级12例，B级24例。均经肝穿刺组织病理学检查确诊[9]，排除Child-Pugh C级、KPS评分<70分、对放化疗不能有效配合、合并有严重的心肺基础疾病者。患者及其家属签署知情同意书。

1.2 CT图像采集 使用Philips 64排128层纳米螺旋CT进行检查。检查时，患者取仰卧位，嘱患者平静呼吸，自膈上3 cm至右肾下极进行平扫和动脉期强化扫描，强化扫描参数：120 kv，300 mAs，层厚3 mm，在患者深吸气期末屏气时采集图像。

1.3 MRI扫描 使用德国西门子MAGNETOM Symphony型MR检查，患者取仰卧位，自肺下叶至双肾下极进行T2加权像扫描(T2-weighted magnetic resonance，MR-T2)，参数设置：①T2WI：TR 3000～4000 ms，TE 96～104 ms，层厚5 mm，矩阵320×256；②呼吸触发：TR 4000 ms，TE 75 ms，矩阵160×120。

1.4 放疗靶区勾画 在CT和MR-T2图像上，勾画大体肿瘤体积(gross tumor volume，GTV)，再将MR-T2图像中的GTV形变配准至CT各时相图像，记录GTV，分别将形变配准前后的GTV融合为大体内靶区(internal gross tumor target volume，IGTV)，以内靶区作为计划靶区(planning target volume，PTV)。

1.5 图像形变配准 应用MIM Soft公司Pinnacle3©7.0工作站软件进行形变配准。自动形变配准：分别以CT和MRI作为参考图像和目标图像，采用整体粗配准法，将MRI图像中勾画GTV映射致CT图像中。Reg Refine图像形变配准：在自动形变配准完成的基础上，利用MIMv6.0.5.6工作站软件中Reg Refine工具在感兴趣区(region of interesting，ROI)进一步行手动配准。

1.6 效果评估 以MR-T2图像上肝脏体积/CT图像上肝脏体积评估CT和MR-T2图像形变配准精度。依据CT和MR-T2图像勾画门静脉和腹腔干动脉，以门静脉和腹腔干中心致其三维方向的最大位移评估配准精度(x:横断面左右方向，y:矢状面垂直方向，z：冠状面前后方向)。计算肝脏体积交叠度。先根据CT和MR图像勾画肝脏，分别计算肝脏在CT图像上的体积(VCT)和肝脏在MR-T2图像上的体积(VMR-T2)，肝脏体积交叠度=(VCT/VMR-T2)×100%。记录2%、50%、95%和98%PTV体积的受照剂量，分别记为D2、D50、D95和D98。正常肝脏接受5、10、20、30和40 Gy照射剂量的体积与正常肝脏体积的百分比被记录为V5、V10、V20、V30和V40。

2 结果

2.1 HCC患者CT和MR-T2典型影像学表现 HCC患者CT和MR-T2典型形变配准表现见图1。形变配准后图像勾画见图2，配准前后靶区受照剂量学分布见图3。

图1 HCC患者腹部CT和MR-T2表现及解剖标记点评估A：门静脉期CT表现，可见PTV区呈等密度，周围有环状高密度影；B：门静脉期MR-T2图像，可见PTV区呈低或稍低信号

图2 CT与MRI图像形变配准后横断位肝区表现 在Reg Refine局部锁定后，蓝线为PTV，红线为GTV

图3 HCC患者腹部CT横断面剂量分布 绿线为配准前PTV，蓝线为自动形变配准后PTV，红线为Reg Refine配准后PTV

2.2 CT与MR-T2图像配准精度比较 本组36例HCC患者CT显示肝脏体积为(1993.8±850.4)cm3，MR-T2显示体积为(2062.7±793.6)cm3，肝脏体积交叠度为(108.9±15.5)%；自动形变配准与Reg Refine配准位移比较，结果显示Reg Refine配准后门静脉和腹腔干动脉x、y和z三维方向位移较自动形变配准显著缩小，差异均有统计学意义(P<0.05，表1，表2)。

表1 配准前后门静脉三维方向位移比较

表2 配准前后腹腔干动脉三维方向位移比较

2.3 形变配准前后肿瘤体积比较 形变配准后36例HCC患者GTV和IGTV显著大于形变配准前，而PTV显著小于形变配准前，差异均有统计学意义(P<0.05，表3)。

表3 形变配准前后肿瘤体积比较

2.4 形变配准前后靶区受照剂量比较 形变配准前与形变配准后PTV肿瘤靶区D2、D50、D95和D98剂量比较，差异均无统计学意义(P>0.05，表4)。

表4 形变配准前后靶区剂量比较

2.5 形变配准前后肝脏剂量学指标比较 形变配准后肝脏V5、V10、V20、V30和V40受照剂量显著低于形变配准前，差异均有统计学意义(P<0.05，表5)。

表5 形变配准前后肝脏剂量学指标比较

3 讨论

将立体定向放疗用于Ⅲa期HCC患者的治疗，其临床症状得到显著缓解，肿瘤体积缩小[10-13]。目前，有关放疗剂量的问题，临床仍尚无定论。临床认为放疗剂量应以提高靶区局部放疗剂量，而尽量减少周围正常组织受照剂量为原则[14]。近年来，随着计算机和三维适形放疗技术的进步，采取放疗治疗HCC的效果和安全性得到了改善[15]，但如何进一步提高放疗精度仍是临床关注的热点。

根据呼吸信号进行CT容积扫描以获得肿瘤靶区和周围邻近器官的CT图像是目前临床勾画肿瘤靶区的主要依据[16，17]。但CT扫描强化时机不易掌握，病灶边界模糊[18]，可能影响图像质量，导致靶区勾画精度降低。MRI分辨率较高，较CT更具有优势[19]。既往已有报道将MRI用于指导食管癌和肺癌等放疗。因而，如何将MRI图像的勾画优势与肿瘤位移相结合，提高靶区勾画精度成为进一步改进放疗技术的研究方向。形变配准是利用转化算法处理影像图片，以更加精确地勾画肿瘤靶区和邻近组织，提高放疗的安全性。肝癌肿瘤靶区在MRI上呈高信号，与邻近组织形成显著差异，为精确勾画靶区创造了条件。研究还发现T2加权像优于T1图像。因而，本研究将MR-T2图像的靶区形变到CT图像，将CT时相反映的靶区运动信息与MRI勾画精度相结合，实现优势互补。本研究显示经Reg Refine配准后门静脉和腹腔干x、y和z三维方向位移较自动形变配准显著缩小，提示将MR-T2用于HCC患者的放疗有助于减小位移，提高靶区勾画精度。