管癌大体肿瘤靶区勾画中的应用价值
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343
胸部肿瘤
磁共振弥散加权成像在食管癌大体肿瘤靶区勾画中的应用价值
侯栋梁
时高峰高献书
李雪迎刘辉王亚宁
李月考王琦刘俊峰刘庆熠
剜月平姚晨周志国乔学英
【摘要】用价值。方法
目的探讨磁共振弥散加权成像(DWMRI)在食管癌大体肿瘤体积(GTV)勾画中的应
29例行根治性食管癌切除术的食管鳞癌患者术前行常规cT、T2聊下MRI及
DWMRI(弥散敏感梯度b=400、600、800s/mm2),分别在上述3种图像上勾画GTV。测量3种方法GTV长度并与术后标本上测量的病变长度比较,以确定最佳方法和条件,并计算该条件下外扩范围满足GTv照射要求的患者比例。利用放疗计划系统的图像融合功能将不同b值下DWMRI图像与cT图像融合,验证融合图像上勾画GTV的可行性。结果cT和T2ⅥⅡ下MRI图像上测量的GTV长
度和标本上测量的病变长度差值分别为3.368蚴和2.84
mm;b=400、600、800
s/舢2时DWMRI图
像上测量的GTV长度和标本上测量的病变长度差值分别为0.47、一0.47、一1,53mm,其相关系数分别为0.928、0.927、0.938。DWMRI与cT图像在放疗计划系统中能很好融合,融合图像上食管癌病变两端分界清晰。结论DWMRI能比较准确显示食管癌GTV长度和位置,利用放疗计划系统的图像融合功能可将DWMRI与cT图像进行融合并用于食管癌G1V勾画。
【关键词】食管肿瘤;磁共振弥散加权成像;靶区勾画
ofdiffusion-weightedmagneticimagingingrosstumorvolume
delineationofesophagealsquamouscellcarcinomaHOUDong-liang+,SHIGao垂ng,GAOXian—
Theapplicationvalue
shu,12Xue-ymg,U(/Hai,WANGping,YAOthen,ZHOUFirst
rcsomce
Zhi guo,凹D
Ya ning,12‰岳册,WANGqi,L1UJun币ng,LIUOing一一,LIU№
Xue—y,ng."Department矿Radiation
Oncology,Peking
UnitJers蚵
Hospital,Beijing100034,China
Xian.shu,Email:xsga0777@hotmail.00m
Toanalyzetheapplicationvalueof
CorrespondingallJhor:GA0
diffusion-weightedmagneticresonal'lceimaging(DWMRI)ingrosstumorvolume(GTV)delineationofesophagealsquamouscellcarcinoma(SCC).MethodsTwenty—ninepatientswithesophagealSCCt”aIedwithradicalsurgerywereanalyzed.RoutineCT¥ea/1,MRIT2一weightedandDWMRlwereemployedbeforesurgery.;diffusion-sensitivegradiem
b-valuesweretaken400.600and800s/mm2.GTVs
were
【Abstract】Objeetive
delineatedusingCT,MRIof
Tz weightedimages
images
W¥8
andDWMRIunderdifferentb—valueimages.Thelengthcompaizdwiththeplanningsystem
to
C7Ⅳs
accurate
measuredunderdiffemnt
pathologicallength
fuse
DWMRl
andconfirmthemostandCTimages
to
imaging
condition.Useradiotherapy
on
images
investigatethepossibilityofdelineateGTVs
缸ed
images.Results
The
differenceofGTVlength
valuebetween
CT,T2Ⅵimagesandspecimen
Wag
nlm.Whenb=400,600and800s/ram2,thedifferencebetweenGTVlengthvalueon
theDWMRIimagesandonspecimenWaS0.47nlm,-0.47aimand一1.53mm;thecorrelationcoefficientofthemeasufingesophageallengthsonDWMRIimagesandthepathologicallengthsWaSo.928。0.927and
3.36mlnand2.84
0.938.DWMRIimagesandCFimagescouldfuseaccuratelyOnradiotherapyplanningsystem.GTVmargin
DWMRIimagescandisplaytheesophagealcarcinomacould.showclearlyonfusedimages.Condusions
lengthsandmarginaccurately.WhenDWMRlimagesfusedwithCTimages,GTVniacincouldshow
clearly.it
can
beusedtodelineateGrrv
accurately.
i'esOllallCe
【Keywords】
delineation
Esophagealneoplasms;Diffusion weightedmagnetic
imaging;Target
DOI:10.3760/cma,j.issn.1叫221
乔学英)
2012,04.016
基金项目:国家自然科学基金(81072017/H1617)
作者单位:100034北京大学第一医院故疗科(侯栋梁、高献书)。医学统计室(李雪迎、姚晨):河北医科大学第四医院影像科(时高峰、刘辉、王亚宁、李月考、王琦),胸外科(刘俊峰、刘庆熠)。病理科(刘月平).放疗科(周志国、
通信作者:高献书,Email:xsga0777@hotmail.cⅢ
CT是目前最为常用的勾画食管癌大体肿瘤体
积(gross
tumor
volume,GTV)的影像学手段,但其在
评价食管病变长度方面常高估¨引。磁共振弥散加
权成像(diffusion weightedimaging,DWMRI)属于
MRI技术一种,可对病变内部水分子弥散状况进行定性和定量分析,以反映病变组织结构特点和细胞膜完整性等微观变化口。。笔者对cT、T:wI下MRI和DWMRI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,探讨DWMRI图像指导食管癌GTV勾画的准确性,为食管癌精确放疗GTV勾画提供较为准确影像学手段。
材料与方法
1.一般临床资料:2010年10月至2011年1月间行食管癌根治术的食管鳞状细胞癌患者29例,男22例,女7例,年龄46~68岁,中位数57岁。病灶位于胸上段7例、中段12例、下段10例。术前均经细胞或组织病理学确诊,术后病理高分化鳞癌5例,中分化鳞癌18例,低分化鳞癌6例。所有患者术前未行任何治疗,CT、MRI及DWMRI图像资料完整,
临床及病理资料完整,无影像学检查及手术禁忌证。
2.CT扫描和GTV勾画以及长度测量:应用GE
lightspeed
Pr032平扫CT前12h禁食水,常规行空
腹检查。患者取仰卧位,在平静呼吸状态下吸气末屏气进行扫描,5mm层厚,5mm层间距。扫描上界自胸骨上隐窝胸廓入口处,下至肝脏下缘或平脐层
面。以食管壁厚度超过5mm和不含气食管直径>
10
mill、食管壁局限性或全周性增厚,和(或)伴有局
部管腔不规则狭窄为标准勾画GTV。轴位图像上根据cT图像GTV层面数目计算长度。
3.MR扫描和GTV勾画及长度测量:采用GE
SignaHDe
1.5T行常规T2wI下Mm和DwMRI扫
描,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。心电门控横断面SE-T.WI,
TE=12.0MHz,层厚5him,层间距0.5
mm。FOV
36~38
cm,矩阵320×192,采集次数2;FSE.T2WI,TE=12.0MHz,层厚5mm,层间距0.5
mm。FOV
36—38
cm,矩阵320X224,采集次数3。弥散成像
参数:横断面,单次激发SE,EPI采集,TIt=2450
MHz,TE=50.3—67.8MHz,层厚5mm,层间距0
nLrfl,FOV44-48
cm,矩阵128×128,采集次数4;弥
散敏感梯度分别取b=0、400、600、800s/mm2,弥散
方向=3,屏气状态下扫描,T:WI图像上以管壁厚度>5mm作为GTV勾画标准。DWMRI图像上高信
号区为GTV范围,T2wI下MRI和DWMRI图像均在轴位图像上根据病变层数计算病变长度。
4.大体标本的处理和病变长度的测量:29例患
者均行颈右胸腹三切口食管癌根治术,术中切断食管前在体内原位测量需要切除的食管长度并做标记,标本切除离体后立即将食管沿肿瘤主体对侧纵
向剖开、展平,用大头针固定于木板上,根据术中标
记点将标本牵拉复原到术中测量长度。此时测量大体标本上肿瘤长度并记录。
5.图像融合方法:DWMRI图像不能用于放疗计划的制定,需要应用计划系统图像融合功能将DWMRI图像与CT定位图像进行融合。图像融合
后在DWMRI图像上勾画的GTV会自动映射在CT图像上,利用CT图像进行放疗计划的制定。由于
DWMRI图像的空间分辨率有限,不能清晰显示图像解剖结构;为解决与cT图像融合时参考点选择问
题,患者行CT和MRI扫描时将一标记点置于体表
正中线和两侧的锁骨中线相同位置。该标记点CT扫描显示高密度,T。wI、T:wI下MRI扫描均显示高信号,可作为不同图像进行融合的参考点H】。患者重复体位扫描并采集图像,将图像数据采集后传人放疗计划系统,应用计划系统图像融合功能将DWMRI与cT图像进行融合,图像融合后在DWMRI图像上勾画的GTV会自动映射在cT图像
上。
6.统计方法:用SPSS14.0软件计算不同影像
学图像上外扩不同长度范围满足GTV照射要求的
患者比例,对不同影像学测量GTV长度与术后标本病变长度行Pearson法相关分析,不同b值的DWMRI图像GTV测量长度与术后标本病变长度的
一致性评估采用B/and-Altman分析方法。P<0.05为差异有统计学意义。
结
果
1.GTv长度与术后标本病变长度差值及相关性:3种图像上测量的GTV长度和术后标本的病变长度差值以及相关性结果见表1。
2.不同b值条件下DWMRI图像上测量GTV长
度的一致性Bland-Altman分析:将测量值与大体标本病变长度的差值作为纵轴,将二者长度的平均值作为横轴做成散点图,结果见图1。
3.不同影像学图像上外扩不同长度范围满足GTV照射要求的患者比例:29例患者中除外1例病变存在食管憩室、l例病变包含不典型增生,结果显
生生照盟跬噩堂垒盎垫12生!旦苤21盎蔓!强£!!』8型!!!旦e!止』!垃垫!!,!!!型:!!:!
袭1
29例食管鳞癌患者不同图像测量的大体肿瘤体积长度
癌病变的分界(图2b)。食管癌病变上与术后标本病变长度差值的Pearson法相关分析(z±s)
下端界限在CT图像上很难判断(图3a、
图3c),但在DWMRI图像上可清晰显示
(图39、图3i箭头处),且融合后图像上仍能显示病变上下两端(图3j、图3l箭头处);图3b、图3e箭头所示为标记点位置。
表2
27例食管鳞癌患者不同影像学图像上
大体肿瘤体积外扩不同长度满足放疗要求的
示在b=400、600、800s/ram2时DWMRI图像上分别患者分布[%(例)]
外扩6、8、6mm(病变两端分别外放3、4、3ram)可塑[量壁!竺竺1
使96%患者获得满意的GTV照射范围,详见表2。
2
4
6
8
10
cT图像78(21)78(21)81(22)89(24)89(24
T2w1下MRI图像85(23)89(24)93(25)93(25)93(25弥教加权MRI图像
.
●
。。
b=400引(22。。。.*.。。。
89(24
96(26)96f26)
IOO(270.
b=60074(208“2289(24)96(26)
100(27
一。
。B
尹
6
。
b=800
8“22
85f23
96(26)
100(27)100(27
-
a
●
j
.
口
一
’
●
口。。。。‘。。
d。
。
r
●
口
々
订论
口
同期放化疗已成为食管癌治疗的标准治疗方案之一,而准确勾画肿瘤靶区义是食管癌精确放疗的戈键‘”。有研究报道了胸中、下段食管鳞癌及贲门
癌放疗临床靶体积的范围.但对GTV范围的确定也
。。∞弋。 。
B
较困难。。虽然内镜及食管钡餐造影等检查手段
。。
能比较准确显示食管癌GTV长度,但由于很难找到病灶匹配点而无法融合到制定放疗计划的cT图像上,因此不能直接用于GTV勾画。PET.CT虽然在
肿瘤靶区勾画方面得到一定应用,但由于不同机器
平均值
和不同研究中心SUV阈值选择不同,同样也影响病田I
29例食管鳞癌患者不同b值的弥散加杈MRI图像上测量的
大体肿癌体积长度与术后标本病变长度的Bland-Ah啪n法一致性
变测量的~致性。cT是目前勾画食管癌GTV最常分析(1a、lb、lc分别为b=400、600,800∥mm2时结曜;横轴平均值
用的影像学手段,但存在以下几个问题:(1)CT图为两种方法之和除2,纵轴为两种方法差值;实线为差值的均值,虚
像上很难区分病变和正常食管壁分界。食管癌患者线为差值的甜%一致性界限)
的癌灶局部和周围多伴有溃疡、水肿,而炎症性管壁4.图像融合结果:cT和T:wI图像上不能清晰增厚可导致CT显示的病变长度大于实际长度;(2)
显示食管癌病变两端的界限.而DWMRl图像上食当患者合并食管静脉曲张、各种原因导致的食管痉
管癌病变显示为高信号,病变两端显示清晰(图挛时,也会出现食管壁的非炎性、非肿瘤性增厚。”;2a);DWMRI和CT融合图像上也能清晰显示食管
(3)年龄、性别、饮食结构及饮食习惯均会不同程度
圈3禽臂艏患看小1q彩像订法硅小的大体胛熘谇秘惯肿倥嘲像不刎【3a、孙.h为cI幽像.3d.je.Ⅲ为LWIrMtil斟像,39、jh、jl刀弥靓加权MRI图像.3J、3k、31为弥敬加舣MRI与cT融合图像。h、3d、39、卸为最上端层面.3b、3e.3h.3k为最大层面.3c、3f、3i、31为最下端层面;
图像内箭头为病变处.图像外箭头为标记点位置)
影响食管管壁的厚度。因此利用CT勾画GTV在判断病变长度和肿瘤具体边界位置方面尚不准确。常规MRI序列确定食管癌GTV长度也不准确,原因如下:(1)MRIT.WI图像上食管肌层与肿瘤不易区分,常造成病变侵犯范围判断不准确;(2)T:Wl图像上肿瘤与邻近的水肿组织均呈高信号,也不能准确判断病变的具体范围。本实验数据提示T2WI下
食管癌病变部分会呈现高信号,而非肿瘤部分无信
号,因此更能准确反映食管癌病变范围和边界。DWMRI成像手段在脑”“、肝脏Ⅲ4“、肾脏”“、直肠”“和盆腔等器官””肿瘤的定性诊断及疗效判断等方面的研究已有报道,但胸部器官易受心跳和呼
吸运动伪影影响以及肺部含气组织对DWMRI图像
质量的影响,因此DWMRI在胸部肿瘤中的研究尚未见报道。
MRI图像上勾画的食管癌GTV长度与cT图像上结
果类似,常高估GTV长度。
随着MR硬件设备进步缩短了扫描时间,提高
了扫描速度,使心跳和呼吸运动导致的运动伪影明
DWMRI序列用于肿瘤研究方面,是利用肿瘤组
织和正常组织的结构和细胞密度等差异以及这种差异造成水分子弥散状况变化使产生的信号不同来诊断肿瘤””;DWMRI图像,I-高信号范围间接反映了肿瘤组织范围。虽然行胸部增强cT或增强MRI扫描时,食管癌组织的强化程度大于正常食管管壁程度,但二者间对比程度远没有胸部DWMRI图像上那么强烈;并且增强cT或MRI图像上癌组织周围炎性病变也会有不同程度增强,更容易导致高估食管癌病变范围。DWMRI图像扫描无需注射对比剂,
显降低;图像信噪比的提高降低了肺部气体对图像
质量影响,明显提高了图像清晰度;这样使MR技术在胸部的应用得到拓展,也为本实验的进行提供了基础。本研究行DWMRI检查时应用心电门控技术来尽量避免心脏搏动造成的伪影,让患者屏气状态下扫描来尽量避免呼吸运动伪影对胸部MRI影响。已知b值越高对水分子扩散运动越敏感、T2穿透效应和器官运动以及血流灌注等作用越小,但图像清
晰度降低、磁敏感伪影和图像几何变形较重且成像
生堡越盟艘瘤堂盘查垫12生2旦蔓21鲞箜!翅g坠!』壁趟型堕型,』出垫12:!堂:!!。塑!:!
时间会相应延长,图像信噪比会下降;b值越低则相
反。常规脑组织DWMRI的b值一般选择在800—
1500
f/roB2,而在体部b值多选择<1000
s/mm2【1舡19。。本研究选择不同b值进行食管
DWMRI扫描结果提示DWMRI图像上测量食管癌GTV长度与术后测量的标本病变长度有较好相关
性,b值为600、800s/ram2时DWMRI图像上常低估病变范围,容易导致靶区过小,造成肿瘤照射范围不
够或漏照;并且随着b值增大扫描时间延长,进而使患者屏气困难而增大了扫描难度。因此本研究认为在进行食管DWMRI扫描时,选择b值为400
s/mm2
较为合适。
DWMRI图像的空间分辨率有限,不能清晰显示
图像的解剖结构,也不能直接用于放疗计划的制定。
因此,必须将DWMRI图像和CT图像进行融合才能
实现靶区勾画和放疗计划制定。放疗计划系统的图像融合功能可将CT和MRI图像进行容积重建,人
工根据参考点进行基准层面的手动融合,其余层面会自动进行插值融合处理。通过这种图像融合的方式,很好锯决了DWMRI和cT图像融合问题,融合图像质量良好,食管癌病变与正常食管分界清晰。虽然定位cT的检查床是乎板床,而DWMRI的为弧形床,并且两次扫描时患者呼吸时相也不完全一致,故而cT图像和DWMRI图像的外轮廓很难保证完全重合;但食管位于后纵隔内,纵轴长度随体位和呼吸运动的变化极小,因此CT图像和DWMRI图像上
食管癌位置和长度能基本保持一致。在有条件情况下,应尽量用同一检查床行CT和DWMRI扫描,并
且用呼吸门控装置尽量保证患者体位的完全重复。
综上所述,DWMRI图像显示食管癌GTV长度与病理结果间有良好一致性,能较准确显示食管癌
GTV长度。利用放疗计划系统的图像融合功能可
将DWMRI图像和CT图像进行融合,融合图像上食管癌病变两端分界显示清晰,在一定程度上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。
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(收稿日期:20124)3-06)
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