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1、MRI/CT影像融合对鼻咽癌靶区勾画的影响陈建武1，潘建基2，柏鹏刚2，郑威2，张春2，陈韵彬2，蔡述华2，林少俊2, 吴君心2摘 要 研究背景与目的：调强三维适形放疗(IMRT)已越来越广泛地被应用于治疗鼻咽癌，精确勾画靶区至关重要，而MRI与CT对靶区的显示各有优势，本文旨在探讨MRI/CT影像融合对鼻咽癌靶区勾画的价值。方法：我院2006年25月接受IMRT治疗的首诊鼻咽癌患者6例，CT及MRI扫描后行MRI/CT影像融合，由3位经验丰富的高年资放疗科医师(命名为医师1，2，3)勾画鼻咽部GTV，每位医生针对CT图像(参照MRI片)及MRI/CT融合图像先后各勾画一个GTV，共生成18个
2、CT图像的GTV(CT靶区)及18个MRI/CT融合图像的GTV (MRI靶区)，研究影像融合对靶区勾画的影响。结果：1）CT靶区的平均体积为51.4cm3，大于MRI靶区的43.4cm3，大多数（66.7%）MRI靶区比CT靶区小，两种靶区在三维空间各个方向上都有差别。2）不同观察者之间所勾画的靶区有一定的差异，他们之间所勾画 的CT靶区最大与最小的差别为12cm3，而MR靶区7 cm3，而且医师1与3之间以及2与3之间在靶区勾画上的差别有显著性差异（配对t检验P分别为0.002及0.006）。3)不同医师根据MRI/CT融合图像勾画的靶区（MRI靶区），由于主观认识上的差异引起的差别小于根
3、据CT图像勾画的靶区（CT靶区）之间的差别（t检验P=0.000）。结论：1）MRI/CT影像融合影响鼻咽癌靶区的勾画；2）不同医师勾画的靶区常因主观认识上的差异而存在一定的差别；3) MRI/CT影像融合可以缩小医师之间靶区勾画的差别。关键词 MR/CT影像融合；鼻咽癌；IMRTInfluence of CT-MRI maching on tumor volume delineation in nasopharyngeal carcinomaCHEN Jian-wu1, PAN Jian-ji2, BO Peng-gang2, ZHENG Wei2，ZHANG Chun2, CHEN Yun
4、-bing2, CAI Shu-hua2, LIN Shao-jun2, WU Jun-xin2. (1) Department of Radiation Oncology, The Second Affiliated Hospital of Fujian Medical University, Quanzhou 362000, P. R. China(2)Department of Radiation Oncology, Fujian Tumor Hospital, Teaching hospital of Fujian Medical University, Fuzhou 350014 C
5、orresponding author: PAN Jian-ji,E-mail: panjianjiAbstract Background and Objective:IMRT has been widely used in treating nasopharyngeal carcinoma. It is very important to have an accurate volume delineation. This paper will discuss the values of CT-MRI maching for tumor volume delineation in nasoph
6、aryngeal carcinoma. Methods: 6 cases with nasopharyngeal carcinoma treated in our hospital between February and May 2006 were observed. CT-通讯作者：潘建基，E-mail:panjianji1 362000福建医科大学附属第二医院 放疗科，福建 泉州 2 350014福建医科大学教学医院福建省肿瘤医院 放疗科，福建 福州 MRI fusion was done after finishing the scans of CT and MRI. The GTV(
7、gross tumor volume) of nasopharynx for each patient was contoured independently by 3 experienced radiotherapists (call doctor1,2,3)on axial CT slices, making references to MRI, and on axial MRI slices fused to the CT slices. 18 volumes according to the CT slices (CT-volume) and 18 according to the M
8、RI fused to the CT slices (MRI-volume) were then finished. Influences of CT-MRI maching on tumor volume delineation were analyzed. Results: (1) The mean volume of CT-volume was 51.4cm3, being bigger than that of MRI-volume, a volume of 43.4cm3. Most of MRI-volume（66.7%）was smaller than CT-volume, be
9、ing different in every 3-D direction. (2) There exists some delineation variation among the 3 radiation oncologists. The biggest discrepancy in CT-volume contoured was 12cm3，compared to 7 cm3 in MRI- volume. Some variation with significance of difference was seen not only between doctor1 and 3 but a
10、lso between doctor2 and 3 (paired t-test; P=0.002 and 0.006 respctively). (3) The variation of volume delineation difference according to MRI-volume was smaller than that according to CT-volume (paired t-test; P=0.000), which was caused by the different knowledge of radiation oncologists. Conclusion
11、s: (1) CT-MRI maching could have an influence on tumor volume delineation in nasopharyngeal carcinoma. (2) There often exists some variation of volume delineation caused by the different knowledge of radiation oncologists. (3) CT-MRI fusion could make smaller the variation of volume delineation diff
12、erence caused by the different knowledge of radiation oncologists.Key Words CT-MRI maching; Nasopharyngeal carcinoma; IMRT调强三维适形放疗(IMRT)已越来越广泛地被应用于治疗鼻咽癌，其对靶区的精确度要求很高，而目前普遍用于治疗计划设计的CT图像对解剖结构的显示有一定的局限性，对软组织的分辨率较差，很难确定软组织中浸润的肿瘤边界，势必影响靶区勾画的准确性。不同的医师，由于他们的临床经验以及对解剖、靶区认识上的差异，其勾画出来的靶区常有一定的差别，人为因素的影响较大，如何提高
13、IMRT靶区勾画准确性、减少主观因素引起的靶区勾画偏差已成为众多放射治疗专家及放疗物理师研究的课题。本课题将借助于MRI/CT影像融合技术指导勾画靶区，研究该项技术对提高靶区勾画的准确性以及减少人为因素对靶区勾画的影响是否有一定的指导意义。1 对象和方法11 研究对象 分析研究我院2006年25月6例首程治疗的鼻咽癌患者。其中男性4例，女性2例，年龄30-60岁(平均年龄45.3岁)，T1：1例，T2：1例，T3：2例，T4：2例，T分期按鼻咽癌福州92分期标准。12 CT/MRI检查 全部病例均在放射治疗体位、热塑面罩固定下行横断面CT增强扫描。采用日本东芝72cm孔径4排螺旋CT机扫描。C
14、T横断面扫描范围从头顶到锁骨下5cm水平，层厚、层距均为3mm。MRI扫描采用GE SIGNA2.5T双梯度MRI扫描仪，扫描范围由中脑到锁骨头下缘水平。全部患者均使用头颈联合线圈。横断面T1WI和T2WI及矢状面T1WI平扫，横断面和冠状面行化学饱和脂肪抑制增强T1WI平扫。扫描参数：层厚5mm，间距1mm，矩阵320X224，激励次数2-4次。T1WI(FSE,TR340ms,TE11.5ms)；T2WI(FRFSE,TR4500ms,TE85ms)；化学饱和脂肪抑制增强T1WI(FSPGR,FLIP85度，TR200ms,TE2.5ms)。13 影像融合方法及靶区勾画 将CT图像及MRI
15、横断面图像经网络传输到OTP工作站，由专人负责在OTP工作站上进行MRI/CT影像融合，先采用Landmark法，选用脑干、左右视神经、基底动脉、齿突等作为内参考点进行粗融合，再采用Manuel法，以CT及MR图像所重建的头面部外轮廓作为参照体进行进一步微调匹配，融合效果由研究小组成员共同评价并确定。完成影像融合后由3位经验丰富的高年资放疗科医师勾画靶区，为方便叙述，本文仅研究影像融合对鼻咽部GTV(Gloss Tumor Volume)勾画的影响，每位医生针对CT图像(并参照MRI片，以下同)及MRI/CT融合图像先后各勾画一个GTV，最后共生成18个CT图像的GTV(以下简称为CT靶区)及
16、18个MRI/CT融合图像的GTV (以下简称为MRI靶区)。14 观察数据的获取 在PLATO治疗计划系统上读取各个靶区的体积及MR I靶区与CT靶区在三维空间上的差别。15 统计学方法 采用SPSS10.0计算机软件包进行统计处理，不同观察者之间勾画靶区的差别以及不同图像模式下所勾画的靶区偏差的差别用配对t检验。2 结 果21 MRI/CT影像融合对靶区体积的影响 不同医师所勾画的各个CT靶区及MRI靶区的体积，详见图1 ，CT靶区的平均体积为51.4cm3，大于MRI靶区的平均体积43.4cm3。图中虚线表示MRI靶区与CT靶区相等，若MRI靶区位于虚线以下则表示影像融合后小于相对应的C
17、T靶区。由图可见，MRI影像融合后使靶区体积减少所占的比例较高，为66.7%(1218)，而融合后使靶区体积增多的占33.3%(618)。 22 MRI靶区与CT靶区在三维空间上的差别 以CT靶区中心点为基准点，测量并比较同一位医师所勾画的MR靶区与CT靶区、MR与CT靶区各共有部分、MR与CT靶区各总覆盖体积等在前、后、左、右、上、下方向上的偏差，同时计算CT靶区中心点往上、往下各1.2cm的两个轴位层面上两种靶区往前、后、左、右方向上的差别，若MRCT，所测得的数值为“+”，反之为“”，其结果如表1所示。结果显示，根据融合后所勾画的MR靶区与 CT靶区相比在各个方向上有改变，最大的偏差见于
18、治疗中心点往后方向， MR靶区小于 CT靶区, 平均相差3.8 mm(标准差2.1mm)；在上下(头脚方向)，MR靶区大于 CT靶区，尤其是向下方向，两者平均相差2.1 mm(标准差3.5mm)，而左右方向平均偏差较小，但其标准差较大，最大的标准差见于CT靶区中心点往下12mm层面的左右方向，为8.7 mm。23 人为因素对靶区勾画的影响 三位医师之间所勾画 的CT靶区最大与最小的差别为12cm3，而MR靶区7 cm3；每位医师所勾画的MR靶区体积CT靶区体积的比值R有所区别，其中医师1 与医师3之间的差别有显著性，配对t检验P=0.002，见表2表1 MR靶区与CT靶区在三维空间上的差别 偏
19、差的平均值(mm) 标准差(mm) CT靶区中心点往向 前 -1.3 4.5 后 -3.8 2.1 左 1.4 6.2 右 -1.7 7.5 上 0.5 3.2 下 2.1 3.5CT靶区中心点往上12mm层面 前 -1.5 4.2 后 -3.2 2.5 左 0.3 5.2 右 -0.9 7.2CT靶区中心点往下12mm层面 前 -1.8 3.8 后 -2.5 3.2 左 -1.3 8.7 右 1.3 6.5 表2 不同观察者对靶区勾画的影响 R1 R2 R3 R4 R5 R6 平均值(95%CI)医师1 0.88 0.86 0.87 0.90 0.94 0.89 0.89(0.860.92)
20、医师2 0.90 0.94 0.92 0.97 1.03 0.81 0.93(0.851.01)医师3 0.98 1.19 1.38 1.20 1.23 1.25 1.21(1.071.34) 注：Ri=MR靶区体积CT靶区体积，其中i为患者的序列号：为95%可信区间，以下同配对t检验医师1 与医师3，医师2与医师3之间的差别有显著性，前者相关系数=0.967，P=0.002，后者为=0.945，P=0.006。24 影像融合技术减少了人为因素对靶区勾画的影响 人为因素对靶区勾画的影响程度，可用不同图像模式下(融合图像 vs. CT图像)3位医师所勾画的靶区所覆盖的总体积Ve与共有的体积Vc的
21、比值（如图2所示），表示为VeVc，该比值越接近于1，说明不同观察者根据相应的图像模式所勾画的靶区越趋于一致，该比值越大，说明该图像模式不同观察者勾画靶区的差别越大，由表2可见，融合图像的VeVc比CT图像的小，两者差别极具显著性，t=11.84， P=0.000。图2 CT图像（左）与融合图像（右）下勾画的靶区示意图Ve：紫红色，Vc：黄色，V1，2，3：分别为医师1，2，3勾画的靶区表2 不同图像模式与VeVc比值的关系VeVci 平均值(95%CI)1 2 3 4 5 6 CT图像 1.46 1.68 1.60 1.59 1.58 1.55 1.58(1.501.65)融合图像 1.32
22、 1.41 1.38 1.40 1.36 1.35 1.37(1.331.40)配对t检验P值 t=11.84， P=0.000 注：i为患者的序列号3 讨 论调强三维适形放疗(IMRT)已越来越广泛地被应用于治疗鼻咽癌的患者，其对靶区的精确度要求很高，精确地勾画靶区是制定最佳治疗计划、降低肿瘤的局部复发率、保护肿瘤周围的重要器官的首要条件。然而，用于鼻咽癌的诊断和放疗计划设计的主要影像手段MRI与CT在肿瘤及正常组织的显示上各有优缺点，MRI在显示软组织方面具有明显的优势，尤其用于分辩肿瘤组织与正常肌肉组织、良性病变的鼻甲粘膜，判别含黄骨髓的颅底、斜坡、翼突等是否受累等，缺点是空间分辨精确度
23、较低，而且由于扫描时间长和缺少固定装置，容易形成伪影，颅底骨皮质破坏的边界显示不清，且对圆孔、卵圆孔、颈动脉孔、颈静脉孔的破坏显示不够理想；而CT能较佳显示颅底骨皮质破坏，且对圆孔、卵圆孔、颈动脉孔、颈静脉孔的破坏的显示较为满意，但对于软组织受侵的边界常难以确定。研究1 4表明，以MRI图像勾画的靶区与依据CT图像勾画的靶区并不完全一致。以CT界定的靶体积为参考标准，按MRI来勾画常较大。 Khoo VS等2分别应用MRI和CT资料对脑膜瘤勾画靶区，结果为 GTV-MRIGTV-CT，同时发现GTV-MRI并不能完全包绕GTV-CT。Bahman E等1对鼻咽癌的影像学研究也得出同样的结论，G
24、TV-MRI比GTV-CT大4074%。而Rasch C等3在一项晚期头颈部肿瘤的研究中却得出相反的结果，GTV-MRI比GTV-CT小30%左右。根据单一的MRI或CT图像勾画的靶区常不一致，因此有必要将MRI与CT图像进行影像融合，文献资料4-6表明，MRI/CT融合图像能为放疗科医师提供两者互补信息，克服MRI与CT图像对靶区显示的不足，影响根据MRI与CT图像进行的靶区勾画，有助于更加准确确定肿瘤侵犯的范围，勾画出更精确的靶区，为精确放疗的实施奠定基础。Weltens C等5对5例脑瘤患者依据MRI/CT融合图像勾画靶区，影响了单纯根据CT勾画的靶区，根据融合图像勾画的平均靶区体积比根
25、据CT勾画大，分别为69.5cm3和59.4cm3。本研究发现，依据MRI/CT影像融合所勾画的鼻咽部GTV（MRI靶区）比根据CT的靶区（CT靶区）来得小，且大多数（66.7%）MRI靶区比CT靶区 小，可见MRI/CT影像融合确实对鼻咽癌的靶区勾画产生一定的影响。我们的研究还表明，影像融合靶区（MRI靶区）与CT靶区相比在三维空间的各个方向上均有差异，其中影响幅度最大的见于往后方向，分析其原因主要为：1）CT图像常难以分辨肿瘤与椎前肌（头长肌、颈长肌），根据CT勾画的靶区常将椎前肌群包括在内， 而MRI对软组织的分辨率较高，能将鼻咽肿瘤与肌肉区分开来；2）颅底斜坡髓质浸润而骨皮质正常时，C
26、T图象无法显示，仅参照MRI图片而不行MRI/CT 融合所勾画出来的靶区常因主观上担心遗漏而可能比实际的大，由于MRI图像能清楚显示髓质浸润区域，根据MRI/CT融合影像能更精确客观地勾画髓质病变区域，从而使靶区缩小。头脚方向（上下方向）也常有变化，尤其是往脚的方向，影像融合的靶区（MRI靶区）较大，这主要由于MRI能够清晰的显示咽后淋巴结，而CT由于血管、肌肉的干扰常常可能无法发现较小的咽后淋巴结，根据CT勾画时可能遗漏。左右方向，虽然MR靶区与CT靶区相比较平均差别较小，但仔细分析病例，有的在该方向上两者的差别较大，本研究1例在左右方向上偏差很大，MR靶区比CT靶区小18mm。进一步研究图
27、像发现，由于咽后淋巴结肿大而使正常的鼻咽黏膜与咽鼓管隆突区呈隆起性改变，根据CT图像容易误认为肿瘤，而MRI能将其鉴别开来，导致融合后所勾画的MR靶区比CT靶区缩小约35%。往前方向的差别较小，MR靶区常比CT靶区小，可能由于MRI能较好地分辨肿瘤组织与鼻甲粘膜以及判别翼突是否受累，故而有时可以避免将部分正常组织勾画在内。不同的医师常因对靶区的认识水平、对解剖的熟悉程度以及读片水平等主观上的差异致使所勾画的靶区存在一定的差别，这在脑瘤、前列腺癌、肺癌等5，6 的靶区勾画研究中已有报道。我们的研究发现，三位不同的医师所勾画的鼻咽癌GTV有一定的差别，他们之间所勾画 的CT靶区最大与最小的差别为1
28、2cm3，而MR靶区7 cm3，而且医师1与3之间、医师2与3之间在靶区勾画上的差别有显著性差异。在MRI/CT融合影像指导下勾画靶区可以缩小医师之间由于主观认识上的不同所导致的靶区勾画差别5，本文资料显示，不同医师之间根据MRI/CT融合图像勾画的靶区（MRI靶区），由于主观认识上的差异引起的差别小于CT靶区的差别，本研究1例由于咽后淋巴结肿大而使正常的咽鼓管隆突区呈隆起性改变（如上所述），这时通过影像学去判断该区域是否受侵较为困难，有1位医师按肿瘤勾画，2位按正常组织结构对待。为了避免类似的巨大差别，我们建议有条件实施三维适形包括调强适形放疗的单位制定靶区集体讨论制度，所勾画的靶区在传送给
29、物理师设计治疗计划之前，应该集中讨论并由一位权威的专家确认通过，必要时与影像学专家一起协商，同时应该结合纤维鼻咽镜的检查结果，力争减少人为因素引起的靶区勾画误差，将靶区勾画的准确性提高到最高的程度。总之，MRI/CT影像融合对鼻咽癌的靶区勾画有一定的影响，可能会使得根据CT图像勾画的靶区缩小，从而降低了正常组织的损伤概率，同时减少了由于不同医师认识上的差别导致的靶区勾画的不一致性，值得在临床推广使用。然而，我们的研究还存在以下不足之处：1）由于条件所限，MR扫描时无法取得与CT扫描一致的体位，而目前我们的融合软件仍无法进行弹性融合，常常是颅底斜坡周围融合效果很好，而靠近齿状突的鼻咽部及咽后淋巴
30、结效果欠佳，反之亦然，进行2次融合可能是解决途径之一。2）MR扫描参数的设置仍不够理想。为了缩短扫描时间，避免病人不自主运动所造成的伪影，我们将MR扫描的层厚设置为5mm，较厚，这势必影响融合图像的精度。下一步我们将摸索更佳的MR扫描参数及扫描方法，探讨更好的影像融合方式，研究MRI/CT影像融合的精度问题等等，切实使得影像融合技术能真正更好地为我们的实际临床工作服务。参考文献1 Bahman E, Anil S, Guy JP. Influence of MRI on target volume delineation and IMRT planning in nasopharyngeal
31、carcinoma. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2003,57(2): 481-4882 Khoo VS, Adms EJ, Saran F, et al. A comparison of clinical target volumes determined by CT and MRI for the radiotherapy planning of base of skull meningiomas. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2000,46(5): 1309-13173 Rasch C, Keus R, Pameijier
32、FA, et al. The potential impact of CT-MRI maching on tumor volume delineation in advanced head and neck cancer. Int J Radiat Oncol Biol Phys 1997, 39(4): 841-8484 姚原,吴国华, 夏士安,等. CT-MRI影像融合对鼻咽癌肿瘤靶区及三维适形治疗的影响. 中国癌症杂志, 2006,16(6): 498-5025 Weltens C, Menten J,Femn M, et al. Interobserver variation in g
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