MRI 影像与CT 影像融合技术在局部晚期食管癌放疗靶区勾画中的应用研究

张婷玉，胡亚萍，黄晓莹，靳海英，王斌杰

（1.开封市人民医院影像科，开封475000；2.河南大学淮河医院医学影像科，开封475000）

食管癌是临床中常见的胸部恶性肿瘤，全球每年新发病例48.2 万，中国每年新发病例23.7 万，约占全球食管癌新发总数的50%。大多数食管癌患者确诊时已为中晚期，5 年生存率不足20%，对人类生命健康造成严重的威胁[1]。由于晚期食管癌患者错过根治性手术治疗最佳时期，放疗已成为中晚期食管癌最安全、有效的治疗手段之一，而准确勾画肿瘤范围是放疗能否成功的关键环节[2]。电子计算机断层扫描（computed tomography，CT）是放疗靶区勾画常用的影像学技术，但因软组织分辨能力较差，在确定食管癌病变长度方面误差较大[3]。磁共振（magnetic resonance imaging，MRI） 能较清晰地显示软组织结构，有利于放疗靶区勾画[4]。本研究旨在采用MRI 弥散加权影像（diffusion weighted imaging，DWI）联合T2WI 影像与CT 影像融合技术对晚期食管癌放疗靶区进行勾画，探讨该技术在食管癌放疗中的应用价值。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选取2018 年3 月-2019 年3 月本院收治的食管癌局部晚期患者31 例为研究对象，纳入标准：（1）患者均经组织病理学确诊。（2）化疗前均行CT 和MRI 检查（两次检查间隔时间不超过1 周），无远处转移。（3）病理资料、临床资料完整。排除标准：（1）具有CT 和MRI 检查禁忌证。（2）具有放疗禁忌证。（3）影像学图片不清晰。符合条件的入组患者中，男性23 例，女性8 例，年龄50～75 岁，中位年龄64 岁，鳞癌25 例，非鳞癌6 例，病灶部位：颈段10 例，胸段21 例，区域淋巴结转移8 例，T3期10 例，T4期17 例，N0 期4 例。

1.2 研究方法

1.2.1 CT 扫描 采用Philips 16 排螺旋CT 模拟机( 德国飞利浦公司)进行扫描，患者取仰卧位，双臂抱头，采用真空垫体模固定体位，体表十字线采用激光灯标记，扫描时保持平静。扫描参数：电压120 kV，电流150 mA，准直器宽度4 mm，旋转时间1 s，扫描厚度5 mm。扫描完成后，将图像传输美国Varian 公司的Eclipse 放射治疗计划系统。

1.2.2 MRI 扫描 采用Magentom Espree1.5T 磁共振仪（德国西门子）进行MRI 平扫（横断位T1WI、矢状位T2WI）及DWI 成像。患者取仰卧位，双臂抱头，采用真空垫体模固定体位，体表十字线采用激光灯标记，采用体部线圈。T1WI 扫描参数：TR 3.25 ms，TE 1.30 ms，层间距0.6 mm，层厚5 mm，矩阵256×256。T2WI 扫描参数：TR 7840 ms，TE 110 ms，层间距1.0 mm，层厚5 mm，矩阵320×320。DWI 扫描参数：TR 3 400 ms，TE 100 ms，层间距1.5 mm，层厚5 mm，矩阵128×128。弥散方向为3，扩散敏感梯度b 值为400 s/mm2。扫描完成后，将图像传输美国Varian 公司的Eclipse 放射治疗计划系统。

1.2.3 图像融合 CT 图像和MRI 图像均采用Eclipse 放射治疗计划系统进行容积重建，将CT 扫描显示高密度和MRI 扫描显示高信号的标记点作为图像融合参考点。基准层面根据定位标记点进行手动融合，然后插值融合处理其余层面。

1.2.4 靶区勾画 由3 名放疗科医师分别对CT图像和融合图像进行靶区勾画。CT 图像以食管壁厚度＞5 mm 和（或）不含气食管直径＞10 mm、局部管腔不规则狭窄和（或）食管壁全周性或局限性增厚为标准，勾画食管癌大体肿瘤靶区（gross target volume, GTV）。融合图像以DWI 图像高信号区为参考，勾画食管癌GTV。临床靶区（clinical target volume，CTV）为GTV 上下分别外放2 cm，前后左右分别外放1 cm，对食管亚临床病灶进行预防性照射。

1.2.5 参数测量及分析 通过Eclipse 软件测量勾画食管癌GTV 的实际体积，并通过靶区CT 三维重建，测量勾画的靶区长度，在CT 图像和融合图像上测量病变最大层面肿瘤厚度。每个病例均由3 名放疗科医师进行参数分析（分别计为A、B、C 组），计算每个病例测量GTV 和CTV 体积、长度、厚度的变异系数CV 及Ratio 比值。CV=标准差/均数，CV 值越小代表离散程度越小，Ratio 值=最大值/最小值，Ratio 越小代表数据变异程度越小。分析CT 图像与融合图像GTV、CTV 体积差异的影响因素，以GTV、CTV 体积差异分别作为因变量，以患者病理类型、病灶部位、分期等为自变量进行多因素分析。

1.3 统计学分析 采用SPSS 20.0 软件进行统计学推断。计量资料符合正态分布采用(±s 表示，两组间比较采用独立样本t检验。多因素分析采用Logistic回归模型。检验水准α=0.05，均为双侧检验，P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 CT 图像与融合图像表现 CT 图像对食管癌病变边界显示不清，见图1。MRI 与CT 融合图像可清晰地显示食管癌解剖结构，易于区分食管癌边界与周围组织器官，见图2。

图1 CT 图像Fig 1 CT image

图2 CT 与MRI 融合图像Fig 2 CT and MRI fusion image

2.2 CT 图像与融合图像靶区勾画相关参数比较 不同组以CT 图像为基础勾画的GTV 和CTV体积、GTV 和CTV 长度、GTV 和CTV 厚度均大于以融合图像为基础勾画的GTV 和CTV 体积、GTV和CTV 长度、GTV 和CTV 厚度，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 CT 图像与融合图像靶区勾画相关参数比较（(±s）Tab 1 Comparison of parameters related to target delineation between CT image and fusion image（(±s）

表1 CT 图像与融合图像靶区勾画相关参数比较（(±s）Tab 1 Comparison of parameters related to target delineation between CT image and fusion image（(±s）

参数GTV 体积/cm3组别GTV 长度/cm GTV 厚度/cm CTV 体积/cm3 CTV 长度/cm CTV 厚度/cm A B C A B C A B C A B C A B C A B C CT 融合图像 t P 93.12±10.48 85.23±7.54 3.403 0.001 96.38±12.32 86.01±7.85 3.952 ＜0.001 98.21±12.87 86.48±8.01 4.308 ＜0.001 9.15±0.58 8.84±0.47 2.312 0.024 9.38±0.63 8.93±0.53 3.043 0.004 10.14±0.67 9.02±0.51 3.438 0.001 4.98±0.35 4.81±0.28 2.112 0.039 5.14±0.41 4.92±0.32 2.355 0.022 5.43±0.47 5.10±0.43 2.885 0.005 683.54±52.35 615.67±47.58 5.342 ＜0.001 703.14±57.73 630.31±49.36 5.339 ＜0.001 726.54±61.55 641.53±52.11 5.869 ＜0.001 11.15±0.79 10.45±0.56 4.025 ＜0.001 11.23±0.81 10.64±0.60 3.329 0.002 12.08±0.93 10.97±0.68 5.364 ＜0.001 9.12±0.62 8.80±0.53 2.184 0.033 9.28±0.62 8.94±0.57 2.248 0.028 9.57±0.74 9.14±0.65 2.431 0.018

2.3 CT 图像与融合图像勾画GTV 相关参数CV值及Ratio 值比较 3 名放疗科医师以CT 图像或融合图像为基础勾画的GTV 体积、GTV 长度和GTV 厚度有一定差别，以CT 图像为基础勾画的GTV 体积、GTV 长度和GTV 厚度CV 值、Ratio 值均大于以融合图像为基础勾画的GTV 体积、GTV长度和GTV 厚度CV 值、Ratio 值，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

2.4 CT 图像与融合图像勾画CTV 相关参数CV值及Ratio 值比较 3 名放疗科医师以CT 图像或融合图像为基础勾画的CTV 体积、CTV 长度和CTV 厚度有一定差别，以CT 图像为基础勾画的CTV 体积、CTV 长度和CTV 厚度CV 值、Ratio 值均大于以融合图像为基础勾画的CTV 体积、CTV长度和CTV 厚度CV 值、Ratio 值，差异有统计学意义（P＜0.05），见表3。

2.5 CT 图像与融合图像GTV、CTV 体积差异的多因素分析Logistic回归模型分析显示，颈段食管癌、T4期食管癌是影响CT 图像与融合图像GTV 体积、CTV 体积差异的独立相关因素（P＜0.05），见表4。

表2 CT 图像与融合图像勾画GTV 相关参数CV 值及Ratio 值比较（(±s）Tab 2 Comparison of CV value and Ratio value of GTV related parameters between CT image and fusion image（(±s）

表2 CT 图像与融合图像勾画GTV 相关参数CV 值及Ratio 值比较（(±s）Tab 2 Comparison of CV value and Ratio value of GTV related parameters between CT image and fusion image（(±s）

组别 GTV 体积 GTV 长度 GTV 厚度CV 值 Ratio 值 CV 值 Ratio 值 CV 值 Ratio 值CT 0.25±0.10 2.15±0.68 0.21±0.09 2.04±0.61 0.18±0.08 1.92±0.57融合图像 0.18±0.06 1.78±0.52 0.15±0.05 1.72±0.49 0.11±0.04 1.64±0.41 t 3.342 2.407 3.245 2.277 4.357 2.220 P 0.001 0.019 0.002 0.026 ＜0.001 0.030

表3 CT 图像与融合图像勾画CTV 相关参数CV 值及Ratio 比较（(±s）Tab 3 Comparison of CV value and Ratio value of CTV related parameters between CT image and fusion image（(±s）

表3 CT 图像与融合图像勾画CTV 相关参数CV 值及Ratio 比较（(±s）Tab 3 Comparison of CV value and Ratio value of CTV related parameters between CT image and fusion image（(±s）

组别 CTV 体积 CTV 长度 CTV 厚度CV 值 Ratio 值 CV 值 Ratio 值 CV 值 Ratio 值CT 0.27±0.11 2.19±0.66 0.24±0.10 2.08±0.59 0.20±0.09 1.95±0.58融合图像 0.19±0.08 1.81±0.55 0.17±0.04 1.75±0.51 0.12±0.05 1.65±0.44 t 3.275 2.463 3.619 2.356 4.326 2.294 P 0.002 0.018 0.001 0.022 0.001 0.025

表4 CT 图像与融合图像GTV 和CTV 体积差异的多因素分析Tab 4 Multi factor analysis of GTV and CTV difference between CT image and fusion image

3 讨论

调强放疗是目前肿瘤放疗常用技术，其目标是将放射线最大限度地集中至靶区，尽量减少周围器官和组织的不必要照射，所以对放疗前靶区勾画范围精确度要求很高，确定一种准确、有效靶区勾画方法十分重要[5-6]。CT 是目前常用于食管癌放疗靶区勾画的影像学方法，但CT 对软组织结构显示清晰度较差，不易区分食管癌病灶边界，如食管溃疡、水肿等病理改变也会使食管管壁增厚，但CT 难以将之与食管癌管壁增厚区分，从而造成靶区勾画欠准确，导致正常组织受到照射，病灶漏照，因此需结合其他技术来提高靶区勾画的准确性[7]。既往研究指出，食管镜和食管造影能准确地测量食管癌的病灶长度，但与CT 图像均不能良好地融合，所以无法用于食管癌放疗靶区勾画[8]。

MRI DWI 是通过测量水分子扩散运动变化来反映组织空间结构、细胞密度变化，可早期发现肿瘤性病灶，确定病灶范围。与正常组织比较，肿瘤组织细胞密度较大，且呈多型性，所以细胞间隙较窄，水分子运动受限，DWI 图像呈高信号[9-11]。既往研究显示，DWI 应用于多种恶性肿瘤全身成像，能判断病灶浸润范围及转移情况，但对体内器官边界显示不清，导致与CT 图像融合效果不理想[12]。T2WI 则能清晰地显示病灶边界与组织轮廓，且与DWI 影像为同机扫描，故本研究以T2WI 为中介，实现了CT 图像与DWI 的良好融合。本研究发现，以CT 图像为基础勾画的GTV 和CTV 体积、GTV和CTV 长度、GTV 和CTV 厚度均显著大于以融合图像为基础勾画的GTV 和CTV 体积、GTV 和CTV长度、GTV 和CTV 厚度，提示以CT 图像为基础勾画的GTV、CTV 在体积、长度及厚度方面均明显高估，以融合图像为基础勾画放疗靶区，能缩小放射区域，更准确地反映病灶范围。进一步分析发现，造成两种勾画方案GTV、CTV 体积差异的因素主要体现在颈段、非手术治疗食管癌临床分期T4期的病例上。颈段食管癌GTV、CTV 体积差异较大的原因可能是颈段周围软组织较多，如咽部、肌肉、器官等，这些软组织是否受侵及受侵范围采用CT检查不易分辨，CT 图像对肿瘤是否侵犯周围组织显示不佳，所以两种勾画方案在T4期食管癌GTV、CTV 体积方面有明显差异[13-14]。

此外，临床实践中，不同放疗医师对同一病例靶区勾画范围往往不一致，即使同一放疗医师，在不同时间点对同一病例靶区勾画范围也有所不同。有研究认为，造成这种差异的原因与放疗医师经验不同、肿瘤边界不清、勾画靶区标准不一致有关[15]。降低靶区勾画差异的方法除了增加医师临床经验、制定统一勾画靶区标准外，还可通过提高周围组织与病灶对比度，使病灶边界更易区分而实现。本研究3 名放疗医师对每例病例进行GTV、CTV 勾画，结果显示，不同医师在CT 图像勾画GTV 和CTV 体积、长度及厚度的CV 值和Ratio 值均显著大于融合图像，提示CT 与DWI 融合图像上勾画放疗靶区一致性较高，稳定性较好。

综上所述，DWI 联合T2WI 影像融合CT 影像技术在局部晚期食管癌放疗靶区勾画中具有良好的指导作用，相对于CT 图像，能提高靶区勾画准确性，降低周围正常组织不必要照射。但本研究样本量较少，统计结果可能存在偏倚，需进一步扩大样本量深入研究。