功能影像在脑胶质瘤放射治疗靶区确定中的价值.doc

功能影像在脑胶质瘤放射治疗靶区确定中的价值2006年1O月第28卷第1O期ChinJOncol,October2006,Vol28,No.10功能影像在脑胶质瘤放射治疗靶区确定中的价值范廷勇李建彬于金明.专题综论?【主题词】脑胶质瘤/放射疗法;核磁共振波谱成像;单光子发射计算机断层扫描;正电子发射断层扫描【Subjectwords】Glioblastoma/radiotherapy;Magneticresonaneespectroscopicimaging;Singlephotoncomputedemissiontomography;Positronemissiontomography照射靶区和剂量的确定是脑胶质瘤放射治疗的关键因素.核磁共振波谱成像(magneticresonancespectroscopicimaging.MRSI),单光子发射计算机断层扫描(singlephotoncomputedemissiontomography,SPECT),正电子发射断层扫描(positronemissiontomography,PET)等功能影像,可以通过肿瘤细胞的代谢变化反映肿瘤的浸润范围,因其成像对肿瘤导致的解剖结构变化依赖性小,所以其在脑胶质瘤照射靶区确定中的价值受到广泛重视J.1.核磁共振波谱成像:MRSI是在磁共振成像(MRI)技术的基础上发展起来的,MRSI数据可以生成一组化学位移图像,探测到靶分子内部自旋核(如.H.31P,C等)的物理化学环境,并能依据正常脑组织和肿瘤组织代谢产物的信号,测定某些代谢物的浓度.胶质瘤HMRS表现为N.乙酰门冬氨基酸盐(NAA)浓度下降和(或)胆碱(Cho),乳酸盐(Lac)的浓度升高;NAA与肌酐(Cr)的比值及NAA与Cho的比值下降,Cho与Cr的比值升高;丙氨酸(Ala)和肌醇(MI)的浓度降低.通过波谱分析提供的细胞内特定化合物的定量信息,提示肿瘤的代谢状态,推测肿瘤的浸润范围,区分肿瘤的残留,复发及治疗相关性改变,有助于照射靶区的确定.MRI一直是脑胶质瘤放疗靶区确定的依据,但多数情况下,MRSI显示的代谢异常范围与MRI显示的异常区域并不一致.Pirzkall等_4对30例高分级脑胶质瘤患者术后与放疗前的MRI和MRSI进行对比研究,结果发现,MRI无强化的10例患者中,有8例MRSI显示代谢活性异常;MRI显示术腔边缘强化的20例患者中,有19例MRSI显示的代谢异常作者单位:250117济南,山东省肿瘤防治研究院通讯作者:于金明,Email:fty681105sohu.tom范围较增强MRI的T1WI边缘又外扩了833mm.虽然T2WI几乎覆盖了所有的代谢异常区,但MRI无强化的患者中,有6例部分代谢异常区的边缘超出T2WI,术腔边缘强化的患者中,13例部分代谢异常区边缘超出T2WI.MRI无强化的患者,结合T2WI和MRSI显示的代谢异常区勾画的临床靶区(clinicaltargetvolume,CTV),比参照12wI勾画的CTV平均增加了13%;MRI有强化的患者,平均增加14%.Pirzkall等对34例高分级脑胶质瘤术前体积进行比较,T2WI比MRSI显示的代谢异常区多出50%,但88%的患者T2WI所显示的代谢异常范围不能完全覆盖代谢异常区.Pirzkall等对20例低分级脑胶质瘤患者的研究得出类似的结果,55%的患者T2WI包绕了MRIS显示的代谢异常区,45%的患者部分代谢异常区边缘超出T2WI.从文献报道的结果看,无论是高分级还是低分级胶质瘤,MRSI所显示的代谢异常范围均大于MRIT2WI所显示的异常范围,但T2WI外MRSI显示的代谢异常区是否有肿瘤细胞浸润,为能否用MRSI所显示的代谢异常区作为照射靶区的决定条件.如果MRSI显示的代谢异常区发现肿瘤细胞,说明功能影像可以在一定程度上显示肿瘤的浸润范围,临床医生可以依照其勾画肉眼靶区(grosstargetvolume,GTV)及CTV;但如果MRSI显示的代谢异常区无肿瘤细胞存在,以其为依据确定照射靶区则是不可行的.Pirzkall等报道10例初次检查中MRI显示正常而MRSI显示代谢异常的脑胶质瘤患者,其中8例复查MRI显示异常,提示代谢异常区有肿瘤细胞存在.Stadlbauer等对10例脑胶质瘤患者的MRSI图像与MRI图像进行比较,并对MRIT2WI正常而MRSI代谢异常的区域进行立体定位穿刺活检,结果发现,该区域4%17%穿刺点发现2006年l0月第28卷第l0期ChinJOncol,October2006,Vol28tNo.10肿瘤浸润,肯定了MRSI的诊断价值.影像学研究显示,脑胶质瘤的解剖成像范围和功能影像所显示的代谢异常范围,大小和形状均不一致,因此,MRI和MRSI融合图像不仅可以在三维方向勾画出原发灶的轮廓,还能够勾画出肿瘤可能浸润的范围,提高了靶区的适形精度,有助于提高肿瘤的局部控制率,减少放射性脑损伤的发生,改善患者的生存质量.2.功能磁共振(fMRI):功能磁共振包括不同的MR成像技术,它利用不同的脉冲序列对组织灌注,分子扩散及局部血容积,血氧水平依赖性对比度等功能信息采集成像,可以准确确定与肿瘤邻近脑组织的功能区.虽然fMRI对确定脑胶质瘤的边界不具备优势,不能鉴别孤立的肿瘤细胞团,但能确定脑功能区,有助于放射治疗中脑功能区的保护.3.单光子发射计算机断层扫描(SPECT):SPECT是较为成熟的一种核素成像技术,脑胶质瘤研究中常用的显像剂为I标记的酪氨酸(iodine-123-alpha-metIlyl-tyrosine,IMT),IMT能在脑胶质瘤组织内浓聚,放疗前行IMTSPECT检查有助于发现常规解剖影像难以发现的亚临床病灶,优化照射靶区.Grosu等应用IMTSPECT勾画30例脑胶质瘤患者的照射靶区,并与MRI进行比较,平均GTVIMT,GTV12和GTVTlGd分别为43em,82em和16em.IMT异常浓聚区包绕了强化的T1WI,7例患者的异常浓聚区在T2WI外,GTV.亿比GTV亿体积增加了33%.Grosu等还对66例脑胶质瘤术后患者的放疗计划进行了比较,59例患者MRI显像局部强化,25例患者有IMT异常浓聚,其中19例浓聚区在T2WI外,均是高级脑胶质瘤,平均BV12/IMT(boostvume)比平均BV12增加20%,P1V.MT比P1V亿增加4%.上述结果均显示,IMT对脑胶质瘤有较高的特异性,用于靶区确定,可以修正部分患者靶体积,提高了放射治疗的精确度,有效地保护了正常脑组织和危险器官,但SPECT的空间分辨率比较低,用于照射靶区的规划必须与解剖图像融合.4.正电子发射断层扫描(PET):PET成像是依据示踪剂在组织内的浓集程度并与本底进行对比,反映组织的代谢水平.”CMET和FFDG是能被胶质瘤摄取的化合物,其在正常脑组织中的摄取明显低于肿瘤组织,故可较好地显示胶质瘤的代谢变化,区分肿瘤周边水肿与浸润灶;在手术区,亦可鉴别手术所致组织改变和病灶残留或复发.Miwa等对10例多形性胶质母细胞瘤患者治疗前行MRI和蛋氨酸PET检查,对比检查结果发现,PET显像特点与MRSI显像特点相似,PET显示的异常浓聚区明显大于并完全包绕强化的T1WI,虽然T2WI大于PET显示的异常浓聚区,但9例患者PET显示的异常浓聚区部分区域超出了T2WI.Grosu等参照MRI,CT和蛋氨酸PET图像,对3例脑胶质瘤术后患者勾画GTV,2例高分级患者蛋氨酸PET在术后杂乱的结构中,区分出残留的肿瘤组织,1例低分级患者靶区前后勾画一致.实际上,胶质瘤细胞浸润范围远超过MRI显示的强化区域,虽然T2WI包绕了大部分肿瘤,但仍有部分可能遗漏.与MRI相比,PET能提供更精确的脑胶质瘤浸润代谢信息,但PET提供的解剖信息有限,不能准确显示病灶的位置.利用解剖和功能影像融合定义脑肿瘤靶体积,可信息互补,目前此类相关研究的文献比较少.Gross等研究发现,脱氧葡萄糖PET与MRI融合图像对脑胶质瘤GTV的影响较小,GTV变化<1cm,15cm的分别占44%和22%,平均体积增加7.3%,18例患者中,仅有1例GTV有显着变化.Pardo等的研究也得出类似的结论,8例脑胶质瘤患者中,仅有2例GTVPT>GTV.脱氧葡萄糖PET在脑肿瘤的放疗定位中的价值有限,可能与显像剂脱氧葡萄糖在脑组织中的高浓聚有关.正常脑组织葡萄糖代谢旺盛,对脱氧葡萄糖摄取相当高,而低度恶性肿瘤的脱氧葡萄糖摄取可等于甚至低于周围正常脑组织,造成肿瘤组织与正常脑组织之间的对比度降低,无法确定病灶范围.而蛋氨酸在正常脑组织中的摄取明显低于脱氧葡萄糖,可更好显示脑胶质瘤,尤其是低度恶性脑胶质瘤.Pirotte等的研究发现,蛋氨酸作为示踪剂较脱氧葡萄糖对脑肿瘤有更高的诊断价值,32例脑肿瘤患者,蛋氨酸PET均有示踪剂异常浓集,而脱氧葡萄糖PET仅有27例异常浓集.放疗后复发与放射性损伤的鉴别在脑胶质瘤二次放疗靶区的确定中尤为重要,单纯依靠解剖结构和组织密度等形态改变为主的影像技术,鉴别放疗后局部纤维化或瘢痕组织及肿瘤残留有一定难度,而功能影像技术有无创,定量,动态地从细胞分子水平观察肿瘤组织特有的生物学特性,可发现肿瘤的复发,并能与放射性损伤进行鉴别.Grosu等ll用立体定向放射治疗的方法,治疗44例首程放疗后复发的高分级脑胶质瘤患者,其中22例应用蛋氨酸PET,CT和MRI融合图像靶区定位,14例应用酪氨2006年10月第28卷第10期ChinJOneol,October2006,Vol28No10酸SPECT,MRI和cT融合图像靶区定位,其余患者采用单纯解剖图像定位,各组剂量分割及总剂量均相同.治疗后,融合图像定位组和单纯解剖图像定位组患者的中位生存期分别为14个月和6个月(P=0.03),融合图像确定照射靶区,延长了患者的生存期,体现了功能影像在靶区规划中的价值.Mergen等183的研究也得出了相同的结论,该研究中,21例患者应用PET(SPECT),MRI和CT融合图像确定照射靶区,以实施再程立体定向放疗患者的中位生存期为9.5个月,1年和2年生存率分别为48%和14%.乏氧细胞的存在,是肿瘤放疗失败的主要原因之一.用乏氧显像了解肿瘤乏氧状况并指导放疗,是目前国内外研究的热点191.应用筛选出的在乏氧细胞内浓聚程度高,毒性低的示踪剂显像,PET和CT可以勾画出肿瘤的乏氧区域,即生物靶区.调强放疗的发展,使放疗剂量分布的物理适形达到了理想的程度,实施生物适形放射治疗(biologicallyconformalradiationtherapy,BCRT),提高局部剂量,将成为肿瘤放射治疗的发展方向,而BCRT的实施,是依据功能或分子影像确定照射靶区.尽管功能影像用于脑胶质瘤照射靶区确定并不成熟,还有许多的问题需要进一步探讨,但以解剖与功能影像融合为基础,确定照射靶区,是脑胶质瘤放射治疗的发展方向.参考文献1于金明,李宝生.调强放射治疗的临床应用现状与存在的问题.中华肿瘤杂志,2005.27:188一l9o.2DhermainF,DuereuxD,BidaultF,eta1.Useofthefuncfionalimagingmodalitiesinradiationtherapytreatmentplanninginpatientswithglioblastoma.BullCancer,2005,92:333-342.3CzemiekiZ,HorsztynskiD,JankowskiW,eta1.Malignancyofbraintumorsevaluatedbyprotonmagneticresonancespectroscopy(1HMRS)invitro.AetaNeurochirSupp1.2000,76:17-20.4PirallA,Li)【J,OhJ,et81.3DMRSIforresectedhi.gradegllomasbeforeRT:tumorextenta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