立體定向CT成像

當(dāng)使用立體定向CT成像替代(或作為額外的檢查)基于頭架的立體定向放射外科治療的MRI定位，明智的是使用短的后立柱以避免后立柱和固定釘產(chǎn)生的偽影。也應(yīng)該注意謹(jǐn)慎確定固定釘?shù)淖罴盐恢?/span>，因?yàn)樗鼈儠?/span>CT上的金屬偽影。要努力使病灶遠(yuǎn)離固定釘?shù)膫斡?/span>。使用現(xiàn)代CT掃描設(shè)備，1.25-或2.5毫米層厚(根據(jù)病變大小而定)連續(xù)掃描，在1-2分鐘內(nèi)采集。CT掃描在某些情況下會特別有用，例如在前庭神經(jīng)鞘瘤的劑量規(guī)劃中，耳蝸的可視化(圖1)。在將病人從CT床中移出前，要進(jìn)行準(zhǔn)確性檢查以確保圖像會被GammaPlan?軟件接受。

立體定向錐形束CT配合Icon型Leksell伽瑪?shù)?/span>的優(yōu)勢

伽瑪?shù)?/span>立體定向放射外科治療期間，對于(有動(dòng)脈瘤夾，分流管，MRI不兼容的支架，既往手術(shù)史，等等且)需要高質(zhì)量的減少偽影的腦部CT成像的患者，一個(gè)很好的替代基于頭架的CT成像的選擇是在（治療日）清早開始治療時(shí)，先采集不安裝頭架下的CT圖像，包括平掃和增強(qiáng)。(未安裝頭架下)腦部對比增強(qiáng)CT，以1.25毫米層厚軸向平面掃描，提供一種快速獲取圖像的方法，在約十分鐘內(nèi)采集到平掃和對比增強(qiáng)（5分鐘延遲）兩種影像。CT成像應(yīng)該覆蓋從頭頂上方2cm處到頸2（C2）以增強(qiáng)配準(zhǔn)的準(zhǔn)確性?；氐劫?/span>瑪?shù)犊剖液?，在?/span>意識的鎮(zhèn)靜和局部麻醉下，以標(biāo)準(zhǔn)的方式安裝頭架(對前部額葉病變，尤其是眼部病灶，患者頭架的后面使用短杠，頭架盡可能向前移動(dòng)，這樣眼睛或者額竇就能在Y< 165的水平)。然后病人可以接受ICON型的錐形束CT，可作為立體定向的參考。在不裝頭架下獲取高質(zhì)量的CT圖像可以與CBCT掃描配準(zhǔn)后進(jìn)行治療劑量計(jì)劃設(shè)計(jì)。

事先取得無偽影的高分辨(如，無框架或固定釘下的3 T)MRI掃描或在治療當(dāng)天也可照此采集圖像。與往常一樣，整個(gè)頭部的SPGR序列掃描，1.5-mmT1軸向?qū)Ρ仍鰪?qiáng)后(從頸2到頭頂)，3mm T2軸向無跳躍(skip)掃描整個(gè)頭部，以這種方式以靶區(qū)為中心進(jìn)行特定的T2軸向體積研究，并與ICON型錐形束CT配準(zhǔn)。

立體定向血管造影

血管造影是AVM放射外科劑量計(jì)劃的金標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)該用于與MRI或CT成像聯(lián)合使用，以提供第三中影像容積。血管造影的技術(shù)與常規(guī)數(shù)字血管造影略有不同，因?yàn)?/span>立體定向血管成像不僅用于AVM 畸形血管巢（nidus）的確定，而且用于引導(dǎo)輻射到靶區(qū)。正交的圖像(而不是傾斜或旋轉(zhuǎn)的)是首選但并非是必須的。而對于AVM 畸形血管巢來說，在正交平面上未能適當(dāng)?shù)赜^察到時(shí)，可以在2維上旋轉(zhuǎn)約10°，而不會影響輻射照射的準(zhǔn)確性。數(shù)字減法技術(shù)，盡管有可能會有徑向畸變誤差，已證明是令人滿意的。我們建議放射外科團(tuán)隊(duì)成員在拔除血管造影導(dǎo)管前對血管造影片進(jìn)行復(fù)審以確保:

1.  靶區(qū)AVM 畸形血管巢清晰可見，且在基準(zhǔn)空間內(nèi)；

2.  能在圖像上看到血管造影定位器上的9項(xiàng)基準(zhǔn)標(biāo)記；

3.   在治療醫(yī)生面前進(jìn)行減影以確?；鶞?zhǔn)標(biāo)記在減影后仍然可見；

4.  選擇(剛出現(xiàn)引流靜脈的）早期毛細(xì)血管期最好的前后位（AP）和側(cè)位圖像，并導(dǎo)出到GammaPlan工作站。

圖1所示。前庭神經(jīng)鞘瘤患者GammaPlan圖像。軸向?qū)Ρ仍鰪?qiáng)SPGR序列 MRI, T2容積MRI和CT圖像顯示耳蝸的位置，及在SPGR序列成像上可見與增強(qiáng)腫瘤之間的關(guān)系。

圖像質(zhì)量保證

定期對磁共振成像設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量控制檢查以保持圖像的準(zhǔn)確性。配上適當(dāng)墊片磁體，定期維修，并對設(shè)備和圖像進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量保證，MRI提供高分辨率成像以進(jìn)行精確的靶區(qū)定位。一個(gè)特殊的頭架固定是用來避免磁共振過程中的頭部移動(dòng)。

1. 在MRI上單獨(dú)掃描基準(zhǔn)盒以檢查畸變。

2. 使用網(wǎng)格體模(grid phantom檢查畸變。

3.  用已知幾何結(jié)構(gòu)的三維體模檢查MRI設(shè)備的準(zhǔn)確性。

4. (每天對每個(gè)病人)進(jìn)行臨床檢查。

我們用已知幾何形狀的有21個(gè)點(diǎn)的3D體模每年進(jìn)行磁共振成像測量。這個(gè)體模是設(shè)計(jì)來配套Leksell頭架的。(CT, 1.5-T和3-T MRI)成像按照臨床協(xié)議。這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入GammaPlan電腦。使用GammaPlan軟件，得到21個(gè)點(diǎn)中每一點(diǎn)的x, y, z坐標(biāo)。這些測量由至少兩個(gè)獨(dú)立的觀察員進(jìn)行。這些數(shù)據(jù)與這些點(diǎn)的已知坐標(biāo)相比較。對與已知坐標(biāo)的偏差進(jìn)行計(jì)算(圖2)。

圖2所示。三維（3D）MRI體模數(shù)據(jù)顯示三維十字交叉。x, y, z的值都是從Gamma-Plan的每個(gè)交叉點(diǎn)得到的，并與已知x、y和z值進(jìn)行比較，以估計(jì)圖像畸變。

通過比較頭架測量值與圖像測量值對每個(gè)圖像序列進(jìn)行臨床準(zhǔn)確性檢查。

我們測量兩邊基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離(190毫米)和從頂部到底部的基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離(120毫米）；在這些測量中，我們對特定圖像序列接受與層厚相等的誤差(1-2毫米)。將右邊的從后基準(zhǔn)點(diǎn)到中間基準(zhǔn)點(diǎn)的距離與左邊同樣的點(diǎn)的距離作比較。當(dāng)把基準(zhǔn)盒準(zhǔn)確放置在頭架上時(shí)，測量值的差異提示MRI時(shí)頭部傾斜。當(dāng)獲得圖像時(shí)，治療床和(CT或MRI)機(jī)架應(yīng)呈90°角。這些圖像從Imaging Suite（成像處理設(shè)備）通過Ethernet(以太網(wǎng)）導(dǎo)出。圖像轉(zhuǎn)輸到LGP電腦后，使用Leksell GammaPlan?(LGP)軟件定義的圖像。此外，在外院無立體定向頭架下采集的圖像還可以從CD導(dǎo)入到計(jì)劃系統(tǒng)中進(jìn)行預(yù)規(guī)劃和隨訪評價(jià)。然而，這些外院圖像需要是(行數(shù)和列數(shù)相等)正方型的（square）和在特定的圖像方向上。對選定的患者可以使用特殊的軟件和應(yīng)用程序來改變將方向?yàn)?/span>偏愛的格式，并將非正方形圖像轉(zhuǎn)換為正方形圖像以將其導(dǎo)入GammaPlan劑量計(jì)劃系統(tǒng)。

圖3所示。軸向?qū)Ρ仍鰪?qiáng)磁共振成像顯示已知的基準(zhǔn)點(diǎn)距離的測量值。這些檢查是在軸向圖像采集到后立刻在MRI控制臺上進(jìn)行。

附加生理和功能代謝成像的作用

生理性MRI和代謝性PET成像可以從形態(tài)學(xué)成像和突出特定的生物過程中獲得額外的信息。這些成像技術(shù)能在體內(nèi)分析腫瘤組織特性，包括化學(xué)成分，腫瘤血管系統(tǒng)，灌注，和腫瘤細(xì)胞結(jié)構(gòu)。因?yàn)榉翘禺愋缘某上褡兓梢源砟[瘤進(jìn)展，或放射副作用，在(膠質(zhì)瘤或轉(zhuǎn)移瘤)腫瘤復(fù)發(fā)的情況下，用于評估立體定向放射外科（SRS）治療后的反應(yīng)具有挑戰(zhàn)性。輻射效應(yīng)的潛在過程會導(dǎo)致在MRI上對比度增強(qiáng)的暫時(shí)增加，在真實(shí)進(jìn)展和放射反應(yīng)之間，作出鑒別，會極其困難。放射性影像改變的有關(guān)機(jī)制，包括血管損傷、膠質(zhì)和白質(zhì)改變，以及免疫機(jī)制。對選擇后的病人進(jìn)行生理性成像確定腫瘤生長還是放射副作用是有幫助的。

磁共振波譜分析

磁共振波譜分析(MRS)是一種可以檢測組織中的質(zhì)子代謝產(chǎn)物并提供關(guān)于腫瘤增殖，細(xì)胞膜破壞，神經(jīng)元活性和腫瘤壞死信息的技術(shù)。最常見的可檢測到的代謝產(chǎn)物包括含膽堿的化合物，肌酐、乳酸、脂質(zhì)和N -乙酰天冬氨酸(NAA)。獲得了波譜圖像可以是三維的，也可以是用三維手段采集的。是通過在近似1立方厘米的體素規(guī)模范圍內(nèi)映射每種化合物的濃度達(dá)到的。由于腫瘤增殖所致細(xì)胞膜磷脂轉(zhuǎn)化率增大，以及與正常大腦相比N -乙酰天冬氨酸(NAA)降低，惡性腫瘤的特征是膽堿與N -乙酰天冬氨酸(NAA)比值升高。我們輸入磁共振波譜圖像并將其與立體定向圖像相結(jié)合，并將其用于復(fù)發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）的劑量規(guī)劃中（圖4)。

圖4所示。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）的磁共振波譜（MRS）成像(左)和MR軸向成像(右)映射的磁共振波譜（MRS）成像，可用于放射外科治療惡性腫瘤的劑量計(jì)劃中。膽堿與N -乙酰天冬氨酸(NAA)的比值大于2，用紅色表示。

磁共振彌散和彌散張量成像

彌散MRI測量在細(xì)胞水平的組織中的水的遷移率(mobility)，由此可檢測腫瘤組織微環(huán)境的變化。由于治療后細(xì)胞腫脹、壞死/凋亡、細(xì)胞死亡，或因?yàn)槟X水腫細(xì)胞外水空間的變化，會發(fā)生彌散的變化。腫瘤的變化，如放射外科治療后的細(xì)胞死亡，可導(dǎo)致區(qū)域性彌散短暫性增加，作為治療反應(yīng)的早期標(biāo)志這點(diǎn)可能很重要。的方向性彌散程度，可用表觀彌散系數(shù)(ADC)估算。因?yàn)椴捎谜麄€(gè)腫瘤的平均表觀彌散系數(shù)(ADC)值對彌散進(jìn)行分析，它可以明顯低估立體定向放射外科（SRS）治療后的區(qū)域變化。參數(shù)響應(yīng)映射(PRM)表觀彌散系數(shù)(ADC)是一個(gè)體素方面的評估ADC變化的方法，且已被發(fā)現(xiàn)可以獨(dú)立的，早期的預(yù)測總體生存率。因?yàn)楸碛^彌散系數(shù)(ADC)映射是獨(dú)立于磁共振成像系統(tǒng)，供應(yīng)商和磁場強(qiáng)度的，它可作為一種準(zhǔn)確、無創(chuàng)的檢測手段進(jìn)行縱向性研究。彌散張量成像(DTI)是一種彌散技術(shù)能使白質(zhì)傳導(dǎo)束可視化。以往的研究提示，正常表現(xiàn)的腦白質(zhì)的彌散指數(shù)的變化是遲發(fā)放射性神經(jīng)系統(tǒng)毒副反應(yīng)（delayed radiation- induced neurotoxicity）的一個(gè)標(biāo)志。這些研究考察了彌散指數(shù)的變化，包括部分各向異性（fractional anisotropy）作為纖維完整性（fiber integrity）的指數(shù)，平均彌散率（mean diffusivity）作為總體彌散率（overall diffusivity）的指數(shù)，徑向彌散率（radial diffusivity）作為脫髓鞘（demyelination,）的指數(shù)，軸向擴(kuò)散率（axial diffusivity）作為纖維（fiber degradation）降解的指數(shù)。外科研究已經(jīng)證明使用彌散張量成像（DTI）在降低關(guān)鍵結(jié)構(gòu)附近的腦腫瘤切除術(shù)的并發(fā)癥發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)方面的作用。在立體定向放射外科（SRS）治療中類似的合并使用彌散張量成像（DTI）白質(zhì)纖維束跟蹤成像（tractography imaging）以在治療劑量計(jì)劃中對鄰近重要功能區(qū)的病變規(guī)避正常組織進(jìn)行勾畫可能是有價(jià)值的。Koga等記載彌散張量纖維束跟蹤成像（diffusion tensor tractography）的應(yīng)用，并且指出基于這個(gè)附加的模態(tài)進(jìn)行AVM病例的劑量計(jì)劃，運(yùn)動(dòng)能力方面的并發(fā)癥的發(fā)生有明顯下降。在立體定向放射外科（SRS）治療劑量計(jì)劃中合并應(yīng)用纖維束成像的數(shù)據(jù)，已有研究表明會帶來對包括視束和錐體束在內(nèi)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的受照劑量的下降。高清纖維束跟蹤(HDFT)是一種新型的使用彌散數(shù)據(jù)可以以毫米級的分辨率跟蹤纖維束從皮層通過復(fù)雜的纖維交叉，到皮層和皮層下的靶區(qū)的結(jié)合處理、重建和纖維跟蹤成像技術(shù)的方法。我們已經(jīng)在GammaPlan劑量計(jì)劃系統(tǒng)中應(yīng)用高清纖維束跟蹤(HDFT)成像對纖維傳導(dǎo)束進(jìn)行可視化以確定丘腦腹側(cè)中間核（the ventralis intermedius nucleus of thalamus）的位置以治療震顫患者(圖5)。

圖5所示。高清纖維束跟蹤(HDFT)成像顯示小腦皮質(zhì)傳導(dǎo)束(CTC)，感覺傳導(dǎo)束(ST)和錐體束(PT)。由齒狀突組成的小腦皮質(zhì)傳導(dǎo)束(CTC)，在小腦腳上十字交叉跨過中線，然后繞過紅核進(jìn)入丘腦的腹側(cè)中間核（VIM）。然后小腦皮質(zhì)傳導(dǎo)束(CTC)從丘腦的腹側(cè)中間核（VIM）投射到主要的運(yùn)動(dòng)皮層(第4區(qū))。小腦皮質(zhì)傳導(dǎo)束(CTC)與丘腦交叉的區(qū)域是腹側(cè)中間核（VIM）的位置。這些傳導(dǎo)束可以用來確定放射外科丘腦切開術(shù)中腹側(cè)中間核（VIM）的位置。

代謝PET成像

PET允許非侵襲性測量腫瘤的乏氧、增殖指數(shù)、和細(xì)胞凋亡標(biāo)志物。PET成像可能有助于鑒別腫瘤再生長與放射副反應(yīng)。這種類型的細(xì)胞和生理信息可以與MR成像組合使用，其仍具有相對優(yōu)勢，提高空間分辨率，改善放射外科的靶區(qū)體積的輪廓。¹¹C-蛋氨酸（methionine） -PET顯示代謝活躍的腫瘤會增加放射性示蹤劑的攝取，并可檢測到腦腫瘤中細(xì)胞代謝的增加，與正常腦部組織相比，涉及在血腦屏障水平上由L型氨基酸載體介導(dǎo)de1蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)增加。能比¹⁸F標(biāo)記的2-氟-2-脫氧-D-葡萄糖-PET更好地鑒別腫瘤與背景腦部信號，由于在大腦中內(nèi)在葡萄糖的高水平攝取更難說明。Levivier等將立體定向正電子發(fā)射斷層攝影術(shù)與57例腫瘤患者的伽瑪?shù)吨委?/span>劑量計(jì)劃整合。62例腫瘤的正電子發(fā)射斷層攝影術(shù)的攝取異常，其中69%演示的結(jié)果改變了MRI 上確定的腫瘤的靶區(qū)。PET可以是一個(gè)用于檢測放射性壞死與腫瘤生長的重要的工具。在某些情況下，可以使用PET圖像利用放射外科靶向針對活的腫瘤。

圖6所示。一名52歲的婦女，因腦轉(zhuǎn)移瘤接受放射外科治療后，起初有明顯的腫瘤縮小，后出現(xiàn)強(qiáng)化病變的再生長。。最初，她采取保守治療，推測診斷為放射副作用。然而，正電子發(fā)射斷層掃描(PET)顯示，病變內(nèi)的代謝活動(dòng)增加，提示有腫瘤生長。她因這個(gè)病灶接受再次放射外科腫瘤。放射外科治療劑量計(jì)劃采用軸向造對比增強(qiáng)MRI和PET圖像，計(jì)劃中確保完全覆蓋。3個(gè)月隨訪MRI(右)顯現(xiàn)明顯的腫瘤縮小。

腦磁圖

腦磁圖(MEG)通過檢測與顱內(nèi)神經(jīng)元的電活動(dòng)有關(guān)的磁場，提供大腦皮層功能的功能性成像。在實(shí)踐中,它已被用來識別感覺，運(yùn)動(dòng)，視覺，和語言皮層。這是與顱內(nèi)腦葉病變的發(fā)生一樣關(guān)鍵重要的，如AVM可導(dǎo)致功能性大腦皮層的移位。因此,基于單獨(dú)使用MRI進(jìn)行解剖成像識別關(guān)鍵腦區(qū)可能不夠準(zhǔn)確。需要可視化和保護(hù)關(guān)鍵的皮質(zhì)區(qū)域是至關(guān)重要的，在放射外科治療劑量計(jì)劃中包括這些區(qū)域可能導(dǎo)致與放射副作用有關(guān)的永久性的神經(jīng)功能障。整合基于腦磁圖的功能成像，最大限度地提高放射外科劑量計(jì)劃的準(zhǔn)確性已經(jīng)得到落實(shí)。Aoyama等報(bào)道21例患者接受放射外科治療和腦磁圖。他們發(fā)現(xiàn)71%的患者需修改原來的激勵(lì)計(jì)劃。我們將基于腦磁圖的關(guān)鍵皮質(zhì)定位納入伽瑪?shù)?/span>立體定向放射外科的劑量規(guī)劃，當(dāng)關(guān)鍵的皮質(zhì)結(jié)構(gòu)有受照高劑量的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，顯示它可以作為一種有價(jià)值的輔助成像。這些修改能最大限度地達(dá)到劑量計(jì)劃的適形性，會有助于盡量減少出現(xiàn)來自持續(xù)的輻射損傷的癥狀性放射副作的風(fēng)險(xiǎn)，或甚至是永久性的障礙(圖7)。

圖7所示。運(yùn)動(dòng)皮層附近的AVM放射外科治療劑量計(jì)劃。這個(gè)病人接受腦磁圖（MEG）描記來映射他的運(yùn)動(dòng)皮層，用紅色的體積表示。放射外科治療的劑量計(jì)劃用黃色表示。運(yùn)動(dòng)皮層的MEG映射是用來減少運(yùn)動(dòng)皮層的劑量衰減。

結(jié)論

在過去的20年里，我們目睹了立體定向成像技術(shù)重大改進(jìn)。目前，MRI是大多數(shù)中心首選的影像學(xué)檢查方法。此外，磁共振成像之外，還可以使用CT成像。未來，更加精確的成像技術(shù)和改進(jìn)的軟件用來處理功能性圖像，如HDFT（高清傳導(dǎo)纖維束成像）和MEG（腦磁圖），將提供更好的治療，以使病人有更好的結(jié)果。

（翻譯自Ajay Niranjan等《Imaging Techniques for Leksell Radiosurgery》）