MRI非常适合做为放射治疗的影像引导不仅是因为它解决了现行放射治疗使用的影像引导装置Cone Beam Computed Tomography(CBCT)在临床上面临的两大问题:1.CBCT软组织的对比度差,因此在组织配准与追踪移动器官上都相当的困难;2.CBCT照射的同时不断给予患者额外的辐射剂量。另一个非常重要的原因是MRI能够利用不同的成像序列获取人体生物功能信息。
加州大学洛杉矶分校(UCLA)MRI引导放射治疗的主任Percy Lee医师和他的研究团队针对ViewRay MRIdian®的磁共振功能性成像能力进行了研究,指出ViewRay 0.35 T MRI与放射治疗结合的MRIdian®系统可提供良好的功能性成像,并且初步研究结果显示,MRIdian®有助于在治疗中评估患者对放射治疗的反应,进而根据每个病患的放疗反应做自适应放疗(response-guided adaptive radiotherapy)。研究成果发表在2016年3月国际医学物理期刊(Medical Physics)[注3附上文章链接],大纲如下:
目的:该研究的目的是为了证明使用0.35 T磁共振引导放射治疗系统(ViewRay MRIdian®)评估病患对放射治疗反应的弥散加权磁共振成像(Diffusion Weight Imaging - DWI)[注1]的可行性。
方法:这个研究在MRIdian®系统上利用弥散加权脉冲序列成像,先在假体上进行了测试。在假体测试完成后,采用6名患者来进行研究的数据分析(三名头颈部癌患者,三名肉瘤(sarcoma)患者),6位病患都接受传统的分次放射治疗。在整个放射治疗过程中,每2-5次放疗后使用相同的脉冲序列来获取6位病患的纵向弥散MRI成像(longitudinal diffusion MRI)。利用选定的参考区域来评估表观弥散系数(Apparent Diffusion Coefficient - ADC)[注2]测量的再现性,并评估肿瘤ADC值的在整个治疗期间的变化。
结果:在假体研究中,MRIdian®系统上测量到的ADC值与假体厂商提供在3 T MRI系统量测的ADC值相匹配。在三名头颈部患者的整个治疗期间,远离GTV的参考区域(即病患头颈部的脑干)都具有一致的ADC值,这表明弥散成像序列具有可接受的重复性。整个治疗期间肿瘤ADC值的变化会因为患者不同而有所不同:有病患的ADC值在治疗的第一周内逐渐下降40%(图1,图2);
也有病患在治疗期间ADC值是逐渐增加的。对于一位有较大的肿瘤的病患,透过MRIdian®的表观弥散系数图(ADC map)观察到瘤内的异质性(如下图)。还有一名肉瘤患者,放射治疗后活检显示小于10%的坏死评分,这样的检验显示,与第五次治疗到第八次治疗观察到ADC 40%的降低具有相关性。
(a)使用MRIdian®系统进行放射治疗的肉瘤患者(患者#4)的扫描CT。扫描CT可以清楚显示骨骼结构,但无法容易区分肿瘤与周围正常组织的边界。
(b)患者的弥散磁共振成像,肿瘤的部分是高信号的,并且与周围组织有明显的区别。
(c)同一患者的ADC图显示肿瘤内的ADC值有极大的异质性。
结论:该研究表明,使用0.35T ViewRay MRIdian®可以进行纵向弥散MRI功能性成像,这种功能性成像将可运用在已放疗反应为引导的自适应放射治疗(response-guided adaptive radiotherapy)。
Yang, Y., Cao, M., Sheng, K., Gao, Y., Chen, A., Kamrava, M., Lee, P., Agazaryan, N., Lamb, J., Thomas, D., Low, D. and Hu, P. (2016), Longitudinal diffusion MRI for treatment response assessment: Preliminary experience using an MRI-guided tri-cobalt 60 radiotherapy system. Med. Phys., 43: 1369–1373.
[注1]MRI可以使用不同成像序列的检查来追踪分子活性,作为肿瘤描绘的另一种方法。最常用于放射治疗的MRI检查之一是弥散磁共振成像(DWI)。DWI是研究组织中自由水分子随意运动的功能性磁共振成像技术。弥散运动将使溶液系统中的浓度梯度逐渐消失。但是,在生物体中细胞内外或小器官内外却能保持不同的化学环境,这是由细胞膜的屏障作用决定的,也就是说,膜有阻碍分子自由通过的功能,从而使有些分子的跨膜弥散受到限制。受限弥散构成了弥散成像的基础。
[注2]水分子在细胞外间隙的移动,受诸多因素的影响,如:液压、浓度、渗透压、温度及细胞外间隙的几何形状等。在活体中,还受呼吸、脉搏搏动、脑脊液搏动等生理活动影响。故常用一个能反映整体组织结构特征的「弥散常数」,即表观弥散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)来表示活体测到的弥散。
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[注3]http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1118/1.4942381/abstract