【文献快递】模体评估脑部放射外科中以MRI为基础的靶区精度
《Physics Medicine》 杂志2021年5月17日在线发表意大利University of Florence的S Calusi, C Arilli, E Mussi,等撰写的《模体评估脑部放射外科中以MRI为基础的靶区精度。In phantom evaluation of targeting accuracy in MRI-based brain radiosurgery》（doi: 10.1016/j.ejmp.2021.05.014.） 。
目的
确定采用不同MRI和MRI + CT组合的颅脑放射外科手术方案的靶区准确性。
材料与方法
设计并实现了一种新的模体——BrainTool，用于在真实解剖情况下测试图像的协同配准和靶区精度。这个模体是用3D打印机和材料制作的，这些材料模仿了真实的大脑磁共振成像和CT对比，使用的是从人脑部磁共振合成研究中提取的模型。BrainTool中分布着8个标记，用于评估图像配准的准确性，而包含电离室的两个空腔则用于使用重复交叉扫描方法（iterative cross-scan method）进行靶区精度测量。仅使用1.5 T MRI或结合MRI(采用1.5 T或3 T扫描)和CT进行伽玛刀治疗的两种程序进行了研究。由于畸变会影响靶区精度，我们使用GammaTool模体对MR图像进行了初步评估，以评估图像的变形程度。
结果
两种扫描所拍摄的MR图像平均畸变0.3 mm，最大畸变1 mm。两种MRI扫描的图像配准的标记距离均低于0.5 mm。仅使用MRI(MRI-only)和MRI + CT (1,5T和3T)获得的靶区不匹配（The targeting mismatches）分别为0.8 mm、1.0 mm和1.2 mm。
讨论
在这项工作中，我们提出研发的拟人化的模体（anthropomorphic phantom ）来评估伽玛刀治疗程序的靶区精度。使用这个模体，可以比较标准的仅使用MRI和MRI + CT程序的准确性。此外，在MRI + CT程序中，我们考虑了1.5 T和3 T MRI扫描的图像，以探讨靶区精度对静态磁场强度的可能依赖（a possible dependence of the targeting accuracy on the strength of the static magnetic field ）。
仅使用MRI和MRI + CT (1.5 T或3 T)程序的定位精度分别为0.8 mm、1.0 mm和1.2 mm，因此可以与扫描层厚的图像数据集相媲美（comparable to the image datasets of slice thicknesses ）。
这些结果表明，如果伽玛刀的所有步骤都得到了很好的优化，即使MRI是在3T静态磁场下进行的使用MRI + CT方法的操作足够精确，可以进行脑部立体定向放射外科治疗。
确保脑部放射外科治疗的靶区精度是非常重要的:如文献所述，靶区不确定性退化(consequences of targeting uncertainty degradation )(> 1mm)对于小的靶区和对三叉神经痛的治疗、动静脉畸形的闭塞和转移瘤的消退的作用折损（compromise ）具有临床意义。
在我们的病例中，1.5和3静态磁场强度下 ，MR图像的几何畸变很低(体积约为16cm x16cmx12cm下，最大值<0.8 mm,)。结果证实，采集参数，包括RT读出带宽，在两种情况下均得到了很好的优化，以获得尽可能低的畸变，同时保持足够的信噪比。
大量关于伽玛刀MRI畸变的研究旨在验证优化成像程序后，使残留畸变的程度足够低，可以达到脑部立体定向放射外科治疗所需的高精度。这些调查发现，不同的结果取决于映射体积、序列类型、采集设置和所使用的扫描设备。所有工作(包括我们的)的唯一共同的结果是，较大的畸变位于远离扫描轴处，因此只有在非常小的周边靶区的情况下才应该采取预防措施。然而，值得注意的是，大量的畸变可能会影响定位器的形状（impact on localizer shape ），从而影响仅采用MRI程序的立体定向空间定义精度，在我们的病例中，略高于CT + MRI程序。
在协同配准精度的情况下，发表的结果也因进行评价的方法而异。在我们的研究中,协同配准图像的标记（1.5 T和3 T MRI检查分别为0.5毫米和0.3毫米的）平均距离仅限于一个包括整个拟人化模体的一部分的ROI（感兴趣区），,但当配准应用于整个FOV（视场角），会有更糟的结果。
正如一些著作所强调的那样，使用几何模体来测量协同配准精度只是检测系统相关畸变的贡献，而配准算法的能力并没有得到完全的探索。我们的模体，有着真实的解剖结构和MRI和CT对比，旨在达到检查治疗过程的准确性，尽可能与真实患者的情况相似。
据我们所知，目前还没有研究将仅使用MRI和MRI + CT手术的靶区准确性进行比较。Jonker等回顾了图像融合在立体定向放射外科中的应用，Wangerid等比较了仅使用MRI或MRI + CT程序治疗前庭神经鞘瘤获得的剂量分布，但这些研究中没有报道这两种方法的整体靶区准确性。本工作获得的结果表明，使用BrainTool模体和重复交叉扫描方法，可以对伽玛刀放射外科进行靶区精度评估，其不确定性大小与用于治疗的图像的最大像素大小的顺序相同（an uncertainty on the order of the maximum pixel size of the images employed for the treatment ）。
模体可以进一步用于计划程序，涉及常规使用图像协同配准，如在最近的 (瑞典斯德哥尔摩Elekta AB)Icon型伽玛刀系统。Icon型中包括集成的成像系统，允许在治疗前调整计划，并在大分割方案中执行图像验证，最近测试用于治疗大型病变或靠近敏感结构(如脑干)的病变。此外，模体可用于测试任何放射治疗方法进行的脑部放射外科治疗的靶向和共协同配准精度。
结论
联合使用MR和CT图像的程序提供的靶区准确性可与仅使用MRI的程序方法相媲美。BrainTool被证明是一种适合进行伽玛刀脑部放射外科治疗的协同配准和靶区准确性评估的工具。