【笔记】（UPMC）影像定位常规（下）：CT、血管造影、QA、功能成像、波谱、弥散、PET、脑磁图
立体定向CT成像
当使用立体定向CT成像替代(或作为额外的检查)基于头架的立体定向放射外科治疗的MRI定位，明智的是使用短的后立柱以避免后立柱和固定钉产生的伪影。也应该注意谨慎确定固定钉的最佳位置，因为它们会引起CT上的金属伪影。要努力使病灶远离固定钉的伪影。使用现代CT扫描设备，1.25-或2.5毫米层厚(根据病变大小而定)连续扫描，在1-2分钟内采集。CT扫描在某些情况下会特别有用，例如在前庭神经鞘瘤的剂量规划中，耳蜗的可视化(图1)。在将病人从CT床中移出前，要进行准确性检查以确保图像会被GammaPlan®软件接受。
立体定向锥形束CT配合Icon型Leksell伽玛刀的优势
伽玛刀立体定向放射外科治疗期间，对于(有动脉瘤夹，分流管，MRI不兼容的支架，既往手术史，等等且)需要高质量的减少伪影的脑部CT成像的患者，一个很好的替代基于头架的CT成像的选择是在（治疗日）清早开始治疗时，先采集不安装头架下的CT图像，包括平扫和增强。(未安装头架下)脑部对比增强CT，以1.25毫米层厚轴向平面扫描，提供一种快速获取图像的方法，在约十分钟内采集到平扫和对比增强（5分钟延迟）两种影像。CT成像应该覆盖从头顶上方2cm处到颈2（C2）以增强配准的准确性。回到伽玛刀科室后，在有意识的镇静和局部麻醉下，以标准的方式安装头架(对前部额叶病变，尤其是眼部病灶，患者头架的后面使用短杠，头架尽可能向前移动，这样眼睛或者额窦就能在Y< 165的水平)。然后病人可以接受ICON型的锥形束CT，可作为立体定向的参考。在不装头架下获取高质量的CT图像可以与CBCT扫描配准后进行治疗剂量计划设计。
事先取得无伪影的高分辨(如，无框架或固定钉下的3 T)MRI扫描或在治疗当天也可照此采集图像。与往常一样，整个头部的SPGR序列扫描，1.5-mmT1轴向对比增强后(从颈2到头顶)，3mm T2轴向无跳跃(skip)扫描整个头部，以这种方式以靶区为中心进行特定的T2轴向体积研究，并与ICON型锥形束CT配准。
立体定向血管造影
血管造影是AVM放射外科剂量计划的金标准。应该用于与MRI或CT成像联合使用，以提供第三中影像容积。血管造影的技术与常规数字血管造影略有不同，因为立体定向血管成像不仅用于AVM 畸形血管巢（nidus）的确定，而且用于引导辐射到靶区。正交的图像(而不是倾斜或旋转的)是首选但并非是必须的。而对于AVM 畸形血管巢来说，在正交平面上未能适当地观察到时，可以在2维上旋转约10°，而不会影响辐射照射的准确性。数字减法技术，尽管有可能会有径向畸变误差，已证明是令人满意的。我们建议放射外科团队成员在拔除血管造影导管前对血管造影片进行复审以确保:
1. 靶区AVM 畸形血管巢清晰可见，且在基准空间内；
2. 能在图像上看到血管造影定位器上的9项基准标记；
3. 在治疗医生面前进行减影以确保基准标记在减影后仍然可见；
4. 选择(刚出现引流静脉的）早期毛细血管期最好的前后位（AP）和侧位图像，并导出到GammaPlan工作站。
图1所示。前庭神经鞘瘤患者GammaPlan图像。轴向对比增强SPGR序列 MRI, T2容积MRI和CT图像显示耳蜗的位置，及在SPGR序列成像上可见与增强肿瘤之间的关系。
图像质量保证
定期对磁共振成像设备进行质量控制检查以保持图像的准确性。配上适当垫片磁体，定期维修，并对设备和图像进行严格的质量保证，MRI提供高分辨率成像以进行精确的靶区定位。一个特殊的头架固定是用来避免磁共振过程中的头部移动。
1. 在MRI上单独扫描基准盒以检查畸变。
2. 使用网格体模(grid phantom检查畸变。
3. 用已知几何结构的三维体模检查MRI设备的准确性。
4. (每天对每个病人)进行临床检查。
我们用已知几何形状的有21个点的3D体模每年进行磁共振成像测量。这个体模是设计来配套Leksell头架的。(CT, 1.5-T和3-T MRI)成像按照临床协议。这些数据导入GammaPlan电脑。使用GammaPlan软件，得到21个点中每一点的x, y, z坐标。这些测量由至少两个独立的观察员进行。这些数据与这些点的已知坐标相比较。对与已知坐标的偏差进行计算(图2)。
图2所示。三维（3D）MRI体模数据显示三维十字交叉。x, y, z的值都是从Gamma-Plan的每个交叉点得到的，并与已知x、y和z值进行比较，以估计图像畸变。
通过比较头架测量值与图像测量值对每个图像序列进行临床准确性检查。
我们测量两边基准点之间的距离(190毫米)和从顶部到底部的基准点之间的距离(120毫米）；在这些测量中，我们对特定图像序列接受与层厚相等的误差(1-2毫米)。将右边的从后基准点到中间基准点的距离与左边同样的点的距离作比较。当把基准盒准确放置在头架上时，测量值的差异提示MRI时头部倾斜。当获得图像时，治疗床和(CT或MRI)机架应呈90°角。这些图像从Imaging Suite（成像处理设备）通过Ethernet(以太网）导出。图像转输到LGP电脑后，使用Leksell GammaPlan®(LGP)软件定义的图像。此外，在外院无立体定向头架下采集的图像还可以从CD导入到计划系统中进行预规划和随访评价。然而，这些外院图像需要是(行数和列数相等)正方型的（square）和在特定的图像方向上。对选定的患者可以使用特殊的软件和应用程序来改变将方向为偏爱的格式，并将非正方形图像转换为正方形图像以将其导入GammaPlan剂量计划系统。
图3所示。轴向对比增强磁共振成像显示已知的基准点距离的测量值。这些检查是在轴向图像采集到后立刻在MRI控制台上进行。
附加生理和功能代谢成像的作用
生理性MRI和代谢性PET成像可以从形态学成像和突出特定的生物过程中获得额外的信息。这些成像技术能在体内分析肿瘤组织特性，包括化学成分，肿瘤血管系统，灌注，和肿瘤细胞结构。因为非特异性的成像变化可以代表肿瘤进展，或放射副作用，在(胶质瘤或转移瘤)肿瘤复发的情况下，用于评估立体定向放射外科（SRS）治疗后的反应具有挑战性。辐射效应的潜在过程会导致在MRI上对比度增强的暂时增加，在真实进展和放射反应之间，作出鉴别，会极其困难。放射性影像改变的有关机制，包括血管损伤、胶质和白质改变，以及免疫机制。对选择后的病人进行生理性成像确定肿瘤生长还是放射副作用是有帮助的。
磁共振波谱分析
磁共振波谱分析(MRS)是一种可以检测组织中的质子代谢产物并提供关于肿瘤增殖，细胞膜破坏，神经元活性和肿瘤坏死信息的技术。最常见的可检测到的代谢产物包括含胆碱的化合物，肌酐、乳酸、脂质和N -乙酰天冬氨酸(NAA)。获得了波谱图像可以是三维的，也可以是用三维手段采集的。是通过在近似1立方厘米的体素规模范围内映射每种化合物的浓度达到的。由于肿瘤增殖所致细胞膜磷脂转化率增大，以及与正常大脑相比N -乙酰天冬氨酸(NAA)降低，恶性肿瘤的特征是胆碱与N -乙酰天冬氨酸(NAA)比值升高。我们输入磁共振波谱图像并将其与立体定向图像相结合，并将其用于复发性胶质母细胞瘤（GBM）的剂量规划中（图4)。
图4所示。胶质母细胞瘤（GBM）的磁共振波谱（MRS）成像(左)和MR轴向成像(右)映射的磁共振波谱（MRS）成像，可用于放射外科治疗恶性肿瘤的剂量计划中。胆碱与N -乙酰天冬氨酸(NAA)的比值大于2，用红色表示。
磁共振弥散和弥散张量成像
弥散MRI测量在细胞水平的组织中的水的迁移率(mobility)，由此可检测肿瘤组织微环境的变化。由于治疗后细胞肿胀、坏死/凋亡、细胞死亡，或因为脑水肿细胞外水空间的变化，会发生弥散的变化。肿瘤的变化，如放射外科治疗后的细胞死亡，可导致区域性弥散短暂性增加，作为治疗反应的早期标志这点可能很重要。的方向性弥散程度，可用表观弥散系数(ADC)估算。因为采用整个肿瘤的平均表观弥散系数(ADC)值对弥散进行分析，它可以明显低估立体定向放射外科（SRS）治疗后的区域变化。参数响应映射(PRM)表观弥散系数(ADC)是一个体素方面的评估ADC变化的方法，且已被发现可以独立的，早期的预测总体生存率。因为表观弥散系数(ADC)映射是独立于磁共振成像系统，供应商和磁场强度的，它可作为一种准确、无创的检测手段进行纵向性研究。弥散张量成像(DTI)是一种弥散技术能使白质传导束可视化。以往的研究提示，正常表现的脑白质的弥散指数的变化是迟发放射性神经系统毒副反应（delayed radiation- induced neurotoxicity）的一个标志。这些研究考察了弥散指数的变化，包括部分各向异性（fractional anisotropy）作为纤维完整性（fiber integrity）的指数，平均弥散率（mean diffusivity）作为总体弥散率（overall diffusivity）的指数，径向弥散率（radial diffusivity）作为脱髓鞘（demyelination,）的指数，轴向扩散率（axial diffusivity）作为纤维（fiber degradation）降解的指数。外科研究已经证明使用弥散张量成像（DTI）在降低关键结构附近的脑肿瘤切除术的并发症发生风险方面的作用。在立体定向放射外科（SRS）治疗中类似的合并使用弥散张量成像（DTI）白质纤维束跟踪成像（tractography imaging）以在治疗剂量计划中对邻近重要功能区的病变规避正常组织进行勾画可能是有价值的。Koga等记载弥散张量纤维束跟踪成像（diffusion tensor tractography）的应用，并且指出基于这个附加的模态进行AVM病例的剂量计划，运动能力方面的并发症的发生有明显下降。在立体定向放射外科（SRS）治疗剂量计划中合并应用纤维束成像的数据，已有研究表明会带来对包括视束和锥体束在内的关键结构的受照剂量的下降。高清纤维束跟踪(HDFT)是一种新型的使用弥散数据可以以毫米级的分辨率跟踪纤维束从皮层通过复杂的纤维交叉，到皮层和皮层下的靶区的结合处理、重建和纤维跟踪成像技术的方法。我们已经在GammaPlan剂量计划系统中应用高清纤维束跟踪(HDFT)成像对纤维传导束进行可视化以确定丘脑腹侧中间核（the ventralis intermedius nucleus of thalamus）的位置以治疗震颤患者(图5)。
图5所示。高清纤维束跟踪(HDFT)成像显示小脑皮质传导束(CTC)，感觉传导束(ST)和锥体束(PT)。由齿状突组成的小脑皮质传导束(CTC)，在小脑脚上十字交叉跨过中线，然后绕过红核进入丘脑的腹侧中间核（VIM）。然后小脑皮质传导束(CTC)从丘脑的腹侧中间核（VIM）投射到主要的运动皮层(第4区)。小脑皮质传导束(CTC)与丘脑交叉的区域是腹侧中间核（VIM）的位置。这些传导束可以用来确定放射外科丘脑切开术中腹侧中间核（VIM）的位置。
代谢PET成像
PET允许非侵袭性测量肿瘤的乏氧、增殖指数、和细胞凋亡标志物。PET成像可能有助于鉴别肿瘤再生长与放射副反应。这种类型的细胞和生理信息可以与MR成像组合使用，其仍具有相对优势，提高空间分辨率，改善放射外科的靶区体积的轮廓。11C-蛋氨酸（methionine） -PET显示代谢活跃的肿瘤会增加放射性示踪剂的摄取，并可检测到脑肿瘤中细胞代谢的增加，与正常脑部组织相比，涉及在血脑屏障水平上由L型氨基酸载体介导de1蛋白转运增加。能比18F标记的2-氟-2-脱氧-D-葡萄糖-PET更好地鉴别肿瘤与背景脑部信号，由于在大脑中内在葡萄糖的高水平摄取更难说明。Levivier等将立体定向正电子发射断层摄影术与57例肿瘤患者的伽玛刀治疗剂量计划整合。62例肿瘤的正电子发射断层摄影术的摄取异常，其中69%演示的结果改变了MRI 上确定的肿瘤的靶区。PET可以是一个用于检测放射性坏死与肿瘤生长的重要的工具。在某些情况下，可以使用PET图像利用放射外科靶向针对活的肿瘤。
图6所示。一名52岁的妇女，因脑转移瘤接受放射外科治疗后，起初有明显的肿瘤缩小，后出现强化病变的再生长。。最初，她采取保守治疗，推测诊断为放射副作用。然而，正电子发射断层扫描(PET)显示，病变内的代谢活动增加，提示有肿瘤生长。她因这个病灶接受再次放射外科肿瘤。放射外科治疗剂量计划采用轴向造对比增强MRI和PET图像，计划中确保完全覆盖。3个月随访MRI(右)显现明显的肿瘤缩小。
脑磁图
脑磁图(MEG)通过检测与颅内神经元的电活动有关的磁场，提供大脑皮层功能的功能性成像。在实践中,它已被用来识别感觉，运动，视觉，和语言皮层。这是与颅内脑叶病变的发生一样关键重要的，如AVM可导致功能性大脑皮层的移位。因此,基于单独使用MRI进行解剖成像识别关键脑区可能不够准确。需要可视化和保护关键的皮质区域是至关重要的，在放射外科治疗剂量计划中包括这些区域可能导致与放射副作用有关的永久性的神经功能障。整合基于脑磁图的功能成像，最大限度地提高放射外科剂量计划的准确性已经得到落实。Aoyama等报道21例患者接受放射外科治疗和脑磁图。他们发现71%的患者需修改原来的激励计划。我们将基于脑磁图的关键皮质定位纳入伽玛刀立体定向放射外科的剂量规划，当关键的皮质结构有受照高剂量的风险时，显示它可以作为一种有价值的辅助成像。这些修改能最大限度地达到剂量计划的适形性，会有助于尽量减少出现来自持续的辐射损伤的症状性放射副作的风险，或甚至是永久性的障碍(图7)。
图7所示。运动皮层附近的AVM放射外科治疗剂量计划。这个病人接受脑磁图（MEG）描记来映射他的运动皮层，用红色的体积表示。放射外科治疗的剂量计划用黄色表示。运动皮层的MEG映射是用来减少运动皮层的剂量衰减。
结论
在过去的20年里，我们目睹了立体定向成像技术重大改进。目前，MRI是大多数中心首选的影像学检查方法。此外，磁共振成像之外，还可以使用CT成像。未来，更加精确的成像技术和改进的软件用来处理功能性图像，如HDFT（高清传导纤维束成像）和MEG（脑磁图），将提供更好的治疗，以使病人有更好的结果。
（翻译自Ajay Niranjan等《Imaging Techniques for Leksell Radiosurgery》）