MRI引导放射治疗研究进展_邵雨卉
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1． 手 工 赋 值 法（manual bulk density assignment）
对于解剖结构复杂的部位，手动勾画不同解剖结 构（骨、肺、软组织等），并相应赋予不同的电子密 度值可增加剂量计算的精确性。利用这种方法颅内肿 瘤的剂量误差大约为 1％ [1,2]，前列腺癌的剂量误差大 约在 1％～ 2％之间 [1,3]。对于胸部肿瘤，通过对软组 织和肺的电子密度赋值，也可实现剂量计算的高精确 性 [1]。该方法未能临床广泛应用主要原因在于耗时、 费力、效率低。手工赋值法适用于单一均匀组织的
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MRI 引导放疗计划制定。 2．图谱赋值法 利用 MRI 图像集自动生成电子密度数据，采用
变形配准方法赋予患者 MRI 电子密度信息，其剂量 计算结果与手工赋值法相仿。该方法的优点是自动化 完成、效率高。Dowling 等人的研究表明图谱赋值法 在剂量计算上的误差小于 2％ [4]。图谱赋值法依赖于 图像配准方法，不适用于解剖结构分辨率低的解剖部 位，配准还存在误差问题。
磁场会影响剂量探测器的准确性，特别是电离室。 通过蒙特卡罗模拟的 NE2571 Farmer-type 电离室 [27] 实验显示，取决于 1.5 T 磁场的方向的不同，响应变 化最大可达 11%。
2．3 辐射对磁共振 RF 线圈的影响：研究显示 MRI 接收线圈尺寸小，可忽略其对射野的影响 。 [28] Burke 等研究表明低强度磁场中 RF 线圈受照射可产 生辐射感应电流 [29]。Hoogcarspel 等研究显示在 1.5T （64 兆赫）时，照射 RF 线圈不会降低信噪比 。 [28]
MRI 在 线 引 导 放 疗 设 备 进 展
MRI 在 线 引 导 放 疗（magnetic resonanceguided radiotherapy，MRgRT） 设 备 研 发 的 主 要 挑战是磁场与射线的相互作用，3 个主要技术障碍是 MRI 磁场干扰、射频干扰和射线在磁场中的传输。 2009 年 Raaymakers B W 等研究显示在放疗同时进 行高品质的 MRI 是可行的 。 [17]
1．弥散加权成像（diffusion weighted imaging， DWI ）
可以从分子水平早期监测放疗疗效并评估预后。 已有研究表明 [7-10]，在头颈部肿瘤、前列腺癌、妇科 肿瘤中，DWI 能非创伤性地早期敏感地评估放疗疗 效和预后。
2． 灌 注 成 像（perfusion weighted imaging， PWI）
中国医学计算机成像杂志 2016 年第 22 卷第 5 期 Chin Comput Med Imag, 2016, 22 (5)
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ERE）。ERE 的程度取决于放射野的大小、磁场强 度和表面方向。Raaymakers 等认为对穿野照射可以 抵消电子折返效应的影响 ， [22] 当 IMRT 使用多个对 穿野时可以补偿电子折返效应 [23]。平行于射束的磁场， 对组织－空气界面的影响较小，然而，来自辐射源和 空气柱的污染电子，通过平行磁场被光子束捕获，可 潜在增加入射时的剂量 [24,25] 。对于现实 MRI 杂散磁 场，这种影响可能是有限的 [26]，有待进一步调查研究。
Progress of Magnetic Resonance Imagine Guided Radiotherapy
SHAO Yu-hui,FU Jie
【Abstract】MRI guided radiotherapy is capable of providing the most precise image diagnosis and outstanding performance of treatment. With the significant development of the technique nowadays, it is possible to apply accurate customized radiotherapy treatment with MRI. The potential applications of MRI in tumor contouring, treatment planning, online-IGRT, and proton therapy has been under active investigation. 【Key words】MRI,Radiation therapy
4．其他 研 究 发 现 动 态 对 比 － 增 强 MRI(dynamic contrast-enhanced MRI，DCE- MRI) 可以用于检 测宫颈癌的氧合水平及放射治疗后疗效的评估 。 [13-15] Hoskin 等 [16] 发现，BOLD-MRI 检测前列腺肿瘤内 缺氧具有高灵敏度和低特异性。BOLD 效应还受血流 量、血红蛋白水平和脉管等因素的影响。 MRI 功能定量成像应用在放射治疗的评估中还 存在以下挑战，包括数据可复性、生物标记解读、图 像质量和数据分析等。功能定量 MRI 引导放疗发展 还需要全面的研究。
MR 孔径 安装要求
MRI 引 导 的 质 子 放 疗
Bragg 峰带来的陡峭的剂量梯度变化导致质子比 光子放疗更需要实时解剖定位，迫切要求高精度图像 引导以发挥质子放疗的优势，减少正常组织受照射。 质子本身为带电粒子，光束轨迹会受磁场影响发生偏 移，这可以通过计算分析 [30]。因为磁场中的次生电子 在质子放疗中相对于光子放疗中的相对能量更低，其 影响可以忽略不计 [31]。目前 MRI 引导的质子放疗还 处于早期研究阶段。
近来 MRI 在放射治疗的靶区勾画、治疗计划制 定、放疗的在线引导等方面均得到广泛研究、其目的 是使放射治疗更加精确化、个体化。本文汇集近年来 文献对 MRI 引导放射治疗研究进展综述如下。
MRI 引导放射治疗靶区勾画
准确勾画靶区是精确放疗的基础和保证，肿瘤靶 区勾画的准确性将直接影响肿瘤局部控制率和周围关 键器官毒副反应。CT 对电子密度差异小的相邻解剖结 构分辨能力差 ( 如肿瘤和软组织之间 )。MRI 可以明显 改善软组织分辨能力，且 MRI 为多参数成像，具有更 丰富的信息；MRI 可以更早期、更细致地显示肿块与 周围组织结构的解剖关系，从而清楚显示肿瘤侵犯范 围，有利于靶区的确定及放射治疗计划的个体化。
中国医学计算机成像杂志 2016 年第 22 卷第 5 期
影像引ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ介入治疗
C hin Co mpu t Med I m ag, 2016, 22 ( 5) IMAGE-GUIDED INTERVENTIONAL THERAPY
MRI 引导放射治疗研究进展
邵雨卉 付 杰
– 491 –
【摘要】MRI 引导放射治疗可以实现最佳的影像诊断准确度和精准的治疗效果。放射治疗和 MRI 技术迅速 发展使放射治疗精确化、个体化成为现实。MRI 引导放射治疗在靶区勾画、治疗计划制定、在线实时引导 及其设备、MRI 引导质子治疗等方面均得到广泛研究。 【关键词】磁共振成像；放射治疗 中图分类号：R8144.42 文献标志码：B 文章编号：1006-5741（2016）-05-0491-04
展 望
MRI 在放疗计划制定和实施过程中更精准地确 定靶区的范围；在肿瘤放疗过程中的监测肿瘤变化、 评估治疗反应以及预后；MRI 可减少近距离治疗过 程操作者依赖，量化并增加治疗的精确性；MRI 在 线引导放射治疗将对目前放疗产生巨大的影响。虽然
作者 磁场强度 (Tesla)
放射源 实时在线 MRI
划的制定和实施过程中更科学地确定靶区的范围，在 肿瘤放疗后的进展观察、反应评估以及预后的评价也 有积极的意义。Rock 等采用 MRS 来鉴别放射性坏 死和肿瘤复发，并在 MRS 检查后 48 h 内行立体定 向活检证实，Cho/Cr 和 Lip-Lac/Cho 可以用于鉴 别肿瘤和坏死组织 [11]。Tarnawski 等的研究证实对于 恶性胶质瘤，Lac/NAA 是重要的预后因子 。 [12]
MRI 功 能 成 像 引 导 放 射 治 疗
MRI 功能定量成像可一次成像提供解剖和功能 信息，是评估肿瘤放射治疗反应的重要工具。MRI 功能定量成像可以用来量化放射治疗引起的放射靶区 和危及器官的功能变化，疗前的功能变化数据可以用 于检测肿瘤的放射敏感性、评价疗效，并进一步在放 疗过程中优化放疗计划，如改变分割剂量，优化治疗 靶区并提高靶区剂量 [6]，从而获得最佳的治疗结果。
疗过程。MRI 引导放射治疗计划计算的优势在于避 免了该误差的产生，减少 CT 扫描、简化流程、降低 费用，并减少辐射。由于 MRI 无法直接提供电子密 度信息，需要从 MRI 数据中转换出等效电子密度数 据。方法主要有手工赋值法（manual bulk density assignment），图谱赋值法（atlas methods）和像素 转换法（voxelwise conversion）。
Chin Comput Med Imag，2016，22：491-494 Department of Radiation Oncology, The 6th People’s Hospital of Shanghai Jiaotong University Address: 600 Yishan Rd, Shanghai 200233, P.R.C. Address Correspondence to FU Jie (E-mail: fujieqing@)
能够在活体上快速而几乎无创的量化反映肿瘤 微血管生成及分布情况，从而达到评价恶性程度及放 疗反应的目的。
3． 磁 共 振 波 谱 成 像 (magnetic resonance spectroscopy imaging, MRS)
由于代谢异常通常早于结构变化，可以在放疗计
中国医学计算机成像杂志 2016 年第 22 卷第 5 期 Chin Comput Med Imag, 2016, 22 (5)
对于解剖结构复杂的部位，手动勾画不同解剖结 构（骨、肺、软组织等），并相应赋予不同的电子密 度值可增加剂量计算的精确性。利用这种方法颅内肿 瘤的剂量误差大约为 1％ [1,2]，前列腺癌的剂量误差大 约在 1％～ 2％之间 [1,3]。对于胸部肿瘤，通过对软组 织和肺的电子密度赋值，也可实现剂量计算的高精确 性 [1]。该方法未能临床广泛应用主要原因在于耗时、 费力、效率低。手工赋值法适用于单一均匀组织的
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MRI 引导放疗计划制定。 2．图谱赋值法 利用 MRI 图像集自动生成电子密度数据，采用
变形配准方法赋予患者 MRI 电子密度信息，其剂量 计算结果与手工赋值法相仿。该方法的优点是自动化 完成、效率高。Dowling 等人的研究表明图谱赋值法 在剂量计算上的误差小于 2％ [4]。图谱赋值法依赖于 图像配准方法，不适用于解剖结构分辨率低的解剖部 位，配准还存在误差问题。
磁场会影响剂量探测器的准确性，特别是电离室。 通过蒙特卡罗模拟的 NE2571 Farmer-type 电离室 [27] 实验显示，取决于 1.5 T 磁场的方向的不同，响应变 化最大可达 11%。
2．3 辐射对磁共振 RF 线圈的影响：研究显示 MRI 接收线圈尺寸小，可忽略其对射野的影响 。 [28] Burke 等研究表明低强度磁场中 RF 线圈受照射可产 生辐射感应电流 [29]。Hoogcarspel 等研究显示在 1.5T （64 兆赫）时，照射 RF 线圈不会降低信噪比 。 [28]
MRI 在 线 引 导 放 疗 设 备 进 展
MRI 在 线 引 导 放 疗（magnetic resonanceguided radiotherapy，MRgRT） 设 备 研 发 的 主 要 挑战是磁场与射线的相互作用，3 个主要技术障碍是 MRI 磁场干扰、射频干扰和射线在磁场中的传输。 2009 年 Raaymakers B W 等研究显示在放疗同时进 行高品质的 MRI 是可行的 。 [17]
1．弥散加权成像（diffusion weighted imaging， DWI ）
可以从分子水平早期监测放疗疗效并评估预后。 已有研究表明 [7-10]，在头颈部肿瘤、前列腺癌、妇科 肿瘤中，DWI 能非创伤性地早期敏感地评估放疗疗 效和预后。
2． 灌 注 成 像（perfusion weighted imaging， PWI）
中国医学计算机成像杂志 2016 年第 22 卷第 5 期 Chin Comput Med Imag, 2016, 22 (5)
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ERE）。ERE 的程度取决于放射野的大小、磁场强 度和表面方向。Raaymakers 等认为对穿野照射可以 抵消电子折返效应的影响 ， [22] 当 IMRT 使用多个对 穿野时可以补偿电子折返效应 [23]。平行于射束的磁场， 对组织－空气界面的影响较小，然而，来自辐射源和 空气柱的污染电子，通过平行磁场被光子束捕获，可 潜在增加入射时的剂量 [24,25] 。对于现实 MRI 杂散磁 场，这种影响可能是有限的 [26]，有待进一步调查研究。
Progress of Magnetic Resonance Imagine Guided Radiotherapy
SHAO Yu-hui,FU Jie
【Abstract】MRI guided radiotherapy is capable of providing the most precise image diagnosis and outstanding performance of treatment. With the significant development of the technique nowadays, it is possible to apply accurate customized radiotherapy treatment with MRI. The potential applications of MRI in tumor contouring, treatment planning, online-IGRT, and proton therapy has been under active investigation. 【Key words】MRI,Radiation therapy
4．其他 研 究 发 现 动 态 对 比 － 增 强 MRI(dynamic contrast-enhanced MRI，DCE- MRI) 可以用于检 测宫颈癌的氧合水平及放射治疗后疗效的评估 。 [13-15] Hoskin 等 [16] 发现，BOLD-MRI 检测前列腺肿瘤内 缺氧具有高灵敏度和低特异性。BOLD 效应还受血流 量、血红蛋白水平和脉管等因素的影响。 MRI 功能定量成像应用在放射治疗的评估中还 存在以下挑战，包括数据可复性、生物标记解读、图 像质量和数据分析等。功能定量 MRI 引导放疗发展 还需要全面的研究。
MR 孔径 安装要求
MRI 引 导 的 质 子 放 疗
Bragg 峰带来的陡峭的剂量梯度变化导致质子比 光子放疗更需要实时解剖定位，迫切要求高精度图像 引导以发挥质子放疗的优势，减少正常组织受照射。 质子本身为带电粒子，光束轨迹会受磁场影响发生偏 移，这可以通过计算分析 [30]。因为磁场中的次生电子 在质子放疗中相对于光子放疗中的相对能量更低，其 影响可以忽略不计 [31]。目前 MRI 引导的质子放疗还 处于早期研究阶段。
近来 MRI 在放射治疗的靶区勾画、治疗计划制 定、放疗的在线引导等方面均得到广泛研究、其目的 是使放射治疗更加精确化、个体化。本文汇集近年来 文献对 MRI 引导放射治疗研究进展综述如下。
MRI 引导放射治疗靶区勾画
准确勾画靶区是精确放疗的基础和保证，肿瘤靶 区勾画的准确性将直接影响肿瘤局部控制率和周围关 键器官毒副反应。CT 对电子密度差异小的相邻解剖结 构分辨能力差 ( 如肿瘤和软组织之间 )。MRI 可以明显 改善软组织分辨能力，且 MRI 为多参数成像，具有更 丰富的信息；MRI 可以更早期、更细致地显示肿块与 周围组织结构的解剖关系，从而清楚显示肿瘤侵犯范 围，有利于靶区的确定及放射治疗计划的个体化。
中国医学计算机成像杂志 2016 年第 22 卷第 5 期
影像引ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ介入治疗
C hin Co mpu t Med I m ag, 2016, 22 ( 5) IMAGE-GUIDED INTERVENTIONAL THERAPY
MRI 引导放射治疗研究进展
邵雨卉 付 杰
– 491 –
【摘要】MRI 引导放射治疗可以实现最佳的影像诊断准确度和精准的治疗效果。放射治疗和 MRI 技术迅速 发展使放射治疗精确化、个体化成为现实。MRI 引导放射治疗在靶区勾画、治疗计划制定、在线实时引导 及其设备、MRI 引导质子治疗等方面均得到广泛研究。 【关键词】磁共振成像；放射治疗 中图分类号：R8144.42 文献标志码：B 文章编号：1006-5741（2016）-05-0491-04
展 望
MRI 在放疗计划制定和实施过程中更精准地确 定靶区的范围；在肿瘤放疗过程中的监测肿瘤变化、 评估治疗反应以及预后；MRI 可减少近距离治疗过 程操作者依赖，量化并增加治疗的精确性；MRI 在 线引导放射治疗将对目前放疗产生巨大的影响。虽然
作者 磁场强度 (Tesla)
放射源 实时在线 MRI
划的制定和实施过程中更科学地确定靶区的范围，在 肿瘤放疗后的进展观察、反应评估以及预后的评价也 有积极的意义。Rock 等采用 MRS 来鉴别放射性坏 死和肿瘤复发，并在 MRS 检查后 48 h 内行立体定 向活检证实，Cho/Cr 和 Lip-Lac/Cho 可以用于鉴 别肿瘤和坏死组织 [11]。Tarnawski 等的研究证实对于 恶性胶质瘤，Lac/NAA 是重要的预后因子 。 [12]
MRI 功 能 成 像 引 导 放 射 治 疗
MRI 功能定量成像可一次成像提供解剖和功能 信息，是评估肿瘤放射治疗反应的重要工具。MRI 功能定量成像可以用来量化放射治疗引起的放射靶区 和危及器官的功能变化，疗前的功能变化数据可以用 于检测肿瘤的放射敏感性、评价疗效，并进一步在放 疗过程中优化放疗计划，如改变分割剂量，优化治疗 靶区并提高靶区剂量 [6]，从而获得最佳的治疗结果。
疗过程。MRI 引导放射治疗计划计算的优势在于避 免了该误差的产生，减少 CT 扫描、简化流程、降低 费用，并减少辐射。由于 MRI 无法直接提供电子密 度信息，需要从 MRI 数据中转换出等效电子密度数 据。方法主要有手工赋值法（manual bulk density assignment），图谱赋值法（atlas methods）和像素 转换法（voxelwise conversion）。
Chin Comput Med Imag，2016，22：491-494 Department of Radiation Oncology, The 6th People’s Hospital of Shanghai Jiaotong University Address: 600 Yishan Rd, Shanghai 200233, P.R.C. Address Correspondence to FU Jie (E-mail: fujieqing@)
能够在活体上快速而几乎无创的量化反映肿瘤 微血管生成及分布情况，从而达到评价恶性程度及放 疗反应的目的。
3． 磁 共 振 波 谱 成 像 (magnetic resonance spectroscopy imaging, MRS)
由于代谢异常通常早于结构变化，可以在放疗计
中国医学计算机成像杂志 2016 年第 22 卷第 5 期 Chin Comput Med Imag, 2016, 22 (5)
