研究背景肺癌发病率、死亡率呈逐年上升趋势,已成为严重威胁人类生命健康的恶性肿瘤之一。由于早期缺乏明显的临床表现,30-40%肺癌患者在确诊时已经为中晚期。中央型肺癌常常伴有阻塞性肺炎,后者导致肺容积的减少最终出现阻塞性肺不张。肺不张和肺癌组织在常规的CT图像中显示密度相似,将肺癌和肺不张组织完全区别开来存在着一定的困难,但是将肿瘤与肺不张区别开来对于肺癌的临床分期、组织活检、肿瘤的靶区勾画以及疗效评价都具有重要意义。放射治疗是肺癌患者的一种重要治疗手段。现代精确放疗技术如立体定向放疗和调强放疗技术可以显著提高肺肿瘤的照射剂量并且能够降低周围正常组织的受量。目前放疗的趋势是以精确定位、精确计划、精确治疗为基本要求,以最大限度地杀灭肿瘤细胞,同时有效保护周围正常组织,而这其中靶区的精确定位尤为关键。中央型肺癌合并肺不张行三维适形或调强放疗时靶区的确定是整个放射治疗中最关键最基础的一环。精确的靶区勾画能够给予肿瘤组织最大的治疗剂量,同时又减少对危及器官的放射损伤,既能取得良好的治疗效果,又可以最大限度的减少并发症的发生,取得较好的预后。肺癌的放疗靶区勾画目前多数是以增强CT为影像学基础。众所周之,CT图像的空间分辨率较高,而它的软组织分辨率则不是太理想,特别是对于合并肺不张的中央型肺癌患者,由于不张的肺组织和肺癌组织都可以表现为实体组织影像,因此单纯用CT来将肺肿瘤和不张肺组织区别开来有困难,而基于CT图像勾画的中央型肺癌的靶区精确性就存在一定的局限,如果将不张的肺组织误画为肿瘤组织,就会增加正常组织特别是肺组织的放疗受量,同时增加放射性肺炎等相关并发症的发生率,给患者的治疗后生活质量带来极大的损害。PET-CT是近几年发展较快的一种功能性影像学技术,该项技术的显像基础是18F-FDG在不同代谢水平组织可以出现浓聚程度的差异,而18F-FDG在组织内的浓聚程度与细胞内的糖酵解水平高低呈正相关。CT可显示机体精细的断层解剖结构,PET则能从分子水平上反映人体组织的代谢水平,因此PET-CT可以实现PET图像和CT图像的同机高精度融合。众多的研究结果表明,PET-CT能显著提高肺癌诊断的准确性和敏感性,并且PET-CT在诊断肺癌纵隔淋巴结转移及微小转移灶方面优于CT。因此近几年来,PET-CT开始应用于肺癌精确放疗的靶区勾画。由于肺不张组织糖酵解水平远低于肺癌组织,根据组织的SUV值的差异,可以比较容易的区分肿瘤组织和周围肺不张。PET-CT在确定肺不张与局部病变相互关系方面的优势,提高了肿瘤放疗靶区勾画的精确性。但是,PET-CT也有一定的缺点,比如当病变区域出现炎症,结核或者矽肺时容易出现假阳性结果;另一方面PET-CT的空间分辨率较低,并且对于较小的转移灶容易出现假阴性结果。因此将PET-CT作为肺癌靶区勾画的金标准仍然存在一定的争议。近年来,磁共振技术的发展较快,特别是硬件和软件水平的提高,使DWI-MRI技术在肿瘤的诊断治疗方面的应用受到了较多的关注。DWI-MRI是以细胞外组织间隙水分子随机弥散运动为基础、反映组织细胞微环境变化的医学影像技术。由于肿瘤组织具有增殖旺盛、细胞密度高、细胞内大分子蛋白含量高等特性,细胞外空间减少,导致水分子细胞外和细胞内扩散受到限制,因此在DWI图像上表现为高信号。以DWI-MRI图像作为肿瘤放疗靶区勾画的影像学基础,已经在多种肿瘤中有报道,比如在前列腺癌,头颈肿瘤等。由于肺癌组织在DWI-MRI图像上表现为高信号影像,与周围正常肺组织对比明显。因此众多的研究结果表明,DWI-MRI技术在肺癌的诊断的敏感性和特异性方面能够相媲美于PET-CT,特别是在转移淋巴结及微小转移灶的发现方面甚至优于 PET-CT。但是应用DWI-MRI技术作为合并肺不张的中央型肺癌的靶区勾画的影像学基础目前的研究还比较少。因此我们课题的目的就是研究DWI-MRI技术在合并肺不张的中央型肺癌精确放疗中的应用,相比于PET-CT和CT技术,我们评价基于DWI-MRI技术勾画靶区的特点,比较周围危及器官的放射受量变化,从而拟为临床上应用DWI-MRI技术作为合并肺不张的中央型肺癌患者精确放疗靶区勾画的基础提供参考信息,并为以后基于DWI-MRI图像进行靶区自动勾画提供依据。本课题拟分两部分进行研究。第一部分DWI-MRI在合并肺不张的中央型肺癌精确放疗靶区勾画中的应用研究世界范围内肺癌是导致患者死亡最为常见的一种肿瘤。中央型肺癌常常伴发阻塞性肺炎而后者可以导致肺不张发生。肺癌的精确靶区勾画是精确放疗的基础,而常规基于CT图像勾画的靶区由于分辨率所限,精确性和适形性方面存在着一定的局限。PET-CT在肺癌的靶区勾画方面优势明显。随着MRI技术的发展,将DWI-MRI技术作为合并肺不张的肺癌的靶区勾画的影像技术成为近期的研究热点。目的探讨磁共振弥散加权成像技术(diffusion weighted imaging,DWI)在合并肺不张的中央型肺癌精确放疗靶区勾画中的应用价值及意义。材料与方法27例合并肺不张的中央型肺癌患者纳入研究,所有患者均病理学证实。所有入组患者在一周内先后行胸部强化CT、PET-CT、DWI-MRI检查,根据扫描结果将PET、DWI-MRI分别与强化CT进行图像配准,根据获得的图像分别勾画大体肿瘤靶区GTVCT、GTVPET、和GTVMRI,计算GTV体积和变异系数并进行比较,比较GTVCT、GTVPET、GTVMRI在三维空间中的靶区中心间距,并对图像信息的ADC值和SUV值进行分析。用SAS9.3(SAS公司,USA)软件进行分析。通过单因素方差分析对三种图像方法的每个指数的平均值进行比较。我们还计算了皮尔森相关系数(Pearson correlation coefficient)来检验三者之间的相关性。在所有的检验中,P<0.05被视为差异有统计学意义。结果27 例患者平均 GTVCT 为 109.45±14.90cm3,GTVPET为 85.23±13.10c m3,GTVMR1 为 83.10±14.26c m3。GTVCT较GTVMR1 大,差值为 26.34±6.39 cm3,差异有显著统计学意义(P<0.01);GTVCT大于GTVPET,差值为24.22±5.84 c m3,差异有统计学意义(P<0.01)。GTVPET稍大于GTVMRI,差值为2.12±2.46 c m3,但是差异无统计学意义(P>0.05)。GTVCT的变异系数较大,为33.76%,GTVPET和GTVMRI的变异系数较小,分别为32.00%和 26.60%。GTVcT和 GTVPET 靶区中心间距 VCT-PEET平均为 0.87±0.54cm,GTVMRI和 GTVPET 靶区中心、间距 VMRI-PET 平均为 0.72 ±0.34cm,VCT-PET与 VMRI-PET相比,差异无统计学意义(P>0.05)。肿瘤组织的平均ADC值小于肺不张组织,并与肿瘤的最大SUV值呈显著负相关。结论对于合并肺不张的中央型肺癌患者,基于DWI-MRI勾画的大体肿瘤靶区体积GTVMRI可以媲美于GTVPET,都显著小于GTVCT,勾画的靶区的一致性和重复性都好于GTVCT。GTVMRI,GTVCT与GTVPET在三维空间中的靶区中心一致性好,三者在三维空间中靶区中心无明显的空间错位。对于合并肺不张的中央型肺癌,应用DWI-MRI对大体肿瘤靶区体积及靶区外轮廓的确定有很大的指导意义,同时该措施有助于降低不同医师间靶区勾画的差异。第二部分DWI-MRI对合并肺不张的中央型肺癌精确放疗计划中危及器官剂量影响基于扫描图像的肿瘤靶区勾画,在放射治疗计划中至关重要。近几年磁共振弥散加权成像技术(DWI-MRI)在肿瘤放疗靶区勾画方面逐渐成为一种有广阔发展前景的影像技术,在某方面可能优于强化计算机断层扫描(CT)和正电子发射断层扫描(PET)。我们的前期研究结果显示,对于中央型肺癌合并肺不张患者,在精确放疗大体肿瘤靶区勾画方面,DWI-MRI优于CT,可以媲美于PET-CT。评价靶区勾画及放疗计划的优劣,危及器官的照射剂量是非常重要的一个方面。在保证肿瘤靶区照射剂量的基础上,有效减少危及器官的受量有利于减少放疗并发症,从而提高患者的治疗后生活质量。目的评价基于DWI-MRI图像勾画的合并肺不张中央型肺癌患者放疗计划中危及器官包括肺、心脏和脊髓受量的变化。材料与方法27例合并肺不张的中央型肺癌患者纳入研究,所有患者均病理学证实。所有的入组患者在一周内先后行胸部强化CT、PET-CT、DWI-MRI检查,根据扫描结果将PET、DWI-MRI分别与强化CT进行图像配准,根据勾画的GTV制定放疗计划PlanCT,PlanPET,PlanMRI,计算并比较危及器官肺、心脏和脊髓受量的变化。用SAS9.3(SAS公司,USA)软件进行数据的统计学分析。三种勾画方式所做的放疗计划中肺、心脏及脊髓的受量都用均数±标准差表示,危及器官的受量比较运用student’ s t检验。组间均数的比较采用one-way ANOVA。P<0.05视为有统计学意义。结果我们分别计算患侧肺 V5,V10 V15,V20,V25,V30,V35,V40,Dmean大小,结果发现所有计算的患侧肺剂量体积直方图参数,PlanMRI和PlanPET相似,都显著低于PlanCT,差别具有统计学意义(P<0.01)。而对于心脏受量,无论是V30,V40,V45,V50,V55,还是平均受量Dmean及最大受量Dmax,PlanMRI都和PlanPET都相似,而都低于PlanCT,但是差别都无统计学意义。三种计划的脊髓最大受量Dmax、平均受量Dmean都无显著差别(P>0.05)。结论对于合并肺不张的中央型肺癌患者,基于DWI-MRI图像制定的放疗计划能显著降低肺组织的照射受量,降低放射性肺炎的发生率,并能降低心脏的照射受量,但是脊髓受量并无明显改变。