TUhjnbcbe - 2021/7/20 19:44:00
《Cancers(Basel)》杂志年3月3日刊载意大利IRCCSOspedaleSanRaffaeleandVita-SaluteSanRaffaeleUniversity的AntonellaCastellano,MicheleBailo,FrancescoCicone,等撰写的综述《胶质瘤放射治疗计划的先进成像技术。AdvancedImagingTechniquesforRadiotherapyPlanningofGliomas》（doi:10./cancers.）。脑胶质瘤放射治疗(RT)计划中靶区划定的准确性是实现高肿瘤控制率、同时使治疗相关*性最小化的关键。常规磁共振成像(MRI)，包括对比增强T1加权和流体衰减反转恢复(FLAIR)序列，代表了当前胶质瘤靶体积勾画的标准成像模式。然而，由于血脑屏障通透性增加和瘤周水肿的特异性较低，传统的序列在区分治疗相关变化和存活肿瘤方面的能力有限。先进的基于生理学的MRI技术，如MR波谱、弥散MRI和灌注MRI，已经被开发用于胶质瘤的生物学表征，并可能规避这些局限性，为治疗计划和监测提供额外的代谢、结构和血流动力学信息。放射性核素成像技术，如带有氨基酸的放射性药物正电子发射断层扫描(PET)，也越来越多地用于原发性脑肿瘤的检查，在放射治疗计划中对其整合正在专门中心进行评估。本文就先进的MRI和PET成像技术的基本原理和临床结果作一综述，以期作为胶质瘤放疗计划的补充。简单的总结常规的磁共振成像(MRI)序列在脑胶质瘤放射治疗(RT)计划的靶区勾画方面有局限性。先进的基于生理学的MRI技术和放射性核素成像技术，包括带有氨基酸的放射性药物正电子发射断层扫描(PET)，可能增加胶质瘤组织特征的特异性。我们的工作旨在对先进的MRI和PET成像方式提供一个全面的综述，可以在胶质瘤的放射治疗计划中补充常规MRI。基于最新的文献给出其的基本原则和临床结果的一个详细的概述。3.2。弥散磁共振成像弥散磁共振成像(dMRI)可以探测组织内分子水的弥散，从而提供关于正常和病变组织的结构和细胞结构的微观细节。dMRI可以计算表观扩散系数(apparentdiffusioncoefficient,ADC)，ADC可以量化每个体素内水分子的平均弥散系数(mm2/s)，并有助于非侵袭性评估脑胶质瘤的肿瘤高细胞性和分级，这在文献中有大量报道。ADC与胶质瘤细胞增殖之间的负相关已被大量报道，最小ADC值反映细胞密度最高的区域，因此与恶性肿瘤相关并预测生存。另一种方法是分析整个肿瘤体积的ADC直方图的低的部分（thelowsegment），这被证明对新诊断的和复发的经抗血管生成治疗的GBM携带有预后信息。然而，没有前瞻性研究证明在新诊断的GBM放疗计划中整合ADC在生存或进展时间方面有任何优势。此外，最近一份关于SPECTROGLIO试验的报告表明，无论ADC还是灌注源性相对脑血容量（perfusion-derivedrelativecerebralbloodvolume）(rCBV，见下文)在预测每个体素为基础（apervoxelbasis）的复发方面都没有明显的特异性，因此，对使用这种方法的兴趣有所减弱。然而，本试验的一个主要警告是使用了具有序列扩散加权标准度的dMRI(即b值为s/mm2)。最近有研究表明，通过增加对较小弥散运动的敏感性，即通过b值增加，dMRI可以显示弥散度高度受限的增殖性肿瘤组织，从而增加特异性。因此，高b值dMRI(高达-s/mm2)可以识别GBM的多细胞亚体积，这些亚体积可预测PFS，并可延伸至FLAIR异常或超出FLAIR异常，从而超出典型的高剂量RT体积。利用高b值dMRI确定的这些高细胞亚体积作为放疗增强靶点的可能性可以在未来的研究中进行测试。有趣的是，在放疗期间每个像素（voxelwise）ADC的变化已被用于研究和量化肿瘤细胞的生理和病理变化，这可以为个体患者对放疗的适应提供信息。放疗期间，早期出现大量的肿瘤像素伴ADC升高与较好的反应相关。技术挑战使用弥散图像和ADC映射定义一个推量,或自适应靶区包括典型的几何畸变和易感性B0-field不均匀的平面回波(echo-planar，EPI)脉冲序列用于dMRI,可以在一定程度上克服使用多次激发（multishot）EPI、高并行成像因素(highparallelimagingfactors)和使用多个相位编码方向dMRI和方向相反的平面回波（blip-up/blip-downEPI）畸变校正方法最新采集设计。弥散张量成像(DiffusionTensorImaging,DTI)和MR示踪成像（Tractography）弥散张量成像(DTI)是一种dMRI技术，可以量化组织内受阻水扩散的数量和方向。由于脑白质中的水扩散是各向异性的，反映了脑白质中平行运行的纤维束的组织结构，DTI也可以用来映射底层组织的微观结构。DTI衍生的分数各向异性(FA)映射反映了纤维的方向性和密度，以及轴突直径和白质髓鞘形成。DTI被用来描述脑白质纤维束的空间方向，这种方法被称为纤维示踪或MR示踪成像（fibertrackingorMRtractography）。MR示踪成像是唯一一种能在体内识别脑部肿瘤附近或肿瘤内部主要纤维束的非侵袭性方法，常用于胶质瘤术前设置，以改进神经外科规划，指导手术入路，防止损伤相关纤维束。在RT靶区勾画中使用DTI和MR示踪成像的基本原理是有组织病理学证据表明侵袭性胶质瘤细胞优先沿着白质纤维束迁移。此外，胶质瘤生长的数学模型通常可以通过引入DTI各向异性来改进模拟。因此，DTI异常在很大程度上被用于定义超出常规MR成像明显边界的瘤周微浸润程度，DTI引导的脑组织活检的组织病理学证实支持这一观点。此外，DTI异常模式已被证明可以预测HGG肿瘤复发模式，以及进展性肿瘤扩散的位置。DTI所描述的瘤周白质异常可用于预测侵袭性肿瘤细胞的轨迹，这一信息可用于指导放疗计划。这可能与弥漫浸润的低级别胶质瘤或具有大的GBMs的非对比增强肿瘤部分特别相关，其扩展可能更好地以DTI特征为特点。考虑到DTI异常的各向异性扩张可以最大限度地增加治疗迁移性癌细胞的机会，同时最大限度地减少暴露于高剂量电离辐射的脑组织数量。值得注意的是，在RT计划的设置中，DTI衍生的数学胶质瘤生长模型定义的靶体积与标准CTV的重叠很少，这可能与该技术所传达的信息不同有关。Jena等人对7例活检证实的HGG患者进行了剂量学研究，回顾性比较了标准计划技术和基于DTI的个体化计划，证明DTI可以作为剂量递增策略的基础。将DTI为基础的异常体积添加到常规的GTV上，包含肿瘤累及率高的区域，然后在DTI+GTV体积上增加1cm边缘扩展，生成基于患者的个体化CTVs(CTVI)。在所有病例中，DTI显示降低PTV大小(平均35%，范围18-46%)，导致剂量增加(平均67Gy，范围64-74Gy)，与常规治疗计划匹配的正常组织并发症率(NTCP)水平。作者得出结论，DTI可以通过将未受影响的大脑区域从靶体积中排除出来，从而使靶体积个性化，从而降低CTV。使用从GTV到CTV的不均匀边缘将允许显著的剂量增加，同时将损伤正常组织的风险限制在可接受的水平。Berberat等人评估了在13例GBM患者中使用DTI进行RT靶体积勾画的可行性。通过添加DTI异常到对比增强病变生成DTI-CTV,该体积各向同性扩展了1厘米,然后是沿着肿瘤附近可见的明显正常的白质束在长度和宽度增加1厘米,创建DTI-PTV。与常规T2加权CTV相比，DTI-CTV较小(p0.)，提示对于T2加权CTV,DTI-CTV可能检测更特异性的肿瘤侵袭，而不是肿瘤加瘤周水肿。与常规PTV相比，DTI-PTV有减小体积的趋势。值得注意的是，尽管基于DTI的体积比常规体积小，但仍包括肿瘤复发部位。因此，CTV沿着异常张量束的扩展保留对胶质瘤细胞扩散路径的覆盖，同时保留未受累者的大脑，这似乎是一种很有前途的方法，可以为GBM患者作个体化放疗计划。根据这些可行性研究，对GBM患者的多中心前瞻性纵向观察性队列研究正在进行(PRaM-GBM,试验NCT,估计研究于年6月完成)，以建立基于DTI的模型，从而能够准确地预测GBM在治疗后的进展,因此评估其应用以优化放射治疗计划。本研究还计划将氨基酸PET和灌注源性rCBV与DTI生物标志物进行比较。最近，Jordan等人提出了一种创新的方法，通过开发一种工具，将磁共振示踪成像数据转换为白质路径长度(WMPL)映射，将磁共振示踪成像结合到RT计划中。在该映射中，每个体素的定量值代表沿着白质通路的体素和GTV之间的最小距离(mm)。这些WMPL映射可以加载到RT计划软件中，以各向异性修改治疗体积。采用标准非均质技术对13例GBM患者的回顾性队列进行了测试，其中3例有边缘复发。使用WMPL来定义靶体积，3例边缘中的2例将包含在靶体积中，所有其他复发将保持在靶体积内，中位靶体积比各向同性技术小19%。这项概念验证工作为未来评估将神经束造影模型纳入治疗计划的临床价值的研究奠定了基础。在逆向计划的背景下，MR示踪成像整合也被提出，通过定义肿瘤组织的靶剂量和相关白质束的剂量-体积约束，然后通过优化过程，确定最符合所有输入标准的治疗计划。Wang等人利用DTI和功能性MRI皮质激活(BOLD-fMRI)对20例HGG患者的运动皮质脊髓束(CSTs)和初级运动皮质进行了定位。每例患者均考虑三种不同的治疗方案:三维适形放疗(3DCRT)方案和调强放疗(IMRT)方案，均考虑标准形态学危及器官(OARs)，调强放疗方案也包括皮质运动脊髓束（CST）和初级运动皮质(PMCs)在内。作者发现，在IMRT计划中，包括示踪成像和fMRI数据，同侧和对侧PMC和皮质运动脊髓束（CST）区域的最大和平均剂量(Dmax和Dmean)显著降低，这可能降低了这些结构的晚期辐射损伤率。Igaki等人的另一项研究也描述了类似的结果，位于放疗靶体积附近的相关白质束的剂量减少，该研究将皮质运动脊髓束（CST）纳入GBM的IMRT计划中的危及器官（OAR），并与常规调强放疗（IMRT）的剂量保留进行比较。最近，Altabella等人对19例HGG患者进行了一项剂量学回顾性研究，评估了在断层放疗计划中整合MR示踪成像所描述的整合多条白质束的可行性。作者评估了三种半球内（intra-hemispheric）参与语言或视觉空间的关联网络的关联纤维束（associativefiberbundles）(上纵束,额枕下束,和钩状束)和投射到皮质运动脊髓束（CST）的运动纤维(图1)。所有患者,将没有神经束的原来计划与合并纤维的优化计划相比（theoriginalplanswithouttractswere