劉鏢水 刁文超 郭旋 劉明治 許森奎

華南腫瘤學(xué)重點實驗室中山大學(xué)腫瘤防治中心放療科，廣州 510060

對比常規(guī)X線模擬機(jī)，計算機(jī)斷層攝影（computed tomography，CT）模擬機(jī)能夠進(jìn)行斷層掃描，具有掃描時間快，圖像清晰的特點［1］。CT-SIM利用內(nèi)置激光和外置激光定位系統(tǒng)設(shè)置體表標(biāo)記點，提供體表標(biāo)記和解剖結(jié)構(gòu)信息，確定靶區(qū)位置，便于勾畫靶區(qū)［2］。CT圖像所具有的電子密度信息能用于劑量計算和放療計劃設(shè)計，是放射治療的基礎(chǔ)。但由于CT對軟組織成像具有天然缺陷，使得一些病灶與周圍正常組織沒有清晰明確的分界，例如脊髓、頭頸部、顱內(nèi)等其他軟組織區(qū)域的腫瘤無法清晰確定［3］。磁共振（MR）成像可以獲得高空間分辨率和高對比度的圖像，具有良好的軟組織成像，且沒有輻射劑量的特點［4］。與CT成像技術(shù)相比，在軟組織、骨關(guān)節(jié)成像和腦功能成像等領(lǐng)域具有無可比擬的優(yōu)勢［5］。隨著MRI技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)成為了腫瘤放射治療系統(tǒng)中不可或缺的一部分，在治療前后可利用功能序列進(jìn)行定量定性評估［6］。CT圖像和MR圖像的融合勾畫提高了勾畫準(zhǔn)確性，并可用于優(yōu)化放療計劃等［7］。醫(yī)學(xué)圖像的空間幾何準(zhǔn)確性和不失真性是腫瘤放射治療的必要條件之一［8-9］，MR的成像原理使其具有較大缺點，由于磁場的不均勻性，導(dǎo)致MR圖像的幾何形變幾乎不可避免，而其圖像的空間幾何失真將會影響靶區(qū)位置的精確性［10］。MR-SIM在使用過程中易受外界信號的干擾，容易出現(xiàn)圖像偽影和空間幾何形變，從而影響勾畫靶區(qū)的準(zhǔn)確性和放療計劃設(shè)計。MR圖像的幾何形變主要由3方面構(gòu)成：一是系統(tǒng)性的幾何形變，受主磁場的均勻性和梯度磁場的線性影響，易導(dǎo)致空間形變，使圖像失真；二是由于患者體內(nèi)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的差異，對于磁場敏感性和化學(xué)位移效應(yīng)不一所致；三是MR圖像對于射頻干擾信號比較敏感［11］，比如部分外部輔助設(shè)備、高壓注射器、外置激光定位系統(tǒng)等容易影響圖像質(zhì)量。上述存在的問題，部分通過改變數(shù)據(jù)采集和掃描參數(shù)進(jìn)行最優(yōu)化調(diào)整，只能最大化降低其影響，并不能使其完全消除。本文主要討論第3類影響因素——外置輔助設(shè)備對圖像幾何形變和質(zhì)量的影響。

設(shè)備與方法

1、設(shè)備

設(shè)備為Philips ingenia 3.0T MR模擬定位機(jī)，測試模體為飛利浦提供的幾何形變校正模體、medtron高壓注射器、LAP外置激光定位系統(tǒng)。

2、方法

通過改變MR-SIM掃描過程中常用設(shè)備的狀態(tài)，檢驗不同組合情況下對MR圖像幾何形變的影響。掃描期間常用儀器狀態(tài)：激光燈常開或關(guān)閉，高壓注射器操作屏幕常開或關(guān)閉，高壓注射器位于MR-SIM前方或后方。3種情況進(jìn)行兩兩組合對比，觀察不同狀態(tài)下對MR圖像的影響。實驗中采用步進(jìn)式掃描，以磁體中心為0位，測試0 mm、±60 mm、±130 mm、±200 mm 7個空間位置的幾何形變，幾何形變分析軟件由飛利浦MR-SIM提供。臨床上MR-SIM對于空間幾何形變的要求：位于0 mm、±60 mm、±130 mm處，在以磁體中心為圓心，長軸425 mm（左右方向），短軸365 mm（前后方向）的橢圓區(qū)域內(nèi)，幾何形變要求2 mm內(nèi)；位于±200 mm處，在以磁體中心為圓心，直徑為190 mm的圓內(nèi)，幾何形變要求5 mm內(nèi)（圖1）。根據(jù)形變結(jié)果，勾畫出5 mm、3 mm、2 mm、1 mm形變區(qū)域。

圖1 臨床上磁共振-SIM對于空間幾何形變的要求

結(jié) 果

在外置激光系統(tǒng)常開或關(guān)閉、高壓注射器操作屏幕常開或關(guān)閉、高壓注射器位于MR前方或后方的情況下，共進(jìn)行了6組對比實驗。具體設(shè)置情況見表1~6。

由表1可知，外置激光系統(tǒng)相較于高壓注射器對圖像的影響較小，但在-130 mm、-200 mm，由于高壓注射器影響，圖像已經(jīng)出現(xiàn)射頻偽影。

由表2可知，在外置激光開啟，高壓注射器放置在MR-SIM前方的情況下，高壓注射器操作屏幕開啟，對圖像的影響要高于高壓注射器操作屏幕關(guān)閉。在-130 mm、-200 mm處出現(xiàn)射頻偽影，邊緣形變較大。

表3結(jié)果與表2對比，在高壓注射器操作屏幕開啟的情況下：一、外置激光常開進(jìn)一步降低圖像質(zhì)量，在-200 mm處，既出現(xiàn)了射頻偽影，且要求區(qū)域內(nèi)形變從2 mm增加到3 mm；二、外置激光不開啟，且高壓注射器放在MR-SIM后方時，盡管仍舊在-130 mm、-200 mm處出現(xiàn)射頻偽影，但偽影較小，圖像形變相對將高壓注射器放置在MR-SIM前方時要小。

表2 外置激光開，高壓注射器置于磁共振-SIM前方，操作屏幕狀態(tài)改變

與高壓注射器操作屏幕開啟對比，屏幕關(guān)閉對圖像質(zhì)量的影響較小。高壓注射器在操作屏幕關(guān)閉的情況下，放置在MR的后方，對圖像質(zhì)量的影響最小，沒有出現(xiàn)射頻偽影。見表4。

表4 高壓注射器操作屏幕關(guān)閉放置于磁共振-SIM不同位置

在外置激光開啟，高壓注射器放置在MR-SIM后方的條件下，高壓注射器操作屏幕關(guān)閉對于圖像的影響較小，沒有出現(xiàn)射頻偽影，但仍存在邊緣形變。見表5。

與表5對比，高壓注射器放置在MR-SIM的前方，在外置激光和操控屏幕開啟的情況下，-130 mm、-200 mm處出現(xiàn)較明顯的射頻偽影，圖像的形變也更明顯，見表6。

表5 外置激光開啟且高壓注射器放置在磁共振-SIM的后面，操控屏幕狀態(tài)不同

表6 外置激光開啟且操控屏幕開啟，高壓注射器放置位置不同

綜合6個表的對比結(jié)果：第一，外置激光對于圖像幾何形變具有一定的影響。通過表1、2的結(jié)果，在開啟外置激光和高壓注射器的2個條件下，對比單一開啟高壓注射器或外置激光的條件，圖像質(zhì)量呈明顯下降，不僅出現(xiàn)了射頻偽影，且在要求區(qū)域內(nèi)，圖像形變嚴(yán)重。第二，高壓注射器的擺放位置對于圖像不存在影響，從表格結(jié)果中可以看到，高壓注射器放置在MR-SIM前方或者后方，圖像都易出現(xiàn)射頻偽影。第三，圖像形變多發(fā)生在邊緣區(qū)域，圖像中間區(qū)域很少存在明顯形變。如圖2，圖像的要求區(qū)域幾何形變都滿足要求，圖像顯示正常。圖3，高壓注射器操作屏幕開啟，放置在MR-SIM前，且?guī)缀涡Ｕんw置于-130 mm處，圖像出現(xiàn)較嚴(yán)重的射頻偽影，且圖像幾何形變較大，多個點不滿足形變要求。圖4，高壓注射器操作屏幕開啟，放置在MR-SIM后，圖像要求區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)射頻偽影，對比注射器放前面，偽影較小。圖5，外置激光開啟，幾何膜體位于200 mm處，圖像1 mm形變區(qū)域發(fā)生明顯變化，其余區(qū)域在正常范圍內(nèi)。

圖2 磁共振-SIM圖像顯示正常

圖3 高壓注射器開啟置于磁共振-SIM前方（幾何校正模體位于-130 mm）

圖4 高壓注射器開啟置于磁共振-SIM后方（幾何校正模體位于-130 mm）

圖5 磁共振-SIM外置激光開啟（幾何校正模體位于200 mm處）

表1 外置激光打開與高壓注射器放置在磁共振-SIM前面（屏幕熄）

討 論

通過對MR-SIM外部輔助設(shè)備開啟或關(guān)閉狀態(tài)對于圖像質(zhì)量影響的實驗，可以確定：⑴高壓注射器的狀態(tài)對圖像幾何形變的影響較大，在邊緣區(qū)域較明顯，當(dāng)幾何校正模體在-130 mm、-200 mm處，容易出現(xiàn)射頻偽影，在0 mm、±60 mm處，圖像質(zhì)量較為穩(wěn)定，出現(xiàn)的幾何形變多在可接受范圍內(nèi)；⑵在不同情況下，磁體中心區(qū)域的幾何形變都較小，不會有較明顯變化；但由于在不同位置，磁場受到磁共振外部輔助設(shè)備的影響程度不一致，因此圖像形變程度也不一致；⑶在臨床掃描中，應(yīng)該保持外置激光關(guān)閉，且高壓注射器的操作界面應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，例如，可采用在MR掃描操作間加裝一個控制外置激光的開關(guān)，在每次掃描前將外置激光關(guān)閉后再進(jìn)行掃描；同時根據(jù)不同的掃描需求，選擇開關(guān)高壓注射器；⑷應(yīng)在臨床使用標(biāo)準(zhǔn)操作流程中，定好關(guān)閉外置激光和高壓注射器操作界面的順序，降低其對MR圖像的影響。

MR成像系統(tǒng)由于其成像原理所致，容易出現(xiàn)各種偽影，例如卷褶偽影、運(yùn)動偽影、截斷偽影、射頻偽影等［10］。射頻偽影是由于射頻信號干擾，使圖像中生成一條或多條明亮條帶，或者出現(xiàn)網(wǎng)格樣偽影。出現(xiàn)這類情況的偽影常意味著系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者來自外部射頻干擾［11］。在腫瘤放射治療中，由于需要對腫瘤患者進(jìn)行模擬定位，且需要注射對比劑增強(qiáng)影像的情況，因此使用高壓注射器和外置激光輔助掃描成像。在使用外部輔助設(shè)備的過程中，是否由于外部輔助設(shè)備的材質(zhì)問題，引起外部射頻信號的干擾導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降的現(xiàn)象，本次試驗并未對此問題進(jìn)行討論。另外，本次實驗對于高壓注射器的放置位置沒有具體規(guī)定，高壓注射器放置于MR-SIM的前后距離沒有做詳細(xì)討論，因此結(jié)果中高壓注射器放置在MR-SIM的前后位置的對比結(jié)果不明顯，還有待進(jìn)一步實驗。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突