评估2D-T2-PROPELLER与3D-T1-LAVA-Flex在MRI-only妇科近距离治疗中的几何畸变与剂量学影响

《Brachytherapy》：Assessment of geometric distortions and dosimetric impact from implementing 2D-T2-PROPELLER and 3D-T1-LAVA-FLEX in an MRI-only gynecological brachytherapy workflow

为应对MRI-only宫颈癌近距离治疗(BT)规划中图像畸变和施源器/导管重建困难的挑战，本研究评估了商业序列2D-T2-PROPELLER和3D-T1-LAVA-Flex的适用性。结果显示，两者在靶区附近几何畸变平均为2.4 mm，与CT重建的剂量分布Gamma（3%/2 mm）通过率均>96%，剂量学一致性良好。研究表明两种序列均可用于MRI-only BT规划，但T1-加权图像在导管数量多时重建更具优势。

　　

磁共振成像（MRI）凭借其卓越的软组织对比度，已成为宫颈癌近距离放射治疗（Brachytherapy, BT）图像引导的金标准。越来越多的诊所正在转向“仅用MRI”的规划流程，这可以消除MRI与计算机断层扫描（CT）图像配准带来的误差，并让患者只需接受一种影像学检查。然而，这条看似便捷的道路上布满了挑战。首先，在MRI图像上重建施源器和导管本身就更困难。更重要的是，由于梯度场的非线性、磁场不均匀性、磁敏感伪影和化学位移伪影等原因，几何畸变是所有MRI图像固有的问题，畸变量可达数毫米。有研究表明，施源器位移达到或超过5毫米，就会导致高风险临床靶体积（CTV）的剂量显著降低，并相应增加直肠受照剂量，产生具有临床意义的影响。目前，EMBRACE II协议要求仅用MRI的BT规划必须包含用于器官/靶区勾画的T₂加权序列，同时建议增加一个T₁加权或质子密度加权序列以辅助施源器和导管重建。那么，这些不同的MRI序列在实际应用中到底表现如何？它们的图像畸变究竟有多大？这些畸变又会对最终的治疗剂量产生多大影响？特别是对于GE公司商用化的2D-T₂-PROPELLER序列和3D-T₁-LAVA-Flex序列，它们在仅用MRI的妇科近距离治疗工作流中的表现尚未得到评估。由Clara J. Fallone等人开展的研究，正是为了回答这些问题。

本研究主要应用了几项关键技术方法：1）多模态图像采集与比较：研究获取了11名宫颈癌BT患者（共28个可用病例）的CT、2D-T₂-PROPELLER和3D-T₁-LAVA-Flex图像。2）几何畸变量化：在体模和患者图像中，通过测量施源器/导管标志点到外部标记点的距离，并与CT测量结果比较，量化MRI图像的绝对畸变。3）治疗计划与剂量计算：使用Oncentra治疗计划系统，在所有图像模态上独立重建施源器和导管，并将临床治疗计划（驻留位置与时间）手动复制到每个重建上，计算三维剂量网格。4）剂量学一致性评估：采用Gamma指数分析，以CT重建的剂量分布为参考标准，比较两种MRI序列重建后的剂量分布一致性，使用了3%/2 mm和更严格的2%/2 mm两种标准。

研究结果

图像质量与重建可行性

从体模和患者图像可以看出，2D-T₂-PROPELLER和3D-T₁-LAVA-Flex序列的图像质量足以用于施源器重建和治疗计划目的。

几何畸变评估

在体模研究中，当体模正确对准并置于磁体等中心时，2D-T₂-PROPELLER和3D-T₁-LAVA-Flex的平均几何畸变分别为0.4毫米和0.5毫米，最大畸变分别为0.7毫米和1.2毫米，满足小于2毫米的推荐标准。然而，当体模偏离等中心约8厘米时，平均畸变增至约1毫米，最大畸变超过2毫米；当扫描层面与施源器 tandem 平面成45度角时，平均畸变增至约2毫米，最大畸变达4.5毫米。

在患者研究中，两种序列重建图像的整体平均畸变均为2.4毫米，最大畸变分别为7.5毫米（2D-T₂-PROPELLER）和6.4毫米（3D-T₁-LAVA-Flex）。畸变分布直方图显示，大多数测量值小于2毫米。畸变大小与测量点距施源器中心的距离呈正相关，在视野外围测得的畸变更大。

剂量学影响评估

图像配准显示，所有MRI与CT图像的施源器 tandem 尖端在轴位层面上均位于同一层面。在矢状位重建中，少数图像显示尖端位置有小于0.5毫米的差异。

Gamma分析结果表明，使用3%/2 mm标准时，2D-T₂-PROPELLER和3D-T₁-LAVA-Flex重建剂量分布与CT参考分布的平均通过率分别为96.1±2.8%和96.6±3.1%，最低通过率分别为90.2%和90.5%，全部达到美国医学物理学家协会（AAPM）TG-218报告推荐的90%耐受限。使用更严格的2%/2 mm标准时，平均通过率分别为93.5±4.1%和95.0±3.6%，3D-T₁-LAVA-Flex的所有病例通过率仍高于90%，而2D-T₂-PROPELLER有一例最低通过率为86.3%。

研究还发现，两种序列的重建Gamma通过率均随着导管数量的增加呈下降趋势，但这一趋势在统计学上不显著。然而，当导管数量达到5或6根时，数据显示3D-T₁-LAVA-Flex的重建性能优于2D-T₂-PROPELLER，且对于6根导管的情况，3D-T₁-LAVA-Flex的表现显著更优。

研究结论与讨论

本研究首次评估了2D-T₂-PROPELLER和3D-T₁-LAVA-Flex序列在仅用MRI的妇科近距离治疗工作流程中的应用，并首次比较了在T₂加权图像与T₁加权图像上重建的剂量学差异。

结论明确指出：在施源器和导管重建区域内的图像畸变是合理的，符合现有指南；畸变在远离磁体等中心处以及扫描层面未与施源器对齐时会显著增加。基于2D-T₂-PROPELLER和3D-T₁-LAVA-Flex序列的重建所产生的剂量分布，与基于CT重建的剂量分布在已建立的Gamma指数标准内具有良好的一致性。此外，基于T₂加权图像重建与基于T₁加权图像重建所得的Gamma指数并无显著差异，这意味着T₁加权图像对于重建而言是可选的而非必需。然而，结果也提示，3D-T₁-LAVA-Flex重建在处理更多导管数量时可能表现更优。

讨论部分深入阐释了这些发现的意义。患者体内测得的较大畸变多发生在视野外围，而施源器应位于图像中心，因此可能不会受到边缘区域大畸变的直接影响，这强调了将施源器置于磁体等中心的重要性。体模实验也证实，施源器偏离等中心或扫描层面未对齐，会导致畸变成倍增加。剂量学评估的积极结果是本研究的强有力支撑。尽管存在图像配准（本研究为与CT对比所需）带来的额外空间不确定性，所有MRI重建的剂量图仍能满足TG-218的Gamma通过率标准。而在真实的仅用MRI治疗场景中，这种配准误差并不存在，因此临床实践中的表现可能更佳。用户反馈也提到，在3D-T₁-LAVA-Flex图像上重建更容易，因为施源器/导管与组织间的对比度更高。

综上所述，这项发表于《Brachytherapy》的研究为临床安全、有效地实施仅用MRI的妇科近距离治疗规划提供了重要的实证数据。它证实了两种商用MRI序列的可行性，强调了精准摆位和扫描对齐的关键作用，并为临床选择重建序列（尤其是在使用多导管治疗时）提供了有价值的参考依据，推动了MRI-only流程在宫颈癌近距离治疗中的进一步规范与应用。