Подходы к включению МР-томографии в планирование лучевой терапии

Загрузить статью из FieldStrength
Журнал FieldStrength MRI
Обучение — август 2016 г.

Университетский медицинский центр (UMC) г. Утрехта знакомит со своим опытом по включению МР-томографии в процессы планирования лучевой терапии

 

В лучевой терапии (ЛТ) используют средства визуализации для определения границ анатомических областей и планирования дозы. В общем случае задача состоит в том, чтобы направить излучение на опухоль и в максимально возможной степени оградить от него окружающие ткани. При этом требуется тщательное планирование, обеспечивающее пространственную точность и калиброванные дозы. Университетский медицинский центр (UMC) г. Утрехта включил в планирование лучевой терапии МР-томографию, преимуществом которой является высокая контрастность мягких тканей.

“Использование МРТ в лучевой терапии позволяет нам дифференцировать мягкие ткани и получить изображения органов и анатомических структур”

MRI_patient_experience_productivity_Dr_Andre

    Д-р Мариель Филиппенс (Marielle Philippens), д-р наук
С 2008 г. д-р Мариель Филиппенс занимает должности радиобиолога и медицинского физика в отделении лучевой терапии Университетского медицинского центра г. Утрехта, проявляя особое внимание к физике МРТ. Областью ее научной деятельности является функциональная визуализация в онкологии с особым акцентом на диффузионно-взвешенную МРТ. Более конкретно, областью ее научной деятельности являются опухоли головы и шеи, рак прямой кишки и рак молочных желез.

Надежное определение границ может помочь при выделении критических анатомических структур.
 

Прогресс в области устройств для лучевой терапии позволяет составлять более сложные дозиметрические планы. А это приводит к необходимости более четко разграничивать опухоли и окружающие ткани, при том что определение объема мишени по-прежнему является сложной задачей. Определение границ мишени позволяет адаптировать дозу излучения к анатомической области [1–4], т. е. подвергать опухоль воздействию более высокой дозы и снизить лучевую нагрузку на окружающие ткани. В конечном итоге, снижение лучевой нагрузки на окружающие ткани может способствовать сохранению функций здоровой ткани.

Хотя стандартным методом визуализации является КТ, эта технология имеет ряд ограничений в обеспечении высокого контраста мягких тканей, особенно там, где мягкие тканевые структуры располагаются в непосредственной близости друг от друга [1]. В этом контексте преимущества МРТ для планирования лучевой терапии давно известны.

МРТ обеспечивает высокую контрастность мягких тканей и тем самым предоставляет анатомическую и функциональную информацию для разграничения органов и визуализации окружающих анатомических и критически важных структур, тем самым обусловливая точное определение целевого объема [1].

Д-р Мариель Филиппенс, медицинский физик отделения лучевой терапии Университетского медицинского центра г. Утрехта, далее объясняет:

“При лечении головы и шеи, например, мы всегда стараемся обезопасить околоушные и слюнные железы. В случаях рака простаты и шейки матки мы стремимся как можно лучше оградить мочевой пузырь и прямую кишку. Для выполнения этой задачи нам необходимо сначала определить контуры мишени. По моему опыту, с помощью КТ определить контуры может быть довольно трудно, даже при использовании контрастного вещества. Именно поэтому высокий контраст мягких тканей, обеспечиваемый МРТ, является преимуществом при планировании лучевой терапии.”

Упрощенный обзор применения МРТ в процессе лучевой терапии

Томография играет жизненно важную роль на нескольких этапах процесса лучевой терапии при визуализации мишени и критических структур для определения контуров и для оценки эффективности лечения.

Выбор протоколов МРТ для планирования терапии

В клинической практике МРТ применяется, в основном, в сочетании с КТ. МРТ отвечает за визуализацию мишени и критических структур [5], в то время как КТ используется для определения контуров анатомических структур и получения значений в единицах Хаунсфилда (HU) для расчета дозы.

“МРТ позволяет получать различные типы контраста, — говорит д-р Филиппенс. Это дает нам возможность увидеть больше деталей, чем с помощью КТ. Мы можем дифференцировать мягкие ткани и получать изображения органов и анатомических структур, но, чтобы понять, как интерпретировать детали, видимые на изображении, требуется некоторый опыт, особенно когда речь идет об опухолях головы и шеи.”

“МРТ может предоставить анатомическую и функциональную информацию. Наиболее важной последовательностью для определения контуров опухоли является T1-взвешенное сканирование после введения контраста. На T1-взвешенных МРТ-изображениях с подавлением сигнала от жира, полученных после введения контрастного вещества, опухоль можно выделить из-за ее высокой перфузии и повышенной проницаемости сосудов. Мы также используем T1-взвешенные МРТ-изображения, полученные до введения контрастного вещества, на которых видно распространение опухоли на жировую ткань.
“На Т2-взвешенных МРТ-изображениях с подавлением сигнала от жира можно четко определить границы опухоли и отечной окружающей ткани. Это особенно полезно, когда изображение опухоли не удается усилить введением контрастного вещества.

“Диффузионно-взвешенная томография (ДВ МРТ) демонстрирует очень высокий контраст между опухолью и окружающей тканью. ДВТ помогает нам увидеть, как опухоль распространяется на другую ткань, чего мы не можем заметить на T1- или T2-взвешенных изображениях. Однако, поскольку ДВ МРТ-изображения подвержены искажениям, они используются больше для визуализации опухоли и для оценки эффективности лечения, чем для определения контуров. Я хотела бы включить в процесс диффузионно-взвешенную томографию, поскольку на полученных этим методом изображениях хорошо видны опухоли. На мой взгляд, он весьма перспективен как для определения контуров опухоли, так и для оценки эффективности лечения.”

“Я хотела бы включить в процесс диффузионно-взвешенную томографию, поскольку на полученных этим методом изображениях хорошо видны опухоли.
На мой взгляд, он весьма перспективен для определения контуров опухоли и для оценки эффективности лечения

Для успешного планирования требуется обеспечить хорошее соответствие между МРТ и КТ

В идеале, положение пациента во время МРТ должно быть точно таким же, как и во время лучевой терапии, чтобы органы гарантированно находились в том же самом положении и чтобы мишень, выбранная по изображению при планировании, соответствовала облучаемому объему. Поэтому в МРТ-исследованиях часто используются плоская дека стола и внешние лазерные визиры для выравнивания пациента с целью достижения пространственной корреляции при планировании лучевой терапии и точного совмещения изображений МРТ и КТ.

“Для совмещения МРТ- и КТ-изображений мы стремимся использовать МРТ с контрастным усилением, которая характеризуется пониженной нелинейностью и хорошей дифференциацией тканей, и предпочтительно получать аксиальные срезы без наклона, — говорит д-р Филиппенс. —

“Для реконструкции целевой объемной области в различных ортогональных направлениях используются протоколы 3D-сканирования или 2D-многосрезового сканирования с получением смежных срезов.”

МРТ используется для планирования терапии в различных анатомических областях

В Медицинском центре UMC г. Утрехта д-р Филиппенс и ее коллеги используют МРТ при планировании дистанционной лучевой терапии для лечения опухолей в различных анатомических областях, таких как органы таза (включая мочевой пузырь, простату, прямую кишку и шейку матки), головной мозг, пищевод, поджелудочная железа, гортань и ротоглотка, а также метастазов в кости и остеосарком. Кроме того, МРТ также используется для контроля брахитерапии простаты и шейки матки. [6]

Отделение лучевой терапии Медицинского центра UMC г. Утрехта

является ведущим центром в области лучевой терапии, работники которого постоянно стремятся к совершенствованию методик и обеспечению отличного ухода за пациентами.

В Медицинском центре UMC г. Утрехта установлены две системы для МР-ЛТ Philips Ingenia (1,5 Тл и 3,0 Тл) для моделирования лучевой терапии, а также система Philips Ingenia 1,5 Тл, специально предназначенная для брахитерапии. Кроме того, этот центр является членом консорциума Atlantic MR-Linac. Медицинский центр UMC г. Утрехта UMC регулярно организует курсы по использованию МРТ в лучевой терапии для врачей, рентгенолаборантов и радиационных онкологов, см. http://mri-in-radiotherapy.nl/

“МРТ также помогает получать изображения поражений внутри простаты, что невозможно с помощью КТ.”

Высокие дозы только для опухоли, а не для всей простаты
 

МРТ способен визуализировать простату и окружающие органы, такие как прямая кишка, луковица полового члена, мочевой пузырь, верхушка мочевого пузыря и семенные пузырьки, а также визуализировать поражения внутри простаты [2,4].

“Все наши пациенты проходят МРТ вместе с КТ-исследованием до начала лучевой терапии простаты, — говорит д-р Филиппенс. — Для оконтуривания простаты мы используем режим Balanced TFE с подавлением сигнала от жира. На этих изображениях также видны золотые координатные маркеры, которые используются для проверки положения и, соответственно, применяются для совмещения с КТ-изображениями. Для геометрической точности изображения мы выбираем 3D-последовательность, которая скорректирована на нелинейность градиентного поля во всех направлениях.
“Помимо помощи в определении контуров предстательной железы МРТ также помогает получать изображения поражений внутри простаты, что невозможно с помощью КТ.

“Имея возможность визуализировать поражения внутри простаты, специалист по лучевой терапии может затем планировать их облучение так, чтобы не облучать равномерно всю простату, а направить более высокую дозу на эти поражения в надежде на более качественное лечение пациента и снижение риска образования рецидивов опухоли. Однако это еще не вошло в повседневную клиническую практику. Для визуализации поражений мы используем не только анатомические Т2-взвешенные изображения, но и изображения диффузионно-взвешенной МРТ и динамической МРТ с контрастным усилением."

Визуализация критических структур методом МРТ перед лучевой терапией простаты

Пациент, 63 года, с раком простаты, cT3bNxM, 7 по шкале Глисона, подвергся МРТ-исследованию на системе МР-ЛТ Ingenia 3.0Т перед проведением лучевой терапии.

На полученном при МРТ bTFE-изображении видны внутренние поражения в простате, а на КТ-изображении их не видно. МРТ демонстрирует превосходный контраст мягких тканей для визуализации критических структур, таких как прямая кишка и луковица полового члена.

Координатные маркеры (зеленые стрелки) используются, чтобы при совмещении МРТ- и КТ-изображений перенести контуры областей с МРТ-изображения на набор данных КТ.

“Для визуализации опухоли и критических структур в повседневной клинической практике лучевой терапии пациентов с первичной опухолью в области головы и шеи мы используем МРТ. Эту процедуру можно использовать для защиты критических структур.”

Визуализация критических структур в области головы и шеи
 

“Для визуализации опухоли и критических структур в повседневной клинической практике лучевой терапии пациентов с первичной опухолью в области головы и шеи мы используем МРТ. Эту процедуру можно использовать для защиты критических структур, таких как околоушные и подчелюстные железы, пищевод, зрительные нервы, ствол головного мозга и спинной мозг [7]. А в послеоперационный период мы сканируем пациентов с растущей опухолью вдоль черепно-мозговых нервов для определения контуров мишени, — говорит д-р Филиппенс. —

“Из-за проблем, связанных с совмещением КТ- и МР-изображений этой области со многими степенями свободы движения, визуализация этих пациентов осуществляется с помощью маски для лучевой терапии. Недостатком использования маски является невозможность использования обычной РЧ-катушки для сканирования головы и шеи; для получения изображения с маской потребовалась бы катушка специальной конструкции.
Для этого мы используем гибкие катушки, которые располагаем вблизи от области мишени. Эту конструкцию также можно объединить с передней катушкой для большего охвата и повышения отношения сигнал/шум.”

“Мы используем T1- и T2-взвешенные последовательности до и после введения контрастного вещества с быстрой и надежной технологией mDIXON для подавления сигнала от жира, — говорит д-р Филиппенс. — Динамическая МРТ с контрастным усилением выполняется с высоким временным и низким пространственным разрешением, что позволяет увидеть накопление контрастного вещества в опухоли. Диффузионно-взвешенное изображение используется для качественного анализа, т. е. для отслеживания, как опухоль распространяется в другую структуру, а не для строгого определения границ.”

“Для исследования пациентов с растущей опухолью вдоль черепных нервов в послеоперационный период мы используем T2-взвешенную ИП градиентное эхо (FFE) на нашем МР-ЛТ сканере 3,0 Тл, чтобы получить изображения нервов, по которым мы определяем контуры мишеней и проверяем, осталась ли еще опухоль.”

Список литературы

1. Schmidt MA, Payne GS. Radiotherapy planning using MRI. Phys Med Biol 2015, 60: R323–361

 

2. Doemer A, Chetty IJ, Glide-Hurst C, et al. Evaluating organ delineation, dose calculation and daily localization in an open-MRI simulation workflow for prostate cancer patients. Radiat Oncol. 2015;10:37.

 

3. Devic S. MRI simulation for radiotherapy treatment planning. Med Phys 2012, 39: 6701-11

 

4. Paulson ES, Erickson, B, Schultz C, Li XA. Comprehensive MRI simulation methodology using a dedicated MRI scanner in radiation oncology for external beam radiation treatment planning. Med Phys 2015, 42: 28-39

5. Glynne-Jones R, Nilsson PJ, Aschele C, et al. Anal cancer: ESMO-ESSO-ESTRO clinical practice guidelines. Ann Oncol. 2014;25:iii10-20.

 

6. Metcalfe P, Liney GP, Holloway L, et al. The potential for an enhanced role for MRI in radiation-therapy treatment planning. Technol Cancer Res Treat 2013, 12: 429-46

 

7. Nuyts S. Defining the target for radiotherapy of head and neck cancer. Cancer Imaging. 2007; 7:S50-5.

Результаты, полученные в данном учреждении, не могут использоваться для прогнозирования результатов, полученных в других учреждениях.
Результаты, полученные в других учреждениях, могут отличаться.

Примеры исследований