功能影像技术在放射肿瘤学中的应用

杨阳、曹明钟（通讯作者）、雷瑷涵

肿瘤诊断中放射影像技术是十分重要的。通过放射影像技术能够对肿瘤疾病、分期、放疗定位、治疗计划的制定、照射以及随访评价提供指导。上世纪早期，X线的应用，逐渐进入二维放疗时代。在上世纪70年代，断层成像的出现，从而进入三维影像时代。通过CT或者MRI对肿瘤的性质进行诊断，从而为三维适行放疗提供可能。近些年来，CT技术逐渐成熟，四维CT的出现，能够动态观察运动肿瘤的立体。四维CT在放疗定位、治疗计划的制定以及实施中应用，可以得到有效的诊断效果以及治疗指导作用。同时，功能和分子影像技术也在快速发展，由此可见，生物影像引导放射治疗时代已经逐渐来临。

影像技术可以分成两种：一种是解剖影像：提供解剖或者形态信息，二是对肿瘤功能或者分子异常进行显示的功能影像技术。

解剖影像的空间信息大，形态特征、密度、大小、血管分布、脂肪以及水含量确切，从而对肿瘤和正常组织进行鉴别，放射肿瘤学中，一般会通过X线摄影、CT以及MRI进行诊断。X线摄影主要是利用相对放射密度的不同，对组织进行区分。胸部平片仍然是医学诊断中最为常用的放射成像方法，但是，对于低对比度组织的分辨率相对较低，无法有效鉴别肿瘤，因此，其在放射肿瘤学中的应用价值较低。CT能够重建X线投影，从而生成断层图像，图像类型、成像组织的密度和原子数具有密切联系，通过CT断层影像技术，能够对解剖结构以及肿瘤进行显示，和X线片比较，CT技术能够得到更加准确的检出率，且分辨率更高，能够良好的描述骨细节，但是，CT技术的组织对比欠佳，需要使用强化剂对组织区分能力进行强化。MRI诊断中，水的氢分子以及脂肪分子都能够现象。氢核会在磁场内极化，会被射频脉冲从基态中激发，如果氢核恢复到稳定状态后，就会发射射频脉冲。核回到基态所需的时间是存在明显差别的，以此为根据，可以对良性、恶性组织的来源进行区别。T1加权能够对组织的结构细节进行显示，T2加权能够对水含量以及病理改变情况进行描述，但是，MRI诊断技术在肿瘤性质方面的评估有所欠佳。

功能影像技术指的是能够无创性的对肿瘤的代谢、生化、生理、分子、表型特征进行显示。正电子发射体层摄影技术能够将正电子发射同位素或者放射性核素标记的组织进行显示，能够被特定的组织有选择性的吸收。被吸收后，会使y射线释放，通过扫描仪可以顺利扫描到，从而产生局部放射活性图像。临床中最常用到的放射性核素包括：¹⁸F、¹¹C、¹⁵O。临床中最常用到的示踪剂为葡萄糖衍生物、氟脱氧葡萄糖。

单光子发射体层摄影主要是使用一个y照相机围着患者旋转，最终得到注入y射线的同位素分布的3D体层摄影图像。单光子发射体层摄影使用的y照相机无法和正电子发射体层摄影一样检测同时产生的y射线，因此，单光子发射体层摄影的空间分辨率低于正电子发射体层摄影。

磁共振波谱：磁共振波谱在肿瘤现象中，潜能较大，磁共振波谱的实质就是对MRI的延申，能够将水和脂肪分子更重要的化合物进行检测，从而对正常组织、肿瘤组织在细胞代谢产物水平上的区别进行对比，从而将分子以及周围化学环境中的核位置进行确认。

光学成像技术：该技术能够使用旋光和分子特异性的对比剂，实时的、无创伤的将上皮组织进行显示，通过对上皮病变以及较小的表浅肿瘤进行早期检测，还能够在手术前，对手术边界进行实时评测，通过不同的光学成像技术，可以应用不同的生理学参数，联合光和组织的相互作用。

CT以及MRI能够将解剖图像信息确定靶区以及周围结构进行显示，通常情况下被应用在放射肿瘤学中，然后将其引入三维适行以及调强放疗诊断中。功能影像在放射肿瘤学的应用也比较普遍，包括在治疗前，还会有效诊断肿瘤，分析其病理特征，指导指定放疗计划、临床效果以及复发率。和解剖影响学相比，其优势较为显著。

传统的解剖影像一般会对病变组织的大小、形状对良恶性肿瘤进行评估，但是，同样大小的肿瘤的生物学行为是存在明显差异的比如：体积加大的淋巴结可能知识反应性增大，体积较小的淋巴结也有一定的概率发生转移，所以，根据淋巴结的大小进行判定，可靠性较低。功能影像的应用，能够将这种不确定性进行剔除，能够无创的将肿瘤的生物学行为特征进行完整显示，从而使诊断、分期、分型的正确性进行提升。

功能影像技术应用最普遍的是正电子发射体层摄影，能够对各种肿瘤进行诊断，确认肿瘤的分期，敏感性以及特异性较高，且通过正电子发射体层摄影诊断后得到的信息，接近50%的患者会改变治疗计划。除了肿瘤的位置、大小、含量，还可以通过分子标记以及调控进行显示，即肿瘤分子以及生物学特征现象，通过无创的分子影像诊断，能够对临床结果进行预测。

放疗计划：在三维适形放疗以及调强放疗中，能够对肿瘤区进行精确勾画，从而对治疗增益比进行优化，既能够保证不漏掉肿瘤组织，又能够对正常组织进行最大限度地保护，通过传统的CT以及MRI进行诊断，空间分辨率较高，能够将靶区以及累及的器官进行勾画，CT还能够将电子密度信息进行反应，从而对药物剂量进行计算，因此，CT的应用是最广泛的，MRI通常作为CT的一个补充诊断。

功能影像能够为放疗提供更重要的知道信息，能够将肿瘤微环境以及区域淋巴结以及远处转移的可能性进行显示，以上信息，能够帮助更好的将放疗靶区以及危及器官进行精确勾画，从而避免边界肿瘤出现漏照情况，除此之外，还能够对肿瘤内特定亚靶区给予剂量更高的放疗药物进行特异性治疗。另外，功能影响还会通过三种途径对放射治疗计划产生影响，一、功能影像能够找到CT以及MRI没有发现的病变组织；二、功能影像能够将CT以及MRI检测范围以外的病变进行发现；三、功能影像能够显示CT以及MRI检测到的病变区域中的生物学活性增加的亚区域。但是，值得注意的是，通过正电子发射体层摄影进行诊断，虽然能够提供特有的肿瘤代谢信息，但是，正电子发射体层摄影和CT以及MRI相比，前者的空间分辨率较低，所以，正电子发射体层摄影技术只能作为放射治疗计划中的CT诊断的补充。