MRinRT：斯旺西大学与SWWCC合作研究。 (MRinRT)

背景：放射治疗技术的进步使得治疗变得更加适形，剂量梯度更陡峭，这意味着靶区体积更小，周围正常组织的受照剂量减少。这部分得益于放射治疗计划中使用的成像技术的改进以及调强放射治疗的发展。目前大多数肿瘤部位的标准护理是基于计划CT扫描勾画靶区，并结合来自诊断成像（如MRI或PET）的额外信息，这些信息可以与计划CT扫描融合。众所周知，MRI能提供更清晰的软组织和组织平面图像，从而实现更准确的靶区勾画。将MRI与计划CT扫描融合以辅助靶区勾画是某些肿瘤部位（例如脑部）的标准护理，但在其他部位（如食管胃癌）则不是。

新肿瘤部位MRI方案的优化：我们的团队对MRI在胃癌放射治疗靶区勾画中的应用进行了范围审查，发现尽管有证据表明MRI相比CT具有更高的对比分辨率，但其在放射治疗计划中的临床效用尚未得到证实。研究小组还进行了一项试点研究，评估在胃癌放射治疗计划中添加MRI到CT计划扫描的潜在临床益处。该研究的局限性在于患者数量少，且使用的MRI是针对肝脏成像优化的诊断扫描，而非针对胃癌。发现的一个问题是，由于胃充盈状态的差异，MRI与CT计划扫描的解剖相关性较差。我们的研究将在此基础上，优化MRI序列以提高成像清晰度，并确定和标准化最佳检查前准备。

可以获取多种MRI序列，每种序列提供不同的信息。此外，在图像采集过程中可以使用对比剂来改善目标区域的显影。对比剂和序列的选择取决于目的是评估肿瘤的大小/位置，还是评估肿瘤的功能方面，从而可能作为预测性或预后性成像生物标志物。本研究旨在优化针对不同解剖区域的靶区勾画的MRI序列选择，并评估MRI成像在目前非常规实践的解剖区域中对放射治疗计划的潜在影响。在英国，有一项类似的正在进行的研究，旨在优化用于MRI-直线加速器（MR-Linac）的MRI序列。我们的研究将遵循类似原则，以优化来自独立MRI扫描仪的放射治疗计划MRI序列。研究者假设，我们的发现将比招募MR-Linac的研究更具普遍性，因为绝大多数英国肿瘤中心无法使用MR-Linac设备。

MRI适应性工作流程的潜力：根治性（治愈性意图）或新辅助放射治疗通常以在数周内分多次治疗的方式实施。目前的标准护理是基于治疗前的CT计划扫描制定放射治疗计划，并根据肿瘤部位结合额外的诊断检查进行指导。除非在治疗过程中发现问题（例如通过治疗中的锥形束CT（CBCT）设置验证过程检测到），否则患者将按照基于治疗前CT计划扫描的放射治疗计划完成整个疗程。这没有考虑到在整个放射治疗过程中肿瘤位置、大小或形状的变化。因此，临床医生在靶区周围添加边界以应对这些潜在的不确定性，导致靶区体积更大，周围正常结构的受照剂量增加，从而可能增加毒性。解决这个问题的一个潜在方法是在治疗过程中重新成像和重新计划，称为“适应性放射治疗”。MRI已经用于适应性放射治疗工作流程，特别是在有MR-Linac可用的情况下。本研究将探讨诊断性MRI是否可用于RT计划调整。值得注意的是，类似策略已在膀胱癌中使用CBCT和“当日计划”方法进行了评估，并且在PEARL研究中，也有正在进行的工作评估基于治疗中期PET扫描调整RT对口咽癌的益处。

探索成像生物标志物：MRI还可以通过使用定量成像生物标志物来确定功能生物过程的定量信息。这些被定义为“从体内图像中得出的客观特征，以比率或区间尺度测量，作为正常生物过程、致病过程或对治疗干预反应的指标”。目前的协议包括可用于估计肿瘤和周围组织功能特征的序列，这些特征可作为预测治疗反应或患者发生治疗毒性可能性的生物标志物。然而，这些生物标志物在临床环境中的验证有限，特别是缺乏评估可重复性和重现性的数据。

原理和风险/益处：MRI是一种非侵入性成像技术，不依赖于电离辐射暴露。它能提供更清晰的软组织和组织平面图像，从而实现更准确的靶区勾画。更准确的勾画可能使临床医生使用更小的边界，从而避免周围正常组织受到放射治疗引起的损伤，减少毒性。

这是一项非干预性、前瞻性研究，因此研究者预计不会发生与扫描协议直接相关的严重不良事件。将进行标准的MRI安全筛查，以最小化严重不良事件的风险，例如允许非MRI安全个体（如排除标准中所述）接近磁场（例如，心脏起搏器故障）所引起的事件。本研究将研究使用已获许可的静脉注射钆基对比剂的对比增强序列。这些在临床实践中广泛使用，通常耐受性良好，但在0.004%-0.7%的患者中存在严重过敏反应的风险，如果给予肾功能受损的患者，则有发生肾源性系统性纤维化的风险。此类对比剂将根据大学的对比剂政策给予患者，并始终在临床医生的监督下进行。

检查前参与者准备可以通过口服对比剂/填充剂来实现。这些可用于改善胃黏膜的可见性，并在适当情况下提供器官扩张。最常用的是水，但也探索了其他食品级、非药物性对比剂，最显著的是果汁（例如菠萝和蓝莓）或乳制品饮料。在给药前，所有参与者都将接受过敏检查。选择用于辅助放射治疗计划的MRI最佳口服对比剂将取决于疾病位置、获取MRI序列的目的以及患者偏好等因素。目前关于哪种口服对比剂在成像质量和患者接受口服对比剂进行MRI扫描的体验方面是最佳选择的已发表数据有限。

对于参与本研究的患者，他们的放射治疗计划将按照标准护理进行，他们参与研究不会对其放射治疗路径产生任何影响。

假设

1. MRI协议的优化：MRI协议，包括检查前参与者准备，可以优化以支持放射治疗计划，并应用于新肿瘤部位以及MRI计划已是标准护理的肿瘤部位。
2. 评估MRI-CT整合在放射治疗路径中的效果：MRI与CT计划扫描的整合将增强靶区和危及器官（OARs）的可视化和勾画准确性，以及后续的放射治疗计划，从而实现更精确的治疗实施并减少放射治疗引起的毒性。
3. MRI适应性放射治疗：MRI适应性放射治疗在多个靶部位是可行的，并将通过实现更准确的剂量投照、减少正常组织的辐射暴露，从而降低治疗相关毒性来改善临床结果。
4. 成像生物标志物：研究者假设当前和新型MRI序列是可行的、预测性和预后性成像生物标志物，可以在临床环境中进行开发和测试。定量MRI有潜力评估治疗反应、指导临床决策，并支持患者在护理方面做出更明智的选择。

研究目标：

1. MRI协议的优化：拥有可用于临床实践的临床就绪MRI协议。这将包括优化用于放射治疗计划的MRI序列，包括优化检查前准备和患者体验。初步工作将聚焦于3个肿瘤部位

   1. 食管胃
   2. 胰腺
   3. 脑部

   完成这些子部位后，提议的进一步解剖部位包括：

   • 头颈部
   • 胸部 - 胸壁和乳腺
   • 胸部 - 肺
   • 腹部
   • 骨盆 - 男性
   • 骨盆 - 女性
2. 评估MRI-CT整合对放射治疗质量的影响：确定在现有CT基础上添加从MRI获取的信息是否能提供更优的解剖结构和肿瘤范围的可视化，从而提高放射治疗的准确性。通过比较使用MRI与单独使用CT产生的勾画和后续剂量分布，确定添加MRI的可行性和临床益处。

次要目标：

1. MRI适应性放射治疗：确定在放射治疗过程中进行的重复MRI扫描是否能提供比单独CT更多的信息，从而指导放射治疗计划的更改，为患者带来更好的结果。将比较治疗开始时和治疗过程中单独使用CT与CT加MRI扫描的放射治疗计划。将评估对剂量分布的影响以及这对肿瘤控制和毒性的影响。
2. 成像生物标志物：识别和开发结构和功能MRI序列，用作选定肿瘤部位的成像生物标志物。这些生物标志物可用于预测哪些患者可能从放射治疗中受益，和/或在治疗期间和之后评估对RT的反应。

研究设计：本研究将包括三个平行分支。这些分支构成各个子研究的基础方法，这些子研究将调查不同的肿瘤部位。

分支1 - 优化MRI协议并评估MRI-CT整合在放射治疗路径中的效果

此分支将分4个阶段进行：

1. MRI协议的优化：健康志愿者正常组织的初始成像研究：将扫描最多15名健康志愿者，以确定获取感兴趣器官最佳图像的最佳MRI序列和参数。还将检查和优化腹部MRI的检查前组织准备（例如胃充盈体积和材料）。将定性评估图像质量的改进，例如信噪比和对比度。还将考虑权衡，例如增加的检查时间，以评估在临床环境中的可行性。一旦达到以下成功标准，此阶段即视为完成。

2. MRI协议的优化：患者志愿者肿瘤/正常组织的成像研究：每个肿瘤部位最多20名患者将在其标准治疗路径旁接受扫描，以确定获取肿瘤和附近感兴趣器官最高质量图像的最佳MRI序列和参数。还将检查和优化腹部MRI的检查前组织准备（例如胃充盈体积和材料）。目标将是优化图像以提高专家评估者的接受度，并测试MRI在患者中用于放射治疗计划的可行性。一旦达到成功标准，此阶段即视为完成。

   针对每个器官/肿瘤部位的预定义成功标准 - 分支1阶段a健康志愿者和阶段b患者志愿者研究：

   1. - 参与者可接受性：将审查参与者问卷回答以确保可接受性。这定义为在参与者问卷中MRI部分Q1和Q2的5点李克特量表上平均得分4或更高。

   2. - 两位MRI物理学家认为序列已充分优化以满足放射治疗计划的要求。

      序列评估可能包括审查特定序列参数（遵循国际MRI在RT中的指南）和几何失真表征。将记录MRI特性并完成物理学家团队问卷。

   3. - 视觉分级特征分析评分4或更高，并被认为可用于临床目的：然后，优化后的序列将由至少3名独立专家临床医生审查，以进行视觉特征分级分析并确定图像是否在临床上可接受。

3. 评估MRI-CT整合在放射治疗路径中的效果：肿瘤定义/靶区勾画：为了评估MRI-CT整合在放射治疗路径中的效果，将使用获得的MRI扫描结合患者的CT计划扫描来确定MRI在肿瘤勾画中的益处。研究的这一部分将评估有和没有MRI的靶区勾画，通过评估使用MRI与不使用MRI计划RT时的剂量学和靶区体积变化，确定在RT靶区勾画时提供并与计划CT扫描融合的MR图像的临床益处。将计算一致性指数以确定配对计划之间的一致性水平。还将根据勾画临床医生问卷评估包括MRI对临床医生勾画靶区信心评级的影响。

   这些比较研究将获取至少10名患者的MRI扫描样本量。

4. 路径开发：需要MRI进行放射治疗的患者有特定要求，这项工作旨在使放射治疗MRI尽可能包容。例如，患者可能无法耐受长时间的MRI扫描，也可能无法耐受有时需要的屏气。他们也可能需要以某种方式固定，以确保他们在与放射治疗相同的配置下进行成像。将进行定性调查，以评估患者接受将MRI作为放射治疗计划路径一部分的接受度，如附录6中的参与者问卷所示。然后，将在MRI在RT计划时被证明有益的肿瘤部位，开发患者路径并将其整合到标准临床工作流程中。

分支2 - MRI适应性放射治疗：将在特定肿瘤部位开发子研究，以评估MRI在放射治疗过程中（例如在中点）评估治疗反应并允许调整放射治疗以重新计划聚焦于残留肿瘤的效用。新计划将与原始放射治疗计划进行比较，以确定靶区体积、剂量学和周围正常结构受照剂量的变化。将通过使用正常组织并发症模型确定预测毒性的变化。如果发现在预测毒性减少方面提供潜在益处，那么这项工作将作为指导未来临床试验协议的试点。这些比较研究将获取10名患者的样本量。

患者参与本研究将与其标准临床路径并行。参与不会影响他们的标准放射治疗路径，获取的MRI纯粹用于研究目的。

分支3 - 成像生物标志物：子研究将评估有潜力作为功能生物标志物的MRI序列，例如预测治疗反应或发生毒性的可能性，针对选定肿瘤部位。例如，通过使用T2加权和DWI MRI序列，可以计算血流量的测量值，这被假设为预测放射治疗反应。

待测试的高级序列可能包括（但不限于）：

• 扩散加权成像（DWI），包括“高b值”成像以评估组织微结构。
• 灌注加权成像和动态对比增强成像（DCE）以评估肿瘤微血管。
• 磁共振波谱（MRS）以评估肿瘤中存在的化学生物标志物。

然后分析这些图像/波谱。在可行的情况下，研究者将开发试点研究，与治疗后结果（例如术后病理）进行比较，以评估肿瘤对放射治疗的反应程度。这将允许识别有前景的功能生物标志物，然后可以在未来的研究/临床试验中进行研究。