精确的病灶定位是立体定向放射外科的关键。利用目前可用的成像方式，扫描已经变得快速和强大，提供了高度的空间分辨率，从而在正常和异常组织之间形成最佳对比。磁共振成像(MRI)是Leksell放射外科的支柱。它生成的图像具有出色的软组织细节，突出显示靶标和周围的“危险”结构。但是，必须注意在治疗过程中可能出现的MRI畸变。计算机断层扫描(CT)具有获取时间快速，提供的骨骼信息优秀，但软组织细节较差。为了利用这两种模式的优点并克服它们各自的谬误和缺点，它们通常被共同配准/融合用于立体定向引导。像动静脉畸形(AVM)这样的血管病变最好是用脑数字减影血管造影(DSA)联合MRI进行规划。在特定情况下，可以将磁共振(MR)波谱学、正电子发射断层扫描(PET)、脑磁图(MEG)等专门的影像方法添加到立体定向放射外科(SRS)的治疗计划中。

立体定向放射外科(SRS)的进展与放射影像学参数的改进并行。将病理定位到亚毫米精度可以带来最好的结果和最小的副作用。利用目前可用的成像方式，扫描已经变得快速和强大，提供了高度的空间分辨率，从而在正常和异常组织之间形成最佳对比。具有薄层多平面重建的容积采集有助于生成精确的几何解剖图像，用于立体定向靶标。计算机断层扫描(CT)被广泛应用，具有快速的采集时间和提供极好的骨骼细节和电子密度信息(有助于剂量计算)。然而，软组织的细节是作过妥协的。另一方面，磁共振成像(MRI)产生的图像具有良好的软组织细节，尽管获取时间较长，骨骼细节相对较差，并伴有相关的图像失真为了利用这两种模式的优点并克服它们各自的谬误和缺点，它们通常被共同配准/融合用于立体定向引导。像动静脉畸形(AVM)这样的血管病变，包括一团异常血管(病灶)，需要高分辨率的成像方式，这可以最好地定位和划分其边界。数字减影血管造影(DSA)结合MRI/CT可用于此类患者。治疗后成像对于监测治疗反应、任何放射副反应以及放射手术靶点的长期容积随访同样重要我们将在随后的章节中讨论每种模式在SRS中的作用[表1]。

表1:伽玛刀放射外科的影像学特征和推荐影像学序列(动静脉畸形;Cho,胆碱;DSA，数字减影血管造影;MPRAGE:磁化制备梯度回波快速采集技术;MRI，磁共振成像;NAA，天门冬氨酸乙酰基;SWI，磁敏感性加权图像;TOF，飞行时间)。

CT

CT是立体定向治疗中第一个用于病灶定位的横断面方式。使用当前的多探测器CT扫描仪，可以在体积模式下在短时间(几秒钟)内获得薄层，例如1毫米连续的不重叠薄层。辐射暴露对目前具有诊断和治疗目的的扫描仪来说不是什么大问题。当CT作为一种独立的方式使用时，基于特定的骨性参考点，它有助于病灶的定位和划分。如前所述，它在提供软组织细节方面不如MRI，通常与MRI联合使用。只有在MRI与患者的内科状况不一致的情况下，CT才被用作主要方式。由于它能够提供极好的骨细节，因此在内耳结构(特别是耳蜗)附近的病变如前庭神经鞘瘤、鼓室血管球瘤、脑膜瘤等的剂量计划中很有用。由于框架中存在金属元素，CT可能会导致射线束硬化伪影（beam-hardening artifacts）[图1]。建议在框架中使用短的后柱。固定钉也应适当放置在远离病灶的位置，以尽可能减少伪影获取CT数据后，建议检查其准确性和与Gamma Plan软件(瑞典斯德哥尔摩Elekta Ltd.)的兼容性。，而病人如果需要，可以重复采集CT扫描综合。

如果颅内植入物，例如分流器、支架、夹子等，由于金属伪影可能阻碍病变的显示，建议在固定立体定向框架前进行CT(带和/或不带碘造影剂)。进行螺旋体积采集或1-1.5 mm厚层轴向采集。应该记住，视场(FOV)应该从顶点上方约2厘米延伸到至少z轴上的C2水平，以实现与后续成像方式的良好协同配准。在采集过程中，患者必须严格保持不动。然后移位患者固定头框，随后进行MRI或锥束CT (CBCT)进行立体定位参考。后者，如前所述，是与无伪影无框架CT图像共同注册。如果考虑在伽玛刀放射外科(GKRS)中使用带头部框架的CBCT，则也可以执行先前的无框架磁共振(MR)序列，随后可与CBCT联合注册以获得无工件图像。Leksell ICON (Elekta Ltd, Sweden)推出的无框架放射外科已被证明对此类患者具有巨大价值。ICON有一个集成的CBCT，可以用作立体定向参考。使用ICON，可以获得高质量的CT图像，无需头架，并将其联合注册到CBCT扫描中，以便制定治疗计划。通过ICON，可以提前获得免费的高清MRI扫描，并与CBCT扫描共同注册。

图1:计算机断层扫描(CT)图像显示由于金属针(a)在MR扫描(b)上被消除而导致的射线束硬化伪影。

DSA

DSA是评价脑血管病变的金标准和参考标准成像方式。它是AVM放射外科规划最准确的方式，通常与MRI或CT联合使用。放置头架后，患者被移至导管实验室并进行脑DSA。在进行DSA之前，详细研究以往的成像以确定动静脉畸形的动脉供应。这有助于决定是做一侧颈动脉造影，还是需要在多个血管中注射以完全描绘病灶。例如，右侧颈动脉血管造影可能只显示大的高流量额顶叶动静脉畸形的一部分，它通过右侧大脑中动脉(MCA)填充，因为右侧大脑前动脉(ACA)可能由于大量的血液流向MCA，而在这张血管造影上不透明。在这种情况下，必须获得对侧颈动脉造影来描绘整个病灶(包括来自右侧颈内动脉的填充物，它总是会收到来自左侧颈动脉的流量)。DSA尤其有助于识别使动静脉畸形破裂高风险的特征，如畸形血管巢内动脉瘤、静脉曲张、单静脉引流、流出管狭窄等。患者头部与框架一起置于中立位置，调整C臂，使“X”和“+”标记适当放置，动静脉畸形病灶落在基准空间[图2]。

然后在两个正交平面上获得血管造影，通常是正面和侧面投影，帧率为4-6帧/秒，这取决于流经AVM畸形血管巢灶的血流。尽管存在潜在的径向畸变误差，但精度仍然很好。对于在标准正交平面上未正确显示的动静脉畸形，可进行高达10°的成角，然后使用“像素移动”工具将图像移动到较小的程度，使标记变得明显，以便在GKRS平台上定义图像[图2]。将三维(3D)旋转血管造影集成到标准成像中，可以更好地规划GKRS的剂量。神经放射科医生和伽玛刀医生一起选择图像、确定靶和规划病灶剂量是可取的。应考虑以下因素:

1.所有的标记/基准应清楚地显示在图像上。

2.动静脉畸形病灶应该在立体定向框架内。

3.应进行所有相关的动脉血管造影，以便整个病灶被很好地描绘出来。

4.应选择正交平面，最好是正面和侧面投影。

5.应选择适当的额侧血管造影图像，最好是毛细血管期的图像，最好是引流静脉刚刚出现的图像。

6.应该进行“像素移动（”Pixel shifting”）”，这样基准标记就很容易看到。

图2:左侧颈内动脉数字减影血管造影(DSA) -正面(a)和侧面(b)投影显示“像素移位”功能获得的突出“X”和“+”标记

磁共振成像

MRI目前是大多数病变伽玛刀治疗计划的主力。它通常作为一种独立的方式使用，或者在某些情况下可能与DSA或有时CT联合使用。正如先前所强调的，它的无辐射效果和更高的空间分辨率是首选，可提供病变和体积以及毗邻的危险结构的最佳勾画。最初首选1.5T MRI，而不是3T磁铁，因为它被认为产生更少的空间畸变。然而，最近的工作已经证明，两者在几何精度方面具有相当的优势，3T扫描仪提供了更高的信噪比和更好的分辨率。所使用的颅骨框架必须与MRI兼容，并配有铝固定钉。为了获得最佳的准确性和最小的畸变，应考虑以下方面:

1.病灶最好位于靠近磁场中心的位置，以减少空间扭曲

2.应根据供应商的指引，定期校准磁共振扫描仪和体模检查。

3.排除MRI有禁忌症的患者，如心脏起搏器、金属植入物等。

4.应建议患者不要在治疗当天使用面部化妆品，因为化妆品中的某些元素可能会导致磁场扭曲。

5.如果怀疑或观察到MRI畸变，应同时进行CT并联合配准。

大多数病变可以使用标准MR序列，即3D T1加权(平扫和钆剂增强)和T2加权序列精确定位。其他序列如飞行时间(TOF)磁共振血管造影、脂肪饱和T1加权、反转恢复和磁敏感性加权(SW)序列可用于特定病理的某些情况。MR方案首先在三个平面上拍摄T1或T2图像的3D定位器，其中包含约3mm层厚的切片。这个序列用于确定是否所有的基准都被覆盖，头部的位置没有倾斜或成角。所使用的各种MR序列如下:

常规的序列

3D容积T1序列——稳态(GRASS)序列(有和没有对比增强)中最常用的是扰相梯度回波采集。它应该覆盖整个头部，以确保包括基准标记在内的整个框架应该在视野范围内。某些病理如术后垂体腺瘤和颅底其他病变可能需要脂肪饱和。以钆为基础的对比剂以标准剂量(在大多数病理中)或双倍剂量(在转移性病变中，以免遗漏任何病变)使用。一些医生建议对残留的垂体腺瘤使用半剂量对比剂。但是，同样的，我们更喜欢标准剂量。

T2加权序列-我们更喜欢快速自旋回波(FSE) T2序列，3mm层厚的图像覆盖整个头部。另外，3D体积测量可以使用3D涡轮自旋回波(TSE)序列完成。结节在T2加权图像上可见一团蜿蜒的低信号结构。对比后T1加权图像和TOF序列能够产生多平面的病灶重建，并清晰地定义动静脉。海绵状瘤的含铁血黄素边缘很容易显示，而在T1加权MR图像上不容易看到[图3]。T2图像也有助于耳蜗的精确定位，在T1图像上不容易看到[图4]。

图3:轴向平扫T1加权(a)，对比增强后T1加权(b)， T2加权(c)显示出血海绵瘤的MR图像。

图4:轴向平扫T1加权(a)，对比增强后T1加权(b)， T2加权(c) MR图像显示耳蜗相对清晰度与T2 MRI最佳可视化

先进的功能和专门的MR序列

除了标准的MR序列在大多数病理中是足够的，可能需要使用某些特殊的序列来更好地描绘病变。它们增加了微观结构和生理信息，这可能有助于提高病变勾画的准确性。这些技术有助于肿瘤的生化组成、灌注、血管和细胞特征。它们还可以将术后改变/辐射效应与残留或复发肿瘤区分开来，因为肿瘤和辐射效应在常规MR序列上都表现为增强病变。目前使用的各种MR序列如下:

弥散张量成像(DTI)和弥散束成像(DT) - DTI是基于水质子在细胞和间质水平的流动性。局部微环境中水分含量的变化可能是继发于治疗后的坏死、细胞凋亡或细胞肿胀，改变了弥散系数，导致弥散指数发生变化，即表观弥散系数(ADC)、平均弥散系数(MD)、轴向弥散系数(AD)、径向弥散系数(RD)和分数各向异性(FA)。FA表示纤维的完整性，MD是整体弥散率的标志，RD表示脱髓鞘，AD是纤维降解的指标。高细胞数和高核质比的肿瘤ADC值低，弥散率低。术后水肿增强组织通常具有较高的ADC值，弥散系数增加。参数响应映射(PRM)，以前称为功能弥散映射，是一种用于评估治疗后ADC变化的体素定量方法。它可能有助于区分肿瘤的假性进展和真性进展，以及预测总生存期的能力。这些地图可用于纵向研究和随访。

DTI和DT有助于描绘白质束，如弓状束、皮质脊髓束、胼胝体等[图5]。将DTI作为GKRS计划中的一种附加成像方式，可以减少辐射对肿瘤/AVM附近关键结构的不良影响，例如视神经束和皮质脊髓束。此外，DTI指标特别是FA中位值可用于绘制肿瘤靶点，有助于更好地勾画肿瘤靶点。这在浸润性病变中尤其重要，因为肿瘤边缘在常规MR序列上看不清楚。这种方法在此类病变的随访中也可能有用

MR波谱学- MR波谱学(MRS)提供肿瘤环境的生化信息。 MRS上常见的代谢物有肌酸，N-乙酰天冬氨酸(NAA)，胆碱，脂质，乳酸等，胆碱是髓鞘分解和肿瘤增殖的标志-高胆碱表明肿瘤快速转移，MRS级别较高有助于肿瘤与辐射/手术诱导的变化区分。肿瘤进展通常表现为NAA降低和胆碱水平升高以及脂质/乳酸峰的出现。放射性坏死更常见的表现是由于水代谢的抑制，脂质/乳酸峰值升高在结构信息不充分的情况下，MRS图可以导入并与常规图像联合配准，帮助划定肿瘤边界[图6]。Cho/NAA比值越高，肿瘤分级越高。它还有助于检测MRI增强成像边缘以外的肿瘤浸润。常规MR技术有时难以随访GKRS后这些肿瘤，因为放射性坏死可能类似于肿瘤进展。在此，Cho/NAA比值可能起到拯救作用，也可能指导此类患者的预后。

重T2加权高分辨率MR成像——具有1mm异体素重建能力的基于T2的体积成像对于放射外科治疗三叉神经痛、前庭神经鞘瘤等基于池的小病变非常有用[图7]。稳态构造干涉(CISS)/使用不同翻转角度演变(SPACE)/CUBE/驱动平衡射频复位脉冲(DRIVE)的应用程序优化对比度的采样完美是一些基于供应商的名称，本质上提供类似的图像。

TOF磁共振血管造影(MRA): MRA能清楚地显示血管细节，对AVMs的定位非常有用。TOF-MRA是一种基于血流速度产生血管信号强度的非对比技术。它将高动力病灶和供血动脉描述为高信号，而正常静脉信号被掩盖。在一些血栓或出血的患者中，这个序列可能会出现陷阱。它们也可能出现高强度，即“T1穿透”。TOF-MRA可能无法检测到慢流或小病灶(<10mm)。我们定期执行基于TOF(非对比平扫)的MRA，并将其用于AVM描述。在执行TOF(增强TOF) MRA时进行对比增强，可以极大地提高畸形血管巢的清晰度。我们已经开始在我们的AVM GKRS方案中使用增强TOF，这增加了病变标记的可信度[图8]。

4D MRA:医生使用了一种新型的三重MRA，包括四维(4D)动脉自旋标记(ASL) MRA、增强时间分辨MRA (TWIST)和对比后TOF MRA，作为AVM描述的无创成像三联征。时间分辨MRA提供了与DSA (100-200 msec)相当的200-600 msec的后续时间分辨率。它们表明，由此达到的目标体积更紧凑和更精确。在栓塞前的动静脉畸形中很难定义病灶。栓塞剂和血管壁钙化也可能产生深刻的信号强度变化，从而在T2加权图像上模拟正常血管。ASL是一种非对比成像技术。它利用动脉血液质子的自旋标记。静脉系统内ASL信号检测证实动静脉分流。

含铁血黄素敏感序列:在着手对AVM进行任何干预之前，有必要将其分类为“出血或未出血”。对于AVM破裂的处理没有争议。然而，未出血的动静脉畸形可能有亚临床出血而无神经后果。含铁血黄素敏感序列如敏感性加权图像(SWI)和GRE显示最明显的信号丢失。SWI序列精确地显示浅表铁质沉着，软脑膜内含铁血黄素沉积，如脑沟和脑干表面的印墨边缘，以及远处出血的证据。

T1加权自旋回声“黑血”序列:每个转移瘤病例必须在1毫米薄层的不重叠连续序列上进行评估。为了提高小病变检测的敏感性，在注射对比剂后，对比后图像的采集应延迟10至20分钟。T1加权自旋回声“黑血”容量序列可由于抑制背景血管内增强而提高对较小病变的检测。

图5:弥散传导束成像显示皮质脊髓束及其与相邻胶质瘤的关系，这可能有助于确定伽玛刀放射外科中损伤的内侧边缘划界。

图6:MR波谱显示代谢物特征如何帮助划定残余损伤，并有助于伽玛刀放射外科中损伤的划界。胆碱/肌酸比值升高表明存在肿瘤

图7:MR面板包括平扫T1加权(a)，对比增强后T1加权(b)，稳态成像(CISS)的构造性干扰(c)，显示后者在描绘肿瘤侧向移位的相邻三叉神经(箭头)方面的优势。

图8:轴向平扫T1加权(a)，对比增强后T1加权(b)，对比后飞行时间(TOF) MR血管造影(c)图像显示对比增强后TOF在区分正常脉络膜丛(箭头)和脉络膜丛AVM(箭头)方面的优势，两者在对比增强后T1图像上无法区分。

未来的发展方向

放射外科的未来取决于对靶区病理有更精确和准确的描述。目前迫切需要安全地描述靶区病理和危及器官(OARs)。有明显边缘的病理描述相对容易，如转移瘤和前庭神经鞘瘤，但挑战在于功能性靶向，例如丘脑腹侧中间核的原发性震颤。许多功能定位技术仍然基于叠加的Atlas More details，这在位置上受到严重的种族和民族差异的影响。功能磁共振成像(fMRI)用于绘制特定任务中脑血氧提取的变化。血氧水平依赖(BOLD)技术有助于识别有效皮层对比评估前和随访GKRS的BOLD序列也有助于评估AVMs常见盗血现象的逆转。如果长期随访研究有助于预测癫痫发作控制，则需要进行长期随访研究。

与神经鞘瘤相比，目前脑膜瘤的放射外科治疗仍然很棘手。脑膜瘤根据其组织病理学分级对放射手术有不同的反应。在缺乏明确的病理证据的情况下，预测肿瘤分级的影像学生物标志物对于脑膜瘤的组织病理学分级的推定诊断是必要的。

严重的肿瘤钙化是典型的良性特征。这也意味着低增长潜力和坚实的一致性。弥散加权成像的绝对ADC值小于850 × 10−6或肿瘤与正常大脑的ADC比较低，提示为进袭性脑膜瘤。较大的脑膜瘤，年生长速度超过3cc，形状不规则，脑瘤界面不清，坏死和出血不均一增强，壁内囊性改变，并通过颅底形式扩展，表明生长模式为进袭性生长。

另一个理想的特征是预测放射外科结果的成像生物标志物。在Wu等人基于扩散加权成像的研究中，[30]确定预处理ADC的平均截断值为>1.274 × 10⁻³ mm²/s，预测治疗反应性病变的敏感性和特异性分别为69.2%和17%。

未来的研究将利用纹理形状特征和放射组学来预测SRS治疗病变的长期结果和并发症。

肿瘤真性进展与假性进展的放射学鉴别:SRS扫描后肿瘤体积的增加是临床医生和患者共同关注的问题。虽然活检是区分两者的唯一决定性方法，但与增强病灶体积相比，有一些新兴的辅助生物标志物，如T2/液体衰减反转恢复(FLAIR)比。截止比为10的阳性预测值为92%。另一个标准是“T1/T2不匹配”;T1加权图像上定义清晰的T2中或高信号结节，与增强边界相匹配，是肿瘤复发而非假性进展的指标，具有较高的敏感性和特异性指标研究后，病变商未得到验证。一些研究预测，相对脑血流量的增加比正常白质高1.5至2.1倍，是肿瘤进展的预测因素。

质量保证-建议对磁共振扫描仪进行定期质量检查，以保持图像质量并将视野畸变最小化，最终优化病灶定位。磁场越大，图像失真越大。然而，较低的磁场磁体可能产生较差的图像，并降低信噪比。无论使用何种MR扫描仪，供应商建议应在指定的时间间隔内执行程序，包括扫描MRI中的基准盒和体模(网格/3D体模)扫描，以检查扭曲和单元的准确性。

正电子发射断层扫描(PET)成像

PET使用放射性示踪剂在分子水平上评估组织。它反映了肿瘤缺氧、增殖指数和凋亡活性。PET-CT联合MRI可更好地勾画放射外科病变。它有助于鉴别肿瘤和放射性坏死。通常使用18F标记的2-氟-2-脱氧-d -葡萄糖(FDG)作为放射性示踪剂。然而，11C -蛋氨酸在检测脑肿瘤细胞代谢增加方面更好，在区分肿瘤与背景的脑部信号方面也更好。

脑磁图描记术(MEG)

脑磁图有助于大脑皮层功能的功能成像，它可以解释由颅内神经元电活动产生的磁场它有助于评估视觉、语言、感觉和运动皮层。这可能特别有用，因为靶病变可能位于这些关键的大脑区域之一附近。在放射外科剂量规划中勾画和保护这些区域可以显著减少辐射造成的副作用。因此，基于MEG的功能成像可以与其他基于MR的序列一起纳入放射外科计划.

并发症的术后影像学和放射影像学

每位患者在SRS肿瘤后通常在6个月进行随访，第一年为12个月，接下来的3到5年每12个月进行一次随访。此后，如果肿瘤保持稳定，可以降低成像频率。图像应与计划图像合并，以观察特定的反应区域和瘤周变化。尽管MRI放射影像学证明病灶完全清除，但随访DSA对于高流量血管病变是必须的。病灶应完全闭塞，无早期引流静脉。即使没有病灶，存在早期引流静脉也表明动静脉之间存在持续的通道，这增加了未来出血的风险。

放射外科并发症的放射影像学

放射手术通常的反应是靶区域中央坏死和周围强化，提示凝固性或纤维蛋白样坏死。最常见的放射并发症之一是新的或恶化的肿瘤周围脑实质水肿(25-40%)在T2加权图像上表现为高信号。这些变化大多是无症状的，不需要任何手术干预。在失效场景中，它还有助于区分野内失效和场外故障。一些病理，如前庭神经鞘瘤和脑膜瘤，在放射外科反应中有肿瘤短暂性增大的趋势，也称为假性进展。在6-8个月的治疗脑膜瘤中有9%-22%的病例报告。对假性进展没有明确的定义。对假性进展只需要仔细观察，随访时均表现为放射影像学消退。只有在没有任何组织病理学证据的情况下，在初次放射外科中因肿块效应或诊断怀疑而出现临床症状时才需要手术干预。与FDG-PET相比，氨基酸PET在鉴别肿瘤进展与假性进展方面表现出更好的性能。

»结论

MRI目前是放射外科治疗计划的最佳可用成像方式。CT可以作为一种混合方法，用于MRI扭曲导致损害的定位。随着新的基于MR和其他功能技术的出现，治疗的准确性肯定会随着放射外科结果的显著改善而提高。