基于CT定位的三維一體化后裝治療系統(tǒng)的開發(fā)和臨床應(yīng)用

劉藝，盛修貴，何鐵軍2，張學(xué)良

1.山東省腫瘤醫(yī)院 婦瘤科，山東 濟南，250117；2.醫(yī)科達（上海）醫(yī)療器械有限公司，上海 200120

基于CT定位的三維一體化后裝治療系統(tǒng)的開發(fā)和臨床應(yīng)用

劉藝1，盛修貴1，何鐵軍2，張學(xué)良1

1.山東省腫瘤醫(yī)院 婦瘤科，山東 濟南，250117；2.醫(yī)科達（上海）醫(yī)療器械有限公司，上海 200120

本文介紹了基于CT定位的三維一體化后裝治療系統(tǒng)的開發(fā)及在中晚期宮頸癌治療中的臨床應(yīng)用。該系統(tǒng)以我院目前成熟的二維一體化后裝治療系統(tǒng)為構(gòu)建基礎(chǔ)，將基于CT的三維成像系統(tǒng)、影像傳輸系統(tǒng)、治療計劃系統(tǒng)、后裝治療系統(tǒng)有機結(jié)合，從而實現(xiàn)施源器置放、三維成像、靶區(qū)勾畫、治療計劃制定及后裝治療的精確、迅速完成，對于中晚期宮頸癌的治療具有重要的臨床價值。

CT定位；三維一體化后裝治療；宮頸腫瘤

0 前言

腔內(nèi)后裝治療聯(lián)合盆腔體外照射是中晚期宮頸癌的主要治療方式。自2004年3月以來，我院將自行開發(fā)的二維一體化后裝治療系統(tǒng)應(yīng)用于中晚期宮頸癌的常規(guī)治療之中，并已取得了良好的臨床療效。該系統(tǒng)應(yīng)用X線模擬機定位，根據(jù)其采集的二維圖像進行治療計劃的設(shè)計和優(yōu)化，初步實現(xiàn)了后裝治療的個體化。但二維X光機在準確定位靶區(qū)和危險器官方面存在一定的局限性，直接影響了后裝治療的精確性。因此，我院于2011年初引進核通后裝治療機和GE Brivo CT 325 CT機，借鑒二維一體化后裝治療系統(tǒng)的成功經(jīng)驗，開發(fā)出三維一體化后裝治療系統(tǒng)，并于2011年3月試用于臨床治療?，F(xiàn)報告如下。

1 三維一體化后裝治療系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用

1.1 三維一體化后裝治療系統(tǒng)簡介

三維一體化后裝治療系統(tǒng)是將三維成像系統(tǒng)（如CT、MRI或PET-CT）、影像傳輸系統(tǒng)、治療計劃系統(tǒng)、后裝治療系統(tǒng)有機結(jié)合為一體，使施源器置放、三維成像、定位、制定治療計劃及后裝治療等步驟依次、迅速完成。國際上CT、MRI或PET-CT均已應(yīng)用于三維成像系統(tǒng)，但是基于MRI/PET-CT的后裝治療系統(tǒng)成本高，且掃描時間長，收治患者效率低，與之比較，基于CT定位的三維一體化后裝治療系統(tǒng)在我國更具實用價值。

1.2 三維一體化后裝治療系統(tǒng)的組成和工作程序

1.2.1 三維一體化后裝治療系統(tǒng)的組成

該系統(tǒng)組成包括：① CT成像系統(tǒng)：CT機及其附屬設(shè)備和可移動治療床等；② 影像傳輸系統(tǒng)：將CT掃描得到的三維影像信息傳送至治療計劃系統(tǒng)；③ 治療計劃系統(tǒng)：為我院與核通公司共同開發(fā)的軟件系統(tǒng)，以實現(xiàn)治療靶區(qū)的勾畫、逆向治療計劃的設(shè)計及優(yōu)化；④ 后裝治療系統(tǒng)：包括核通公司生產(chǎn)的192Ir后裝治療機及其附屬設(shè)備；⑤ 各類施源器：包括宮腔施源器和陰道施源器兩種。

1.2.2 三維一體化后裝治療系統(tǒng)的工作程序

指導(dǎo)患者在特制治療床上取截石位→消毒外陰、鋪無菌洞巾→消毒陰道及宮頸、置放施源器→CT掃描獲取定位圖像→將掃描影像及相關(guān)信息傳輸至治療計劃系統(tǒng)→勾畫肉眼靶區(qū)→確定治療靶區(qū)→擬定治療計劃及劑量→驗證并優(yōu)化劑量曲線→確定治療計劃→實施后裝機治療（圖1）。

圖1 三維一體化后裝治療計劃

1.3 三維一體化后裝治療計劃的制定和優(yōu)化

三維一體化后裝治療的核心在于如何精確地制定出適合不同患者的個體化治療計劃，即治療計劃的制定與優(yōu)化。首先，在施源器的引導(dǎo)下，根據(jù)盆腔解剖結(jié)構(gòu)和組織密度對比的差異在CT影像的各個斷層上勾畫出宮頸病變及子宮、直腸、膀胱的范圍，明確治療靶區(qū)。理想的治療靶區(qū)需包含完整的目的治療區(qū)域，即宮頸及宮旁三角區(qū)，同時盡可能減少直腸、膀胱的受量。然后勾畫宮頸及腫瘤，即肉眼靶區(qū)（Gross Target Volume，GTV），在GTV基礎(chǔ)上，以宮頸口為中心，向?qū)m旁組織區(qū)及宮體、陰道方向各外放2 cm，即計劃靶區(qū)（Planning Target Volume，PTV），同時設(shè)置參考點，包括A點及直腸、膀胱參考點，然后根據(jù)臨床治療所需的參考點劑量及膀胱、直腸限量，應(yīng)用治療計劃系統(tǒng)描繪三維治療曲線，并反復(fù)優(yōu)化，最終得到最佳劑量曲線。

1.4 三維一體化后裝治療系統(tǒng)的優(yōu)點和不足

優(yōu)點：① 自行開發(fā)的后裝治療床使患者在整個治療過程中無需改變體位，通過移動治療床即可快速、無誤地將患者轉(zhuǎn)移至CT床上，保證了治療靶區(qū)與定位靶區(qū)的一致性；② 該系統(tǒng)采用CT掃描獲得三維重建圖像，由婦科腫瘤臨床醫(yī)生勾畫GTV，應(yīng)用治療計劃系統(tǒng)進行逆向治療計劃的設(shè)計及優(yōu)化。與二維X線模擬機成像系統(tǒng)相比，這一過程更加準確地反映靶區(qū)及危險器官體積、位置及實際受量，并及時做出調(diào)整，保證最終的治療計劃更加精確，真正實現(xiàn)了后裝治療的個體化；③ 基于MRI/PET-CT的后裝治療系統(tǒng)成本過高，且掃描時間長，收治病人效率低，與之比較，基于CT定位的三維一體化后裝治療系統(tǒng)在我國更具實用價值。

不足：① 后裝治療床由于包含金屬、有機合成部件，導(dǎo)致CT掃描圖像中出現(xiàn)偽影，在一定程度上影響了圖像的清晰度；② 治療計劃的優(yōu)化和療效驗證是治療的關(guān)鍵點之一，但目前尚無明確的療效評價體系；③ 三維后裝治療包括CT掃描、靶區(qū)勾畫、治療劑量曲線優(yōu)化等多個環(huán)節(jié)，使三維一體化后裝系統(tǒng)較之我院現(xiàn)行的二維一體化后裝系統(tǒng)，并未顯著地縮短治療時間。

2 總結(jié)

目前國內(nèi)常規(guī)應(yīng)用的后裝治療機在治療計劃精確性上普遍存在明顯的不足，亦不能實現(xiàn)治療的個體化。常規(guī)后裝治療過程需先定位，再將病人轉(zhuǎn)移至治療床上，此過程難以保證定位靶區(qū)與治療靶區(qū)的一致性，從而影響治療的精確性，因此，我院婦瘤科對原有后裝治療程序加以改良，開發(fā)出了一體化后裝治療系統(tǒng)，將模擬定位機、影像傳輸系統(tǒng)、治療計劃系統(tǒng)、后裝治療系統(tǒng)有機地結(jié)合起來，使施源器的置放、定位、制訂計劃及后裝治療一次性完成，并于2004年3月開始臨床應(yīng)用，大大提高了治療的準確性[1]。但是，該定位系統(tǒng)仍存在局限性。定位過程中所應(yīng)用的X線模擬機對危險器官（如膀胱和直腸）及局部腫瘤病灶均不能顯影，且治療劑量的設(shè)置是以參考點A點的劑量為優(yōu)化基準，因此，腫瘤大小、位置、危險器官受量及體外照射劑量等個體化因素難以充分納入治療計劃的設(shè)計過程之中[2]。

CT/MRI/PET-CT定位的三維后裝治療計劃系統(tǒng)能夠精確地顯示三維劑量分布、腫瘤靶區(qū)及其與危險器官的關(guān)系，在CT/MRI/PET-CT圖像上模擬后裝治療的劑量分布，為治療計劃設(shè)計提供準確、直觀的評價，從而使提高腫瘤控制率、降低副反應(yīng)發(fā)生率成為可能[3-4]。自本世紀初，國外逐步將CT/MRI/PET-CT等三維成像技術(shù)應(yīng)用于宮頸癌的后裝治療中，2005年歐洲婦科腫瘤治療協(xié)會提出了宮頸癌MRI圖像引導(dǎo)下三維腔內(nèi)后裝治療的建議案[5]。在美國，臨床醫(yī)生更多地使用CT圖像指導(dǎo)腔內(nèi)后裝治療[6-7]。但是上述諸多三維后裝治療計劃系統(tǒng)的操作程序仍然是定位與治療分離，即患者首先在治療床上置入施源器，然后送入CT/ MRI/PET-CT機房、轉(zhuǎn)移到CT/MRI/PET-CT機上進行定位并制定治療計劃，治療時需再次將患者轉(zhuǎn)移至治療床上，送入后裝治療室，然后實施治療。此類治療系統(tǒng)存在共同缺點，即難以將定位、制定治療計劃和后裝治療完整地結(jié)合為一體，從而使定位靶區(qū)和治療靶區(qū)出現(xiàn)較大誤差，達不到精確治療的目的。

我院自行開發(fā)的三維一體化后裝治療系統(tǒng)以成熟的二維一體化后裝治療系統(tǒng)為構(gòu)建基礎(chǔ)，將CT機、后裝治療機和自行研發(fā)的一體化后裝治療專用床等組裝成較成熟的三維一體化后裝治療系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分發(fā)揮各個組成部分的優(yōu)勢，實現(xiàn)了后裝治療的清晰成像、精確定位和準確治療。在整個治療過程中，患者無需改變體位，從而顯著減小了因患者體位移動引起的誤差，保證了治療過程的簡捷、迅速、準確。總之，與目前國內(nèi)外已進入臨床應(yīng)用的三維后裝治療系統(tǒng)比較，該系統(tǒng)實現(xiàn)了定位、制定治療計劃和后裝治療的一體化，克服了定位靶區(qū)和治療靶區(qū)不一致的缺點，達到了精確放療的要求。

另一方面，由于投入臨床使用的時間較短，該系統(tǒng)在運行過程中仍存在一些問題，比如，如何克服施源器、治療床部件對CT成像的影響，如何將GTV、PTV及危險器官的勾畫過程規(guī)范化，如何評價治療計劃的理想與否等等。在諸多問題中，治療計劃的優(yōu)化和療效評價是關(guān)鍵，目前只有很少的研究者做過此方面的驗證。張書旭[2]等人應(yīng)用VC++開發(fā)了以CT圖像為基礎(chǔ)的三維后裝治療模擬計劃系統(tǒng)，使用JR1152-F型熱釋光劑量計和仿真人體盆腔模型初步驗證了三維后裝治療模擬計劃系統(tǒng)劑量計算的準確性和可靠性。石梅等[3]觀察了CT圖像引導(dǎo)下劑量參數(shù)與腫瘤局部控制率及晚期副反應(yīng)之間的關(guān)系，并認為與二維治療計劃比較，三維治療計劃在沒有改變A點劑量、直腸參考點劑量情況下提高了GTV、CTV的90%體積受照射劑量及90%處方劑量對GTV、CTV的覆蓋率，1年盆腔控制率達90%，且無嚴重副反應(yīng)。

總之，我院自行開發(fā)的三維一體化后裝治療系統(tǒng)充分體現(xiàn)了其在精確定位和治療中的優(yōu)勢。我們將繼續(xù)對患者的近遠期臨床療效、并發(fā)癥進行觀察分析，進一步完善三維一體化后裝治療系統(tǒng)的功能，不斷提高治療的準確性，更好地滿足個體化治療的需求。

[1] 潘春霞,盛修貴,王力平,等．一體化后裝治療系統(tǒng)的開發(fā)及在宮頸癌治療中的應(yīng)用[J]．中國醫(yī)療設(shè)備,2010,25(2):77-79．

[2] 張書旭,林生趣,周應(yīng)杰,等．三維后裝治療模擬計劃系統(tǒng)設(shè)計和驗證研究[J]．醫(yī)療設(shè)備信息,2007,22(3):1-4．

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Development and Application of Integrated 3D Afterloading Brachytherapy Treatment System Based on CT Location

LIU Yi1, SHENG Xiu-gui1, HE Tie-jun2, ZHANG Xue-liang1
1. Department of Gynecologic Oncology, Shandong Cancer Hospital, Jinan Shandong 250117, China; 2. Elekta (Shanghai) Instruments Ltd, Shanghai 200120, China

This paper introduces the development of integrated 3D afterloading brachytherapy treatment system based on CT location and its application in advanced cervical cancer. On the basis of integrated 2D afterloading brachytherapy system, which has been used maturely in our hospital, 3D imaging system based on CT, image transmission system, planning system and afterloading treatment system are organically integrated so as to perform all the procedures accurately and rapidly, including fxing source applicator, 3D imaging, delineating GTV (Gross Target Volume), making and optimizing treatment plan. Thus, this system is of great importance for the treatment of advanced cervical cancer.

CT location; integrated 3D afterloading brachytherapy; cervical neoplasm

R814.42；R737.33

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.05.038

1674-1633(2013)05-0107-03

2012-02-23

2012-12-06

山東省科技攻關(guān)項目（2009GG10002010）。

盛修貴，主任醫(yī)師，碩士生導(dǎo)師。

通訊作者郵箱：jnsxg@hotmail．com