基于CT定位的三维一体化后装治疗系统的开发和临床应用

刘艺，盛修贵，何铁军2，张学良

1.山东省肿瘤医院 妇瘤科，山东 济南，250117；2.医科达（上海）医疗器械有限公司，上海 200120

基于CT定位的三维一体化后装治疗系统的开发和临床应用

刘艺1，盛修贵1，何铁军2，张学良1

1.山东省肿瘤医院 妇瘤科，山东 济南，250117；2.医科达（上海）医疗器械有限公司，上海 200120

本文介绍了基于CT定位的三维一体化后装治疗系统的开发及在中晚期宫颈癌治疗中的临床应用。该系统以我院目前成熟的二维一体化后装治疗系统为构建基础，将基于CT的三维成像系统、影像传输系统、治疗计划系统、后装治疗系统有机结合，从而实现施源器置放、三维成像、靶区勾画、治疗计划制定及后装治疗的精确、迅速完成，对于中晚期宫颈癌的治疗具有重要的临床价值。

CT定位；三维一体化后装治疗；宫颈肿瘤

0 前言

腔内后装治疗联合盆腔体外照射是中晚期宫颈癌的主要治疗方式。自2004年3月以来，我院将自行开发的二维一体化后装治疗系统应用于中晚期宫颈癌的常规治疗之中，并已取得了良好的临床疗效。该系统应用X线模拟机定位，根据其采集的二维图像进行治疗计划的设计和优化，初步实现了后装治疗的个体化。但二维X光机在准确定位靶区和危险器官方面存在一定的局限性，直接影响了后装治疗的精确性。因此，我院于2011年初引进核通后装治疗机和GE Brivo CT 325 CT机，借鉴二维一体化后装治疗系统的成功经验，开发出三维一体化后装治疗系统，并于2011年3月试用于临床治疗。现报告如下。

1 三维一体化后装治疗系统的开发及应用

1.1 三维一体化后装治疗系统简介

三维一体化后装治疗系统是将三维成像系统（如CT、MRI或PET-CT）、影像传输系统、治疗计划系统、后装治疗系统有机结合为一体，使施源器置放、三维成像、定位、制定治疗计划及后装治疗等步骤依次、迅速完成。国际上CT、MRI或PET-CT均已应用于三维成像系统，但是基于MRI/PET-CT的后装治疗系统成本高，且扫描时间长，收治患者效率低，与之比较，基于CT定位的三维一体化后装治疗系统在我国更具实用价值。

1.2 三维一体化后装治疗系统的组成和工作程序

1.2.1 三维一体化后装治疗系统的组成

该系统组成包括：① CT成像系统：CT机及其附属设备和可移动治疗床等；② 影像传输系统：将CT扫描得到的三维影像信息传送至治疗计划系统；③ 治疗计划系统：为我院与核通公司共同开发的软件系统，以实现治疗靶区的勾画、逆向治疗计划的设计及优化；④ 后装治疗系统：包括核通公司生产的192Ir后装治疗机及其附属设备；⑤ 各类施源器：包括宫腔施源器和阴道施源器两种。

1.2.2 三维一体化后装治疗系统的工作程序

指导患者在特制治疗床上取截石位→消毒外阴、铺无菌洞巾→消毒阴道及宫颈、置放施源器→CT扫描获取定位图像→将扫描影像及相关信息传输至治疗计划系统→勾画肉眼靶区→确定治疗靶区→拟定治疗计划及剂量→验证并优化剂量曲线→确定治疗计划→实施后装机治疗（图1）。

图1 三维一体化后装治疗计划

1.3 三维一体化后装治疗计划的制定和优化

三维一体化后装治疗的核心在于如何精确地制定出适合不同患者的个体化治疗计划，即治疗计划的制定与优化。首先，在施源器的引导下，根据盆腔解剖结构和组织密度对比的差异在CT影像的各个断层上勾画出宫颈病变及子宫、直肠、膀胱的范围，明确治疗靶区。理想的治疗靶区需包含完整的目的治疗区域，即宫颈及宫旁三角区，同时尽可能减少直肠、膀胱的受量。然后勾画宫颈及肿瘤，即肉眼靶区（Gross Target Volume，GTV），在GTV基础上，以宫颈口为中心，向宫旁组织区及宫体、阴道方向各外放2 cm，即计划靶区（Planning Target Volume，PTV），同时设置参考点，包括A点及直肠、膀胱参考点，然后根据临床治疗所需的参考点剂量及膀胱、直肠限量，应用治疗计划系统描绘三维治疗曲线，并反复优化，最终得到最佳剂量曲线。

1.4 三维一体化后装治疗系统的优点和不足

优点：① 自行开发的后装治疗床使患者在整个治疗过程中无需改变体位，通过移动治疗床即可快速、无误地将患者转移至CT床上，保证了治疗靶区与定位靶区的一致性；② 该系统采用CT扫描获得三维重建图像，由妇科肿瘤临床医生勾画GTV，应用治疗计划系统进行逆向治疗计划的设计及优化。与二维X线模拟机成像系统相比，这一过程更加准确地反映靶区及危险器官体积、位置及实际受量，并及时做出调整，保证最终的治疗计划更加精确，真正实现了后装治疗的个体化；③ 基于MRI/PET-CT的后装治疗系统成本过高，且扫描时间长，收治病人效率低，与之比较，基于CT定位的三维一体化后装治疗系统在我国更具实用价值。

不足：① 后装治疗床由于包含金属、有机合成部件，导致CT扫描图像中出现伪影，在一定程度上影响了图像的清晰度；② 治疗计划的优化和疗效验证是治疗的关键点之一，但目前尚无明确的疗效评价体系；③ 三维后装治疗包括CT扫描、靶区勾画、治疗剂量曲线优化等多个环节，使三维一体化后装系统较之我院现行的二维一体化后装系统，并未显著地缩短治疗时间。

2 总结

目前国内常规应用的后装治疗机在治疗计划精确性上普遍存在明显的不足，亦不能实现治疗的个体化。常规后装治疗过程需先定位，再将病人转移至治疗床上，此过程难以保证定位靶区与治疗靶区的一致性，从而影响治疗的精确性，因此，我院妇瘤科对原有后装治疗程序加以改良，开发出了一体化后装治疗系统，将模拟定位机、影像传输系统、治疗计划系统、后装治疗系统有机地结合起来，使施源器的置放、定位、制订计划及后装治疗一次性完成，并于2004年3月开始临床应用，大大提高了治疗的准确性[1]。但是，该定位系统仍存在局限性。定位过程中所应用的X线模拟机对危险器官（如膀胱和直肠）及局部肿瘤病灶均不能显影，且治疗剂量的设置是以参考点A点的剂量为优化基准，因此，肿瘤大小、位置、危险器官受量及体外照射剂量等个体化因素难以充分纳入治疗计划的设计过程之中[2]。

CT/MRI/PET-CT定位的三维后装治疗计划系统能够精确地显示三维剂量分布、肿瘤靶区及其与危险器官的关系，在CT/MRI/PET-CT图像上模拟后装治疗的剂量分布，为治疗计划设计提供准确、直观的评价，从而使提高肿瘤控制率、降低副反应发生率成为可能[3-4]。自本世纪初，国外逐步将CT/MRI/PET-CT等三维成像技术应用于宫颈癌的后装治疗中，2005年欧洲妇科肿瘤治疗协会提出了宫颈癌MRI图像引导下三维腔内后装治疗的建议案[5]。在美国，临床医生更多地使用CT图像指导腔内后装治疗[6-7]。但是上述诸多三维后装治疗计划系统的操作程序仍然是定位与治疗分离，即患者首先在治疗床上置入施源器，然后送入CT/ MRI/PET-CT机房、转移到CT/MRI/PET-CT机上进行定位并制定治疗计划，治疗时需再次将患者转移至治疗床上，送入后装治疗室，然后实施治疗。此类治疗系统存在共同缺点，即难以将定位、制定治疗计划和后装治疗完整地结合为一体，从而使定位靶区和治疗靶区出现较大误差，达不到精确治疗的目的。

我院自行开发的三维一体化后装治疗系统以成熟的二维一体化后装治疗系统为构建基础，将CT机、后装治疗机和自行研发的一体化后装治疗专用床等组装成较成熟的三维一体化后装治疗系统。该系统充分发挥各个组成部分的优势，实现了后装治疗的清晰成像、精确定位和准确治疗。在整个治疗过程中，患者无需改变体位，从而显著减小了因患者体位移动引起的误差，保证了治疗过程的简捷、迅速、准确。总之，与目前国内外已进入临床应用的三维后装治疗系统比较，该系统实现了定位、制定治疗计划和后装治疗的一体化，克服了定位靶区和治疗靶区不一致的缺点，达到了精确放疗的要求。

另一方面，由于投入临床使用的时间较短，该系统在运行过程中仍存在一些问题，比如，如何克服施源器、治疗床部件对CT成像的影响，如何将GTV、PTV及危险器官的勾画过程规范化，如何评价治疗计划的理想与否等等。在诸多问题中，治疗计划的优化和疗效评价是关键，目前只有很少的研究者做过此方面的验证。张书旭[2]等人应用VC++开发了以CT图像为基础的三维后装治疗模拟计划系统，使用JR1152-F型热释光剂量计和仿真人体盆腔模型初步验证了三维后装治疗模拟计划系统剂量计算的准确性和可靠性。石梅等[3]观察了CT图像引导下剂量参数与肿瘤局部控制率及晚期副反应之间的关系，并认为与二维治疗计划比较，三维治疗计划在没有改变A点剂量、直肠参考点剂量情况下提高了GTV、CTV的90%体积受照射剂量及90%处方剂量对GTV、CTV的覆盖率，1年盆腔控制率达90%，且无严重副反应。

总之，我院自行开发的三维一体化后装治疗系统充分体现了其在精确定位和治疗中的优势。我们将继续对患者的近远期临床疗效、并发症进行观察分析，进一步完善三维一体化后装治疗系统的功能，不断提高治疗的准确性，更好地满足个体化治疗的需求。

[1] 潘春霞,盛修贵,王力平,等．一体化后装治疗系统的开发及在宫颈癌治疗中的应用[J]．中国医疗设备,2010,25(2):77-79．

[2] 张书旭,林生趣,周应杰,等．三维后装治疗模拟计划系统设计和验证研究[J]．医疗设备信息,2007,22(3):1-4．

[3] 石梅,魏丽春,刘隽悦,等．局部晚期宫颈癌CT图像引导下192Ir三维腔内后装治疗剂量体积参数与疗效关系[J]．中华放射肿瘤学杂志,2011,20(1):49-53．

[4] 徐卉．一体化后装治疗系统在中晚期宫颈癌治疗中的应用及护理[J]．护理实践与研究,2009,(15):32-34．

[5] Hale-Meder C,Pgtter R,Van Limbergen E,et a1．Gynaecolngical(GYN) GEC-ESTRO working group．Recommendations from gynaeeological(GYN) GEC-ESTRO working group(I):concepts and terms in 3D image based 3D treatment planning in cervix cancer braehythempy with emphasis on MRI assessment of GTV and CTV[J]．Radiother Oncol,2005,74(3):235-245．

[6] Viswanathan AN,Erickson BA．Three-dimensional imaging in gynecologic brachytherapy:a survey of the American Brachytherapy Society[J]．Int J Radiat Oncol Biol Phys,2010,76(1):104-109．

[7] Beriwal S,Kannan N,Kim H,et a1．Three-dimensional high dose rate intracavitary image-guided brachytherapy for the treatment of cervical cancer using a hybrid magnetic resonance imaging/ computed tomography approach:feasibility and early results[J]．Clin Oncol,2011,23(10):685-690．

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

山东省科技攻关项目（2009GG10002010）。

盛修贵，主任医师，硕士生导师。

通讯作者邮箱：jnsxg@hotmail．com