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肿瘤靶向治疗中的定位技术
来源于:  发表时间:2013-3-6

肿瘤靶向治疗中的定位技术

张中柱 (中国癌症研究基金会)

王洪武 (北京煤炭部总医院)    

二十世纪以来恶性肿瘤逐渐成为人类健康的主要杀手,在长达百年人类与肿瘤的斗争中,逐渐认识到不能分割地依靠手术、药物和射线这三大传统手段战胜肿瘤,有更多的治疗手段在对癌症的综合治疗中崭露头角,尤其是在二十世纪的最后十年中,一大批中外肿瘤学者使用了多种放疗、热疗、冷冻、激光、粒子、生物、超声、介入、药物手段局部灭活肿瘤细胞,保护要害器官,减少对正常组织伤害。这种广义的肿瘤治疗被定义为“肿瘤靶向治疗技术”,其间一种以精确计划、精确定位和精确治疗为核心的“三P”靶向治疗方针得到肿瘤界认可,而靶向定位技术具有一些共性。本文从肿瘤外科、内科、放射科、超声、激光、核医学各种角度对肿瘤靶区的界定,治疗体位的选择,坐标系的建立和转换以及各种体位固定技术的应用作了探讨。

一、肿瘤靶区的界定

国际辐射单位及测量委员会(ICRU)295062号报告中不断完善了对肿瘤靶区的定义,肿瘤界认为这是对肿瘤靶区最权威的界定。

1.物理靶区定义

CTB超、MR等物理影像手段所能诊断的,可见的并有一定形状和体积的病灶组织,包括转移灶在内靶区称为物理靶区,又称解剖靶区。它又可以区分为:

肿瘤靶区(GTV):指影像学能界定的恶性病变靶区。

临床靶区(CTV):包括亚临床以及可能侵犯范围区。

内靶区(ITV):考虑器官运动和呼吸引起的CTV的扩大区。

计划靶区(PTV):考虑治疗中各种误差,专用于治疗计划设计和执行的靶区。

    治疗靶区(TTV):实际接受90%治疗剂量的范围。

危及器官(OAR):可能卷入治疗的重要组织和器官。

肿瘤学家在使用多种靶向治疗技术时,一定要认真界定肿瘤患者的靶区,力争对肿瘤靶区给予致死剂量又保护危及器官不受大剂量伤害(见图1)

图1 肿瘤靶区定义[(ICRU)5062号报告]

2.生物靶区

肿瘤学家在对肿瘤靶区实施局部灭活的靶向治疗手段时往往处于两难境地,即要全部杀死肿瘤细胞,又不伤及正常组织和保护要害器官。以往由于技术条件的限制我们不能从分子水平去认识肿瘤细胞的繁衍过程,也不能完全掌握肿瘤细胞和正常组织对各种靶向治疗手段的区别和抗拒程度,近20年来随着分子生物学、分子遗传学、免疫学等相关学科的发展和渗透,一些基因治疗的理论和技术逐渐成熟,肿瘤基因学得到迅速发展,我们可以利用SPECTPETMR功能影像学技术的进步,显示肿瘤代谢状态甚至分子水平的变化,诸如乏氧、供血、代谢、凋亡、基因等,可以更精确地对肿瘤组织和正常组织进行显示,从而发现常规CTB超、X平片等解剖影像技术不能发现的转移病灶和功能变化。我们将这种功能性影像学定义的靶区称作生物靶区(Biological Target Volume),见图二。

2  生物靶区(BTV)的定义

从图1肿瘤靶区的定义中可以看出,肿瘤医生为了达到肿瘤的根治目的,实施对亚临床病灶的控制,防止这种转移,将肿瘤靶区GTVCTVPTVITVTTV逐次扩大,而真正实施治疗区域远远大于GTV。这就在灭活肿瘤细胞的同时伤及了正常组织,甚至影响危及器官,对一些对射线、药物有抗拒性的肿瘤细胞,比如由于乏氧的影响,鼻咽癌患者应接受9000~10000cGy放射剂量才能达到致死剂量,而患者由于放射反应或要害器官限制只能接受7000cGy剂量,这是造成鼻咽癌患者复发转移的重要原因。

采用BTV靶区概念,使用SPECT/CTPET/CT等先进功能性诊断手段就有可能对肿瘤细胞的乏氧、凋亡、代谢、基因进行诊断,从而将治疗剂量集中到BTV中。从图2中看出BTV区域甚至可能小于PTV,从而达到既灭活肿瘤细胞,又减少对正常组织伤害,保护重要器官的目的。BTV概念的提出丰富和完善了肿瘤靶向治疗理论,靶向治疗学家提出了MD-CRT概念,其意义为不仅使物理剂量达到三维适形目的,还要使治疗达到生物适形,即对肿瘤中剂量敏感和抗拒的不同亚群肿瘤实施不同剂量的治疗,即是说MD-CRT是要在三维物理空间和生物学变化方面实施四维的真正适形治疗,因而称它为多维适形治疗(MD-CRT)

3SPECT/CTPET/CT在肿瘤临床的运用

基于物质密度作为影像基础的CTX线机具有解剖结构清晰的优点,作为患者的器官、组织定位具有优越性,但它只能是根据肿瘤大小及形态变化来确定病变。对肿瘤的生物学行为(代谢、增殖、负荷)却没有明显反应,因而难于辨别肿瘤的转移、疗效、分期等,而单光子计算机断层(SPECT)和正电子发射断层(PET)是基于肿瘤代谢功能的测量,有可能判断肿瘤的良恶性,肿瘤的分期、转移和疗效,如果将它们结合起来,做成SPECT/CTPET/CT就能从清晰地解剖结构影像图上去判别肿瘤的良恶性鉴别和转移,从而指导肿瘤靶向治疗的计划,定位的实施。

SPECT/CT在肿瘤临床上应用的优势为:

· 肿瘤良恶性鉴别

· 恶性肿瘤的临床分期

· 疗效评价

· 多发和坏死

· 预后判断

· 寻找转移性原发灶

PET/CT在肿瘤放疗中的作用:

· 确定BTV的代谢、血流、增殖、乏氧、基因、凋亡

· 精确定位

· 评价疗效

· 修正放射治疗计划,追加肿瘤靶区剂量,减少正常组织剂量

应用SPECT/CTPET/CT等先进硬件图像融合手段,既可以对肿瘤靶区进行精确定位,又能对肿瘤的分期、转移、疗效进行判定,但SPECT/CTPET/CT由于是实行硬件图像融合的大型设备,价格昂贵,如果将上述设备再融入三维治疗计划系统TPS称为PET/CT/RT设备,可以预料必将会推动肿瘤靶向治疗技术的飞跃。

二、肿瘤治疗对定位精度提出的要求:

在肿瘤靶向治疗技术的发展过程中,肿瘤治疗的质量保证(QA)和治疗控制(QC)受到国际肿瘤学家的普遍重视,相关国际卫生组织(WHO)和地区组织组织了QA工作网,出版了相应文件,肿瘤治疗的QA是指经过周密计划而采取的一系列必要措施,保证治疗的全过程中各个环节按国际标准安全准确执行,因而要有一定的标准量度去评价治疗过程中的治疗和效果。而质量控制QC是指要有必要的措施手段去保障QA的执行,并不断修改完善过程中的每个环节达到QA新的水平。

QAQC工作主要内容为剂量的准确性和定位的精确性两类问题。肿瘤学家经过多年实践提出了靶向治疗的全过程中剂量的准确性应控制在±5%范围内。剂量的准确性,不管是放射剂量、热剂量、冷冻深度、药物剂量与模体中的处方剂量不确定度(2.5%),剂量计算精度(3.0%),靶区范围不确定度(2%)一系列因素有关,过剂量会导致健康组织损伤,欠剂量又会造成复发和转移。定位精度从始至终贯彻到整个治疗过程,在重复的定位和摆位中,既有随机误差又有系统误差,一般随机误差会导致剂量分布的变化,发生肿瘤局部控制率下降和正常组织并发症升高。而随机误差多是由设备的精度造成的。WHO建议体部肿瘤的定位精度应掌握在10mm之内,而头部精度显然应该更小,以控制在5mm内为最佳。肿瘤定位精度的分布见(3)所示:

3  定位精度的误差分配

定位精度10mm的分布主要表现为治疗机设备的精度(系统误差)和患者器官运动、摆位(随机误差)两大类,前者是治疗设备应该保证的精度和不断改进设备能够提高的精度,后者更多是通过医务人员的努力,责任心和新的定位手段提供去逐步实现的,显然临床的随机误差控制有更大的难度。在出现三维适形放疗(3DCRT)、立体定向放射治疗(SRT)和逆向调强(IMRT)之类靶向放射治疗技术以后,由于一次性照射剂量增大而带来的临床放射性损伤风险大大增加。其它如大剂量药物浓度、靶向粒子植入、深度冷冻、毁损性超声蛋白凝固、高温治疗同样带来了更大的治疗风险。近十年来国际肿瘤学家在临床定位精度上作了大量研究工作,而工程技术界则努力提供更加精良定位精度的靶向治疗设备。临床治疗过程中的随机位置精度误差可来自于以下几个方面:

1.肿瘤边界确定困难:

前文提到从GTVCTVPTVITVTTV肿瘤靶区到治疗靶区的确定牵涉到多种因素,首先是GTV的认定就决非易事。以我国常见肺癌为例,肺内病灶边界虽然容易划定,但在CT图像上不同窗宽、窗位时肺癌肿块边界就不是一个定数,在肺窗时显示较大,在纵隔窗显示较小。食管由于没有包膜,食管癌浸润较广,影像学检查难以确定边界,特别是转移淋巴结往往沿食管上下转移,可能离原发灶较远,增加了影像检查困难,而鼻咽癌由于向咽旁间隙、茎突前区后区侵犯,肿瘤浸润生长,边界并不确定。因而从GTVCTV的边界扩大应足以包括亚临床肿瘤区域。对不同的肿瘤应该有不同的距离,不能简单以扩大1cm~1.5cm为限,尤其是大剂量的3DCRTIMRTSRT等放射靶向治疗中GTV的边界确定往往是一个陷阱,不精心的治疗可能使肿瘤靶区遗留在治疗靶区之外,比使用常规放疗结果更差。

2.肿瘤解剖位置的移动

肿瘤在生成、发展和治疗过程中其形态、体积、密度也是一个变数。在治疗过程中由于肿瘤的退缩,其解剖位置发生变化,比如食管癌在治疗前由于肿瘤压迫造成角位移,治疗中肿瘤消退,角位移减少,食管恢复到原来位置。肺部肿瘤造成的纵隔位移在治疗以后也会因肿瘤消退而纵隔复位。肿瘤位置及周围器官之间的移动在整个治疗过程中是相伴发生,时刻应该得到关注的。

3.肿瘤和正常器官的运动

伴随着呼吸、器官运动,肿瘤和正常器官的位置永远是一个难以确定的变数。复旦大学肿瘤医院的吴开良医生曾经报道了59例肺部肿瘤随呼吸和心跳位置的影响(1)

1 肺部肿瘤和心跳位置的影响

肺部肿瘤位置

头脚方向

左右方向

前后方向

上野

中野

下野

2.0±0.6cm

7.1±3.8cm

14.3±4.2cm

2.1±0.6cm

3.6±2.3cm

2.4±0.2cm

2.1±0.5cm

2.4±0.8cm

2.3±0.9cm

其它如肝癌、乳腺癌、前列腺癌、膀胱癌也有相应的运动,可以看出对肿瘤和正常器官运动位置的控制也是靶向治疗成败的关键。

4.定位器件的精度

为了保证肿瘤治疗过程中病人的体位固定,近十年来一系列患者固定装置,比如头、颈、肩、胸、腹、乳腺定位架,热塑性定位网膜,真空固定垫,以及三维立体定向框架大量出现。这些定位装置对患者体位的固定起了很大作用,限制了患者的移动,减少了摆位误差。但所有的固定装置都不能一劳永逸地消除治疗过程中患者的移动和重复摆位的精度。其中侵入式的有创固定框架误差小一些,但由于给患者带来的痛苦和使用不便不利于推广应用。而无创式的重复定位装置虽然使用较方便,但本身的误差较大而且难于在重复摆位中保持体位不变。一般说头部面罩的精度就达到1~3mm,而腹部网膜的误差则可能在4~5mm。设计方便、精确,而且可以保持重复使用精度的定位装置是一项艰巨和长期的任务。

5.重复摆位的精度

大部分的靶向治疗都是多次治疗的重复过程,在整个治疗过程中的重复摆位要保持达到治疗计划所允许的定位精度不是一件容易的事。摆位的精度取决于下面两个因素:一是定位装置的精度,二是技术员摆位的精确性,这中间既有责任心的问题,也有方法手段的可行性问题。目前通常采用的办法是拍摄射野片和定位片,在患者做完体位固定装置如真空垫、面膜或体膜以后再拍摄定位片,在整个治疗过程中每周拍摄一次射野片,然后比较两者之间误差,实际验证结果证明,即便使用了体位固定装置,仔细进行了摆位,胸部肿瘤的摆位误差还可以达到6.9mm,加上系统误差,总误差可能达到10.6mm

6.分次治疗中定位精度的分析

肿瘤治疗中总的定位精度可以用以下公式描述:

σ=σs2+σp2=σs2+σT2+σM2+σF2

式中:σs2——摆位误差,一般在3~5mm

σT2——靶区范围误差,影像技术限制,胸、腹部偏差可能为10mm

σM2——内外标记误差,随标记方法而定,在1~2mm范围

σF2——体位固定器误差,其中面罩精度为1~3mm,体膜精度为3~6mm

以上公式当σs=3mm,σT=10mm,σM=1mm,σF=3mm时,σ=10.54mm

从以上公式分析来看,如果精心摆位,将摆位误差σF3mm降到1mm时σ=10.15mm,而GTV的边界确定准确度σT10mm降到1mm时σ=3.46mm。由此可见靶区定位精度首先依赖于肿瘤靶区边界的不确定度,其中头部肿瘤的靶区边界由于组织运动对CTV影响很小,控制其定位精度相对较容易,而胸腹体部肿瘤,因组织器官运动幅度较大,控制其定位精度比较困难,一般来说能掌握σ=10mm左右,已经是不容易了。

三、治疗体位的确定

治疗体位的选择是在靶向治疗开始就确定的,合适的治疗体位既要考虑布野的要求,又要考虑患者的健康条件所能接受的方式和重复摆位的可重复性。经验证明:患者感到最舒适的体位往往是最容易重复和最容易摆位的体位,但往往又不能满足最佳布野要求,因此在确定患者治疗体位时,首先要根据治疗技术的要求,选择恰当的体位固定装置,让患者在一个较为舒适、易于重复的体位下去接受治疗。例如对于前野和侧野治疗一般采用仰卧位,后野治疗可以考虑俯卧位,而两野交叉治疗中耳癌时可以考虑侧卧位,纵隔癌时采用坐位为好,宫颈癌治疗有时要考虑产床位,对于全身白血病治疗则有时要考虑站位或侧卧位,通常治疗体位的选择如下:

1.合理的体位选择应考虑

a.布野方便:对于靶向放疗要考虑单野、多野,旋转野治疗时布野的方便和实施的可能,并且要考虑固定装置是否会阻挡射野。

b.进针合理:对于氩氦刀、射频多极针、电化学、粒子植入这些经皮穿刺的靶向治疗技术要考虑进针的合理,刀具的固定和患者接受的可能性。

c.实施可能:对于超声聚焦、微波热疗、射频热疗,由于要使用相应的治疗换能器件,如超声聚焦换能器、微波辐射器、射频电极等器件,这些治疗器件有的通过空气,有的要通过水作介质,有的在治疗过程中要产生大量热量,要采用特殊的冷却手段降温。

2.体位选择(见图4) 

a.仰卧位:大多数靶向治疗体位

b.侧卧位:乳腺癌、中耳癌

c.俯卧位:前列腺癌、乳腺癌

d.坐位:纵隔癌

e.产床位:宫颈癌的后装机治疗

f.站位:白血病

4  各种体位图

四、治疗坐标系的建立和转移

一个完整的疗瘤靶向治疗应该包括体位固定,计划设计,计划评估,治疗模拟,治疗实施和剂量验证等步骤。而体位固定从始至终贯彻在整个治疗过程中,现代的肿瘤靶向治疗多从CT/MRI/DSASPECT/CTPET/CT上取得三维解剖数据,经过三维治疗计划系统TPS的设计,再到立体靶向治疗机上去实施。期间必须在患者身上建立坐标系,这个坐标系应能直接反映患者的体位,从定位到摆位中坐标系必须保持不变,这个坐标应该有如下功能:有可靠的体位参考标记点;②坐标系应有3D解剖结构,确定靶区和周围器官的关系;能将CT/MR/DSASPECTPET以及射野验证片进行图像融合,叠加和比较;④反映剂量分布在不同图像体系中的映射。

1. 体位参考标记的选择原则

体位参考标记是患者三维坐标系的基础,在选择患者的治疗体位和体位固定方式以后,必须将它们联成一个刚性结构,通过CT/MRISPECTPET等影像设备,利用三维治疗计划系统寻找患者的靶区中心,确立患者肿瘤靶区的坐标系。患者的坐标系一旦确定以后,靶区的体积,靶区与周围组织和要害器官的关系,靶区与体位固定器的关系才能确立。头颈部肿瘤由于与周围器官的相对运动较小,一旦患者的坐标系确定以后肿瘤与周围组织器官相对关系基本确定,而对于胸腹部肿瘤,由于呼吸器官运动引起的靶区与周围组织的关系不是确定的,随时间会有周期性变化,加上皮肤、脂肪,肌肉之间状态的不同,造成坐标系出现一些不确定性。为了评估上述各种引起的相对位移,在患者坐标系中有必要建立参考标记点,参考标记点的选择有如下原则(5)。 

5  体位参考标记

a.容易确定的解剖位置:由于目前肿瘤靶区基本上是由CT,模拟机这些影像设备确定,因而一些图像清晰的骨性解剖标记,如胸骨、脊椎,盆骨仍然是最容易识别的标记,位于体表的可称之为皮肤标记或外标记,位于体内可称之为内标记或骨性标记

b.皮下脂肪较薄的体表部位:这些地方体位固定器与身体形成较清晰的刚性结构。

c.离靶中心越近越好:选择内标记点,在肿瘤靶区附近埋设金豆的内标记要比在皮肤上尤其在脂肪层较厚的皮肤上精度要高得多。

2. 体位参考标记比较:

目前临床使用的体位参考标记有以下几种类型:

a. 有创植入金豆(金柱):这是纯度99.9%的金球或金柱,金球一般是ф3mm的中空球体,可用手术方法植入到靶区附近组织中,胡逸民教授在临床中应用的无环重定位技术(frameless   relocalization  technique)首先将金球用于胸腹部肿瘤的X—刀治疗 ,摆位时一旦体位确定,在加速器上拍摄正侧位MVX定位片,送入计算机,确定当时体位下金球与体位框架之间的相互关系,通过坐标转换后,制定治疗体位下的靶区位置。(6)

6  金豆及金柱

b. 皮肤标记:采用ф2.0~ф3.0球形金属标记或ф2.0~ф3.0的线性金属标记,将其用胶带贴在皮肤上可在CT上形成鲜明的皮肤标记,也有些肿瘤专家用废弃的导管外套敷贴在皮肤上做成线状皮肤标记。目前国外已有方便使用的商品球状和线状金属标记供应,这是做成一次性使用的胶带商品,每盒有150粒球状标记或125英寸长的线状金属标记,临床应用方便(7)

皮肤标记

c、纹身标记药水及注射针:作完计划的皮肤标记不适于在患者皮肤上久留,而且便于治疗和治疗以后病人复诊需要将在皮肤上留下纹身标记,目前也有无毒,无污染的一次纹身药水和配套纹身针供应(8)

d、魔十字胶带:魔十字胶带是一种宽约4mm长约40mm的黑色胶带,中间有一条0.2mm宽的白线,将此胶带四条呈十字线状贴在面膜或体膜上在进行CTsim定位和在加速器上摆位时魔十字胶带对应于激光定位灯的十字线非常醒目,是一种方便的摆位工具。故称魔十字胶带(9)

纹身标记药水及注射针

9  魔十字胶带

e、解剖标记:解剖标记不是一种工具而是利用体内某些易于确定的骨性标记作为体内定位基准。(10)

10  解剖标记

几种参考标记的使用有如下对比见表2

2 参考标记方法及其优缺点

序号

参考标记方法

优点

缺点

备注

1

植入金豆

精度高

有创植入

需缝合固定

2

体表标记

使用方便

受脂肪、肌肉运动

影响,精度较差

3

解剖骨性标记

使用方便

精度不高

4

魔十字胶带

使用方便

不能单独作为标记

配合面膜、体膜用

5

纹身药水

永久性标记

不易在头、颈部使用

皮下注射

3. 患者坐标系的建立和转移

目前大多数肿瘤患者的靶区信息是以图像方式进入医生治疗计划中去的,治疗医生要对患者的图像进行登记和处理,其目的是 : ①建立患者的坐标系,并通过上述体位标记反映患者的治疗体位,而体位固定器却是保证从定位到摆位的治疗过程中坐标系不变的关键。②以这个坐标系为基础,得到三维的重建解剖结构图像,以确定靶区和靶区周围组织和重要器官的结构关系,利用目前的计算机图像技术,可以得到一个虚拟的人体结构图像(DRR)  ③在此坐标系上将CT/MRI/PET/SPECT图像叠加、比较  ④将不同的放射剂量,冷冻靶区,热剂量,超声损毁区域覆盖治疗靶区得到治疗剂量的分布三维图像。

CT是肿瘤治疗计划是基本工具,这是由于它的结构图像清晰,使用广泛,价格低廉,MRI则针对软组织的分辨率高,还可以得到横断面,冠状面,矢状面图像,采取必要的图像软件融合手段可以进行肿瘤诊断靶区勾画和组织器官重建图像,这对于确定靶区非常方便,使用更先进的SPECT/CTPEC/CT这些硬件图像融合设备。则能从细胞分子水平去判断肿瘤的分期疗效,发现转移灶和亚临床灶,当然由于其价格昂贵,目前临床的推广应还有困难。

利用目前的计算机图像技术和三维治疗计划系统软件已经可以在CT/MR/PET上建立的坐标系并有相应的体位固定装置相配合,实现从诊断设备到治疗设备上坐标系的转移,并保证从定位到摆位的重复性。 

五、治疗体位固定技术

治疗体位固定最早起源于神经外科,由于脑部重要器官的复杂,迫使神经外科专家对治疗手术的立体定向做了大量工作,研制了多种立体定位设备。诸如头环、头架、面罩、牙托等固定技术,随着靶向治疗的多样化和大剂量立体靶向治疗技术的临床推广应用,精密的立体体位固定技术也从神经外科走向放射靶向、热靶向、冷冻靶向,药物靶向、超声靶向的广泛领域,但治疗体位固定技术总的可以分为头部定位和体部定位两大类型:

1. 有创头环定位:

从神经外科为基础的有创定位是一种精确的定位技术,其核心部件是基础环,利用局部麻醉,通过骨钉和支杆将基础环固定到患者头骨上形成刚性结构,从而在头骨上建成一个定位,计划到治疗过程中精度很高的三维坐标系统,但是使用不方便,对患者造成痛苦,只适合一次性靶向治疗使用,逐渐被无创定位头架替代。

2. 无创头部定位架

头颈部病人的固定可以使用头架、头枕加面膜的方法。这种方法简单易行能保证患者在垂直,前后方向有2mm之内的定位精度,但由于面膜在左右方向上刚性不够,因而可能会有较大的位移,目前一种拱形头架,头枕加牙托或鼻夹的头部定位方法用于临床能够防止患者在左右方向的位移(11)

11  无创头部定位架

3. 体部定位(真空垫+热塑膜+定位架)

体部定位使用最方便的是体部定位架、真空垫加体膜的办法,对于不同部位的肿瘤使用胸部,腹部,乳腺定位架,患者下部放置真空垫,患者上部使用热塑体膜也能得到6mm之内的定位精度,其中真空垫是一种填充聚苯乙烯球粒的复合膜口袋,抽取一定负压后球粒因收缩而固化形成与患者相适形的固定袋一般能保持一个月以上不变形,完成治疗过程,真空垫和热塑膜可以重复使用(12)

12  体部定位

4、发泡材料体部定位

体部定位还可采用一次性发泡材料,这是将两种化学粉沫,聚氨酯甲酸乙酯和聚苯乙烯在聚苯乙烯塑料袋中混合产生膨化物,可以在10分钟内使患者在特制的模型中固定成型,即可形成可靠的体位固定。发泡材料体部固定是一次性定位材料,由于膨化物密度极低、不衰减射线,但体积较大,需要有一个工艺制作过程(13)

13  发泡材料体部定位

各种体部固定方法都有其特点,也有其局限性。表列出其比较

 体位固定技术比较

序号

体位固定技术

优点

缺点

1

有创头环

定位精度高

有创

2

头架+头枕+面膜

可重复使用

侧向精度差

3

拱型头架+头枕+牙托(鼻夹)

精度高

工艺复杂

4

体部定位架+真空垫+体膜

重复使用、方便

精度稍差

5

发泡材料

使用方便

一次性

六、经过穿刺靶向治疗的定位技术

1. B超引导

B超引导定位是最理想的工具之一,它能实时成像,操作简单,多角度探测,在肝癌、前列腺癌等的消融治疗中发挥了重要作用。特别是彩色多普勒超声的应用,能观察治疗前后血流的变化,准确判定肿瘤介入治疗的效果。直肠B超探头的应用,更利于前列腺、盆腔及妇科肿瘤的诊断与治疗(14-1c)。术中B超或内镜下B超的应用,对准确引导穿刺定位,也有重要价值(14-1d)

图14-1a B超引导下氩氦刀治疗肝癌     图14-1b 穿刺针沿B超引导器插入氩氦刀           

14-1c直肠B超探头引导前列癌的治疗           14-1d 术中B超引导下氩氦刀治疗肝癌

2、模拟定位机或C型臂X线机

模拟定位机是模拟60Co或加速器治疗前进行定位的仪器,球管能上下、前后、左右调节,并带有透视、照相等功能。在透视下可直接引导穿刺,通过不断转换角度,荧屏上能显示探针的位置,便于准确到达靶点。C型臂X线机是动脉介入治疗常用的机器,比模拟定位机功能更齐全、使用更方便,也是引导经皮肺穿刺很好的仪器(14-2)

14-2 C型臂X线机引导经皮肺穿刺

4   X线电透与 CT 的比较

   项目                      模拟定位机或C型臂X线机            CT

穿刺针刺入方位             限于左右水平位或前后位         全方位均可,不受限制

穿刺针在肿瘤内的方位       左右位显示清楚,前后位不清     全方位显示良好

冷冻全程及冰球监测         同步、实时                     冻完退刀后才能扫描

反映肿瘤与肺、纵隔关系     立体                           局部、平面

穿刺、冷冻精确性           较差                           较好

对肺血管、支气管显示       差                             好

冷冻后肿瘤残留率           高                             低

肿瘤穿刺成功率             3cm成功率低                  高

机器操作难度               简单, 术者本人可操作           复杂, 需专业技术人员

费用                       低                             高

用机时间                   短                             长

从表4可以看出,不论穿刺、冷冻的精确性、冷冻范围、穿刺成功率、可靠性、手术残瘤率,CT引导均优于X线电透引导。但后者操作简便,手术时间短,穿刺、治疗全程均可通过电脑屏幕在直视监控下进行为其突出优点。根据上述特点,结合肿瘤在肺内的位置、大小、与肺门、纵隔及肺血管支气管的关系等结合本单位的条件酌情选用。

3. CT引导

第一次用CT引导活检的人是Hagga Alfidi,主要用于盆腔和腹部[2]。从此以后,逐渐扩展到胸、腹、颅内和其他器官。

 CT具有密度分辨率高、视窗宽、图像无重叠及三维立体图像重建等功能,能根据所显

示肿瘤的位置、大小、形态及与周围组织的关系等,为制定最佳消融计划提供参考,由此确定最佳靶位、最佳消融层面、最佳进针点等。

(1)常规CT扫描定位

术前充分了解影像资料中所显示的肿瘤及周围组织结构的三维立体解剖关系,根据消融所采取的方法不同(如冷冻、射频、微波等),初步确定进针方向和消融范围。如肿瘤较大可选用多刀组合方案,所形成的消融范围应尽可能将瘤组织包容其内,并大于肿瘤边缘lcm以上(图15-3a,b,c)。

图15-3a 消融布针示意图

          图15-3b单刀方案               图15-3c 氩氦刀多刀组合方案                           

     

图15-4a CT扫描前胸壁贴一光栅     图15-4b  定位(氩氦刀进针靶位)

   图15-4c  穿刺针入体内后再次CT扫描          图15-4d 扩张管及导管鞘插入瘤体内

采用栅栏定位方法。预先在肿瘤相应的皮肤表面上粘贴一金属或塑料栅栏(15-4a,用报废的血管导管自制栅状定位线),再次行CT扫描,仔细测算、确定介入瘤体的层面以及刀的种类、数量和方位,并最终确定刀头端进入瘤体内的位点(即靶点,图15-4b)

胸部穿刺和肝穿刺由于受呼吸的影响较大,操作时需患者的密切配合。术前可训练患者如何屏气,力争做到CT扫描和穿刺的屏气时相一致,并调整好进针的角度和深度,以保证穿刺的准确性。嘱患者屏气后,快速将穿刺针插入瘤体内,穿刺过程中需反复CT扫描,及时调整穿刺针的深度和方向(15-4c),再将扩张管和鞘导入瘤体内,再次CT扫描无误后,再将针(氩氦刀或射频针、微波电极等)插入预定靶位(15-4d)

胸部穿刺主要的并发症为气胸和出血,肝穿刺主要为出血和管道损伤,穿刺过程中需严密观察,及时处理。

常规CT不具备实时显像功能。如果扫描时患者移动,穿刺针就不准确。如果反复穿刺,

必将导致穿刺成功率下降、并发症增加和延长操作时间。穿刺过程中操作者需多次往返于扫描间和扫描控制室,浪费了很多时间(至少需半小时到1小时),但操作者没有受到过多的辐射,比较安全。

(2)实时CT透视(CTF)

CTF最早由日本Katada发明,并用于东芝医疗系统(Toshiba Medical System),具有专用的高速矩阵处理机和特殊的重建系统,使CT连续快速扫描(6~8/)[3]。目前已有GE医学系统(MilwaukeeWis)Siemens医学系统(IselinNJ)Elscint医学系统(Highland HightsOhio)Toshiba America医学系统(TustinCalif.)Picker国际(Highland HightsOhio)五家公司的新螺选CT均装备CTF。该系统将CT技术与透视技术结合起来,手术定位方案为首先根据病灶的部位及肋间隙显示情况,选择定位点,测定该点与病灶的距离、进针角度和深度等,实时将治疗针插入瘤体内。

CTF引导肺穿刺活检时可避免83%~90%的患者再穿刺。据Silverman报道,CTF和常规CT组的活检敏感性和阴性预计值无明显差异。室内操作时间也无明显缩短。但CTF置针时间(平均29分钟)明显短于常规组(36 mins)。患者平均暴露射线剂量CTF74cGy,明显高于常规CT的辐射量(30 cGy)CTF组医生暴露射线的剂量和时间也明显增加。用肠钳夹住穿刺针,可使手离开扫描窗10cm以上,避免手直接暴露于放射线下。平均CTF穿刺时间为79[4]。所以术中应严格防护措施,如穿铅衣、戴防护手套和手远离扫描窗等。为保证穿刺命中率与减少辐射剂量,CTF参数以低剂量及超低剂量程序为宜,并在扫描间歇进针。Kato等报道,如果手直接暴露于射线下,每次穿刺受到的辐射剂量是120mSv(1.47mSv/s),每年只能穿刺4次,而如果用持阵器(手离开直射4cm)每次穿刺受到的辐射剂量是1.5mSv(0.025 mSv/s,是前者的1.7%),每年可允许穿刺330)[5]

    对腹部和盆腔的操作时间CTF组比常规CT组节省了30%的时间。另外,CTF在脑神经系统、骨骼肌肉系统的引导穿刺中也发挥了重要作用。

因此,有学者建议,对直径<5cm和部位较深的病灶应使用CTF,而对于瘤体较大的病灶,使用常规CT即可,以减少辐射损伤。

(3)立体定位穿刺仪:

根据CTMRI等图像,设计三维立体构象,决定进针路线和方向,避免CT反复定位的麻烦。

以氩氦刀为例,氩氦超低温冻融的疗效取决于超低温冷冻治疗中冰球覆盖肿瘤的范围,即靶区范围。术前严密的适形计划,治疗中准确的引导定位与适时监测是十分必要的

随着B超、CTMRI及同位素等影像学的发展,计算机三维立体重建技术的应用,为氩氦刀靶向治疗治疗计划系统(TPS)的设计和实施奠定了基础。美国专家设计了氩氦刀靶向治疗前列腺癌三维立体模拟定位和引导系统, 国内也有许多专家对肝癌、肺癌等模拟定位计划系统进行了有益的探索。作者曾应用脑立体定位仪引导氩氦刀治疗肺癌、肝癌,南京解放军88医院叶玉坤教授等设计研制出适合于肝肺等特殊部位的自动立体定位仪(15-, 5)

15-5 立体定位穿刺仪

首先采集CTB超等影像资料重建肿瘤靶区及其重要组织器官的三维空间 在靶区空间拟置入冰球,调整大小、位置、角度及深度,在3D空间虚拟现实,医生可以观看到治疗范围与靶区的吻合程度。对于不规则的靶区可放置多个冰球利用计算机软件及导航定位系统,确定氩氦刀的种类、进针部位、角度、深度、冷冻时间及其氩气氦气的输出功率等详细的计划, 并模拟手术过程预期手术结果, 作好术前准备工作,安排好术中和术后处理措施

   

15-6  图像采集                        图15-7  构建三维立体图像

(4)脑立体定向:

脑部肿瘤的靶向治疗从早期的有框架定位,发展到现在的无框架机器人定位,可引导氩氦刀、射频、微波、粒子植入等多种方法,在肿瘤的靶向治疗方面处于领先地位。

   

15-8   脑立体定位仪                    图15-9  开放式磁共振仪

4. MRI引导

MRI需无磁穿刺设备,对引导肝、前列腺及盆腔肿瘤有重要意义。

5  各种经过穿刺定位技术比较

序号

经过穿刺靶向定位技术

优点

缺点

1

B超定位

易操作、无射线

精度低

2

模拟机、CX机定位

易操作

有射线、不能长期操作

3

CT引导定位

精度高

需长期占用CT

4

MR引导定位

可作矢状面冠状面穿刺

成本高

七、结语

诞生于二十世纪最后十年,在廿一世纪蓬勃发展的肿瘤靶向治疗技术,突破了肿瘤外科,内科,放射治疗和其它科室的门阀限制,是包括放射靶向,药物靶向,外科导航,介入治疗,冷冻靶向,热靶向以及超声靶向,生物靶向治疗各学科的综合运用,由于它是以人为本为提高肿瘤患者生存率和生存质量为目标,各个临床医学部门的协作活动,因此,从一开始就得到广大生物医学工程界的认知,调动了从临床、科研到生产研制部门的积极性,它应该是肿瘤治疗发展的必然趋势,其中靶向治疗的定位技术越来越受到重视,需要建立相应的理论基础,丰富相应的实施手段,扩大临床应用。我们期望肿瘤靶向的定位技术将随肿瘤靶向治疗技术同步发展,渐趋成熟。

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