20130415-078-放射性粒子治疗计划系统(TPS)在粒子植入中的应用

放射性粒子治疗计划系统（TPS）在粒子植入中的应用陈碧江①谢兼培①周亮①肖敏①①暨南大学医学院复大肿瘤医院，510665，广州市天河区棠德西路2-2号②安徽养和医疗器械设备有限公司摘要近距离放射治疗(Brachytherapy，简称近距离治疗)就是指把放射源(封装的放射性核素)经人体腔道放在肿瘤体附近或插植于肿瘤体内，或放置于肿瘤体表面实施照射的一类放射治疗手段的总称［1］。关键词放射性粒子组织间植入治疗计划系统三维近距离治疗计划系统医学影像放射治疗计划系统，TPS治疗计划系统（一个专用的计算机系统）是一种医疗软件系统,通过对放射源和患者建模,来模拟计划实施的放射治疗。系统采用一个或多个算法对患者体内吸收剂量分布进行计算,计算结果供放射治疗计划制定者使用。治疗计划系统是放射治疗质量控制与质量保证必不可少的手段,而治疗计划设计是放射治疗过程的重要环节,需要治疗计划系统上进行。治疗计划系统应首先对放射源建模,在安装阶段根据模型要求建立相应的束流及参数数据库。在对患者设计计划时,首先向治疗计划系统输人图象通过介质或网络,系统获得关于患者的病变及重要器官与组织的信息,并进行密度场的重建,完成对患者建模。医生与物理人员结合治疗机（医用加速器、钴机等）参数,设计治疗计划先进的治疗计刘系统可提供自动优化功能,治疗计划系统给出治疗计划的模拟结果,通过一种或多种评价方法,对已设计的计划予以评价,经过反复修正和完善,最终获得用于临床的详细可行的治疗方案［1］。放射治疗计划系统操作流程如下。1图像数据输入支持多种图像数据输入方法,包括网络联接,磁介质传输,扫描输入,兼容DICOM3.0标准;图像输入系统ImageImportSystemofSurgicalPlan读取通过网络、磁介质、视频或扫描输入的图像数据，转换为SurgicalPlan标准计划图像格式并存贮到系统图像缓冲池。硬件配置建议使用：IntelPentium3.0GHz，2G以上内存，独立显卡1G以上；系统可以运行在WindowsXP、Windows7或Windows8操作系统。通过网络、磁介质或扫描输入的图像数据均以目录结构的文件形式存储在输入图像文件夹中，其中通过网络和磁介质方式传输的图像数据应为Dicom标准格式，要求图像大小为256x256或512x512；通过扫描方式输入的图像数据应为标准灰度BMP格式，扫描的图像大小为512x512。我院最初开始使用时是通过扫描仪扫描CT底片获取，缺点是：底片逐张扫描，增加医师工作量；其次CT底片为A3格式，扫描大型底片的扫描仪一般市面上质量稍优的产品要2-3万元/台，价格昂贵；我院通过PACS工作站直接获取图像数据，传送Dicom标准格式的图片至粒子治疗计划系统后（使用的图片为：512x512），大大方便了核专业医师操作，提供工作效率。支持原始图象(12Bit,双字节密度)和扫描图象(8Bit,单字节密度)并存的图像结构;引入图象组的概念,可同时或分阶段输入不同种类设备的不同序列(Study)图象(多达八个图象组),为精确制定手术治疗计划和术后病人随访提供了足够的图象空间。2图象数据处理模拟CT/MRI独立诊断台操作,支持图象缩放(Zoom)、漫游(Pan)、窗宽(WindowWidth)和窗位(WindowLevel)调节,支持多窗口显示及多模式显示；定位标记点自动探测和定位误差的自动评估及报警提示；轮廓线自动探测,病灶、重要器官自动/交互提取，在二维的平面图像（某一断层图像）上，轮廓线是包容某一特定组织的封闭边界线。在由断层图像组成的三维空间中，轮廓线包容的是该组织所占据的三维空间。在三维显示中，组织间的空间关系通过不同组织的轮廓线来表现。只有严格定义各组织的轮廓线，才能得到各组织准确的定量数据及组织间的相互关系。轮廓线可以逐层图像定义，也可隔层定义。但同一类目标的轮廓线只能在同一序列图像上定义。系统中用Skull来表示外轮廓线，用Target来表示靶区轮廓线，用Important来表示重要器官；在主窗口中标记过的轮廓线都会在列表窗中显示，显示的颜色可由指定；所有轮廓线的信息可以在右侧面板上进行修改，修改的内容包括轮廓线的类型，颜色和密度；不同的病人可以有不同的轮廓线定义，但是类型只有上述三种，每个计划可以根据需要调入相应的轮廓。（注:轮廓线应包围肿瘤靶区90%以上）；点、线长和体积测量；自动探测功能核团位置,可以使功能性疾病的治疗更简单、更方便；对扫描图像，支持图像旋转、反转和序列图像配准。3三维重建显示原始图象序列重建(例如:由横断序列重建层间距更小的横断序列)；不同断层图象间的序列重建(例如:由横断序列重建冠状/矢状序列)；图象的剖切和任意斜面重建；原始图象数据、病灶、重要器官、焦点等多目标的三维重建显示；手术弓和手术用针显示；针尖三垂直面图像和斜面图像叠加显示等。4手术计划设计采用了多窗口的显示方式,焦点可任意调整,可以在同一图象序列的不同层面间或不同图象序列间自由移动调整焦点；支持多计划设计(一个病人最多可以有16个计划)。5计划评估/输出手术路径可以在不同的图像序列中显示；通过三维重建（结合关键部位、病灶、头皮、手术器械及三维剖面）可以直观立体地表现手术路径与病灶情况；手术路径上任一点的三个正交面剖面图像；旋转视图（绕手术针旋转的剖面图像）直观准确反映手术路径信息；垂直视图（经过并垂直手术针的剖面图像）揭示手术路径上各层的信息；所有的手术计划数据均可通过打印输出。6剂量计算以及剂量线的评测配置完模板后就该进行剂量的计算了。点击“Compute”按钮，将进行剂量的计算。点击“Isodoseline”按钮，将弹出如下的对话框。在该对话框里，可以选择所要查看的等剂量线，以及等剂量线的透明度和颜色。需要根据系统计算出的最大剂量给出处方剂量。主窗口将勾画出等剂量线。等剂量线有可能只在某些切片上才有。可以通过左右箭头键来在不同的切片上查找。另外一种评审等剂量线的方法是察看D.V.H图。点击D.V.H按钮，将弹出如下的对话框。从这里可以看到最大剂量，以及最大剂量点和给出的参考剂量。可以选择显示所有轮廓线的D.V.H曲线，还是某一个特定的轮廓线的D.V.H曲线。坐标轴的横轴表示相对于处方剂量的绝对值和相对值，纵轴表示轮廓线所包容的相对体积。还可以选择察看局部的剂量分布。点击“Profile”按钮，然后在感兴趣的部分单击鼠标左键，然后移动鼠标。系统会实时勾画出局部的剂量分布。020406080100术前术中术后1周术后2个月碘[125I]粒子作用所包容的相对体积如果对某个点的剂量感兴趣，可以在剂量计算结束后，在窗口的右下角，系统将给出特定点的剂量的绝对值和相对值。还可以在重建后的图像序列上不同角度观测剂量的分布。7病例数据库管理具有完善的病例数据库管理功能,可以实现新建病例、编辑病例信息、重组病例图象序列、删除病例、病例数据压缩备份及恢复等功能,可以多种方式快速检索病人数据。8总结放射性粒子治疗计划系统（TPS）主要用于手术计划的制定。但在手术的过程中，有可能实际情况与计划的不一样，根据我院开展2012年1月至2012年12月在我院住院400多例患者实施碘粒子治疗过程中，制定的放射性粒子治疗计划系统,患者的诊断主要根据CT、超声影像以及磁共振、类PET影像资料,大部分患者影像学图像通过我院的PACS系统直接导入TPS计划系统中制定治疗计划。我们随机选取治疗计划100例，所选取的碘粒子是（I125），粒子活度是0.7mCi。利用Spss17.0统计学软件对选取的数据进行分析，如图一所示，在随机抽取的住院患者治疗计划中，治疗前，所制定的TPS计划，碘粒子（I125）作用所包容的相对体积是87.3%；治疗中前，根据住院患者的实际病情等因素，所制定的TPS计划，碘粒子（I125）作用所包容的相对体积是82.6%，略低于治疗前所制定的TPS计划；治疗中后一周，患者在院期间进行术后CT复查，并据此制定出术后一周的TPS计划，碘粒子（I125）作用所包容的相对体积是79.8%，比治疗中所制定的TPS计划稍低；治疗中后2个月，患者回院进行随访CT复查（或在当地CT复查），并据此CT结果制定出复查TPS计划，碘粒子（I125）作用所包容的相对体积是62.3%，低于治疗后1周所制定的TPS计划；该数据不考虑患者的肿瘤复发及转移后面积的大小及碘粒子（I125）半衰期等因素。图一碘[125I]粒子作用所包容的相对体积治疗不同阶段的对比图总之,在粒子植入患者体内前，根据患者影像学资料（如：CT、磁共振、PECT、超声等），制定TPS治疗计划；并在治疗手术中，根据患者具体病情，调整TPS治疗方案，以及术后1周、2个月的复查的研究表明利用放射性粒子治疗计划系统（TPS），核医学医师能规范、准确地为患者放置中碘粒子（I125）提供有效帮助。参考文献[1]王志远等.三维近距离放射治疗计划系统的研究