劉佳（通信作者），麥燕華，房詩(shī)婷

廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院 （廣東湛江 524000）

精準(zhǔn)放療可分為3 部分，即精準(zhǔn)定位、精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和精準(zhǔn)治療，其中精準(zhǔn)定位是精準(zhǔn)放療的基礎(chǔ)。CT 大孔徑模擬定位是放療常用的定位方法，CT 可實(shí)現(xiàn)三維成像，包含豐富的解剖信息和電子密度信息，且?guī)缀问д媛实?、空間分辨率高、掃描時(shí)間短。但其軟組織分辨率低，腫瘤和正常組織邊界模糊，導(dǎo)致靶區(qū)勾畫(huà)不精確，可能使正常組織并發(fā)癥發(fā)生率升高[1-3]，無(wú)法滿足精準(zhǔn)放療的需求。隨著科技的發(fā)展，MRI 技術(shù)逐漸應(yīng)用于放療定位。MRI 包括多種成像技術(shù)，圖像軟組織分辨率高且輻射小，能更清晰地區(qū)分腫瘤和正常組織邊界，利于腫瘤靶區(qū)的勾畫(huà)[4-6]。但MRI 圖像無(wú)電子密度信息，無(wú)法計(jì)算劑量，因此常需要與CT 圖像融合，利用融合后的圖像進(jìn)行腫瘤靶區(qū)勾畫(huà)，以提高定位的精確度，滿足精準(zhǔn)放療的需求[2]。由于常規(guī)MRI 掃描床板為曲面，放療定位床板為平面，且MRI 掃描所需的線圈（尤其是頭頸部）與CT 模擬定位固定裝置（包括定位體架、頭枕、熱塑膜等）互不兼容[4]，導(dǎo)致無(wú)法使用相同的定位體位進(jìn)行掃描，進(jìn)而影響圖像融合的效果，降低靶區(qū)勾畫(huà)的精確度。雖然放療專(zhuān)用MRI 定位機(jī)可解決此問(wèn)題，但其價(jià)格昂貴，應(yīng)用受限[7]。因此，CT-MRI 可兼容定位裝置的研制具有重要臨床意義。

1 CT-MRI 可兼容定位裝置的研究背景

1.1 研究意義

目前，精準(zhǔn)放療常用的兩種定位方式是CT 模擬和MRI 模擬[8]。MRI 具有軟組織分辨率高、輻射小等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于臨床[9-12]。MRI 模擬定位包括兩種方式，一種是單獨(dú)使用MRI 模擬定位機(jī)進(jìn)行定位，另一種是結(jié)合CT 模擬定位機(jī)進(jìn)行定位[13-15]。這兩種定位方式各有特點(diǎn)，第一種配有放療專(zhuān)用線圈，專(zhuān)用于放療模擬定位，但MRI 圖像信號(hào)強(qiáng)度是質(zhì)子密度與組織弛豫時(shí)間的函數(shù)，與電子密度無(wú)相關(guān)性。現(xiàn)有的放療計(jì)劃基于電子密度信息計(jì)算劑量分布，MRI 圖像無(wú)法像CT 圖像一樣，基于電子密度準(zhǔn)確計(jì)算組織的劑量分布，不可直接應(yīng)用于放療計(jì)劃。放療專(zhuān)用的MRI 模擬定位費(fèi)用較高，給患者帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，只適用于少數(shù)大醫(yī)院放療科，不適宜于基層醫(yī)院大范圍推廣。第二種是目前臨床常用的定位方式，將MRI 圖像與CT 圖像進(jìn)行融合配準(zhǔn)，利用融合后的圖像設(shè)計(jì)放療計(jì)劃[16-19]。1987 年，F(xiàn)raass 等[20]曾提出利用MRI 與CT 圖像融合配準(zhǔn)進(jìn)行放療靶區(qū)定義和勾畫(huà)。此方法既可解決CT 圖像軟組織分辨率低的問(wèn)題，又可解決MRI 圖像無(wú)電子密度信息，無(wú)法用于計(jì)算劑量分布的問(wèn)題。由于常規(guī)MRI 掃描床為曲面，放療定位床板為平面，兩種模態(tài)圖像在進(jìn)行圖像配準(zhǔn)時(shí)易產(chǎn)生較大誤差，且圖像融合的算法也會(huì)影響圖像配準(zhǔn)的精度[21-22]。因此，用同一種方式對(duì)患者進(jìn)行體位固定，采用同時(shí)滿足CT 掃描和MRI 掃描的可兼容定位裝置，即可解決此問(wèn)題。

1.2 研究現(xiàn)狀

以放療專(zhuān)用線圈替代頭頸線圈，可解決放療擺位裝置不兼容問(wèn)題，但也會(huì)降低MRI 圖像質(zhì)量。為提高M(jìn)RI 圖像質(zhì)量，唐慧等[23]基于現(xiàn)代流行的模具制作逆向工程技術(shù)，率先在國(guó)內(nèi)研發(fā)出可兼容頭頸線圈的新型固定裝置，并探討了其對(duì)MRI 和CT 圖像質(zhì)量、光子劑量衰減的影響，以及應(yīng)用于放療的可行性，證明其研發(fā)的可兼容新型頭頸線圈可用于顱內(nèi)腫瘤放療。放療專(zhuān)用的MRI 模擬定位機(jī)掃描時(shí)需使用擺位輔助裝置進(jìn)行固定，患者的舒適度低于MRI 掃描。為提高患者的舒適度、縮短MRI 掃描時(shí)間，陳辛元等[24]改裝兩片式16 通道柔性線圈，建立了頭頸部模擬定位高通道線圈掃描方案，并證實(shí)此方案可滿足臨床需要，顯著提高圖像的信噪比；在保證圖像質(zhì)量相近的前提下，可支持更快的并行采集方案，顯著縮短掃描時(shí)間。為解決放療專(zhuān)用線圈掃描圖像質(zhì)量差的問(wèn)題，胡臻堯等[25]研發(fā)了可兼容頭頸聯(lián)合線圈的新型放療輔助固定裝置，驗(yàn)證了此裝置可滿足臨床需求，并可在臨床應(yīng)用中獲得質(zhì)量較高的圖像。為了提高CT 模擬定位圖像與常規(guī)MRI 掃描圖像配準(zhǔn)及放療靶區(qū)勾畫(huà)的精確度，鐘青松等[7]研制出一套CT-MRI 同體位放療模擬定位裝置，并驗(yàn)證此裝置可有效提高CT 和MRI圖像配準(zhǔn)及靶區(qū)勾畫(huà)的精確度，滿足臨床放療要求。

2 可兼容固定裝置的材料及特點(diǎn)

目前，CT-MRI 可兼容定位裝置常用的材料包括玻璃纖維、凱夫拉[23]（又稱(chēng)芳綸）、ABS 塑料、聚甲醛熱塑性結(jié)晶聚合物（polyformaldehyde，POM）、尼龍等。（1）玻璃纖維：一種無(wú)機(jī)非金屬材料，種類(lèi)繁多，性能優(yōu)異，絕緣性好、耐熱性強(qiáng)、抗腐蝕性好、機(jī)械強(qiáng)度高，單絲直徑為幾微米至20 多微米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的1/20 ～1/5，但其缺點(diǎn)為性脆、耐磨性較差，常被用作復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料。（2）凱夫拉：化學(xué)名稱(chēng)為聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺，其密度低、強(qiáng)度高、韌性好、可耐高溫，強(qiáng)度為同等質(zhì)量鋼鐵的5 倍，但密度僅為鋼鐵的1/5。（3）ABS 塑料：化學(xué)名稱(chēng)為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，其耐化學(xué)腐蝕、耐熱，具有一定的表面硬度、高彈性和韌性；其原料易得、綜合性能好、價(jià)格便宜。（4）POM：又稱(chēng)聚氧亞甲基，是一種聚合物，被譽(yù)為“超鋼”或“賽鋼”；具有耐疲勞、耐蠕變、耐磨、耐熱、耐沖擊等優(yōu)良性能，且摩擦系數(shù)小，自潤(rùn)滑性好，不易吸濕，在潮濕的環(huán)境中穩(wěn)定性強(qiáng)。（5）尼龍：具有絕緣、無(wú)磁、耐腐蝕、美觀、永不生銹等優(yōu)良特性。

3 可兼容固定裝置的基本結(jié)構(gòu)

CT-MRI 可兼容定位裝置可分為3 部分，即可兼容床板、可兼容模擬定位體架、頭部/體部線圈支架?？杉嫒荽舶鍨槠矫娲舶?，可嵌套在MRI 床板上使用，能夠滿足CT 掃描時(shí)體位固定的需求。可兼容模擬定位體架既可置于可兼容床板上進(jìn)行MRI掃描，又可作為體位固定體架進(jìn)行CT 掃描。頭部/體部線圈支架可調(diào)節(jié)上下高度和側(cè)向滑動(dòng)幅度，便于更好地進(jìn)行體位固定。CT-MRI 可兼容定位裝置組裝后的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。可兼容床板、可兼容模擬定位體架、頭部/體部線圈支架的尺寸可結(jié)合具體MRI 型號(hào)及該地區(qū)患者身高、體型特征進(jìn)行定制。

圖1 CT-MRI 可兼容定位裝置結(jié)構(gòu)圖

3.1 可兼容床板

MRI 掃描床面底部為凹型，兩側(cè)邊緣設(shè)有凹形槽，而CT 掃描床面為平面，兩者床面不同導(dǎo)致體位固定方式不一致，難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)放療。為解決此問(wèn)題，可兼容床板頂部和底部?jī)蓚?cè)各有1 個(gè)限位塊，先將頂部2 個(gè)限位塊直接對(duì)準(zhǔn)MRI 掃描床板頂部?jī)蓚?cè)邊緣的凹形槽，再調(diào)節(jié)底部限位塊，使其與MRI 掃描床板底部凹形槽匹配，直至可兼容床板能直接嵌套于MRI 掃描床板上。擰緊螺釘，使MRI 掃描床板由凹形板變?yōu)槠矫姘??？杉嫒荽舶宕笮?yīng)與MRI型號(hào)相匹配，采用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（凱夫拉和玻璃纖維），以滿足MRI 掃描的需求。

3.2 可兼容模擬定位體架

CT 模擬定位體架主要為玻璃纖維材質(zhì)，但玻璃纖維進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)容易發(fā)熱，從而引發(fā)患者恐懼心理，甚至帶來(lái)生命危險(xiǎn)，體驗(yàn)不佳。為解決發(fā)熱問(wèn)題，可兼容模擬定位體架采用以凱夫拉為主的復(fù)合材料，可避免發(fā)熱，減輕患者恐懼心理，為其提供舒適、健康的模擬定位環(huán)境。可兼容模擬定位體架大小與CT 模擬定位體架尺寸保持一致，可借助螺釘嵌套在可兼容床板上，以便與CT 模擬定位保持相同體位。

3.3 頭部/體部線圈支架

頭部/體部線圈支架采用ABS/POM 材質(zhì)，頭部線圈支架由體架、托架、解鎖裝置及固定座組成，體部線圈支架主要由弧形架、基座及鎖緊結(jié)構(gòu)組成。線圈支架可通過(guò)弧形架調(diào)節(jié)高度和前后距離，確保線圈靠近人體時(shí)不會(huì)產(chǎn)生壓迫感，是可獨(dú)立安裝的結(jié)構(gòu)，對(duì)固定裝置和床板無(wú)限制，具有良好的兼容性。

4 可兼容固定裝置的使用步驟

（1）體位固定及CT 掃描：根據(jù)患者的靶區(qū)位置選擇合適的體位固定方式，進(jìn)行CT 掃描，再將掃描的CT 圖像上傳至相應(yīng)的放療治療計(jì)劃系統(tǒng)。（2）安裝MRI 可兼容床板：將可兼容床板頂部的限位塊對(duì)準(zhǔn)MRI 床板頂部邊緣的凹槽，調(diào)節(jié)可兼容床板底部的限位塊，使其完全嵌套于MRI 床板，再擰緊螺釘，防止其滑動(dòng)。（3）安裝可兼容模擬定位體架：根據(jù)可兼容床板的中線位置放置定位體架，使兩者的中線位置保持一致，并利用卡銷(xiāo)固定可兼容模擬定位體架。（4）放置體位固定所用的模具：將體位固定需要的模具置于患者體表，體位固定同CT 掃描。（5）放置線圈支架及線圈：在患者所需掃描部位放置線圈支架，將線圈支架鎖緊結(jié)構(gòu)的壓舌板正確卡入可兼容體位固定架底座的適配條內(nèi)，再將調(diào)節(jié)扳手撥至鎖緊側(cè)；根據(jù)弧形結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)線圈支架的高度和前后距離，確保其與CT 掃描體位固定方式一致；最后將MRI 掃描需要的線圈置于線圈支架上，以備MRI 掃描。（6）MRI 掃描及圖像融合：將MRI 掃描的圖像上傳至放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，與CT 掃描圖像融合，保存CT 圖像、MRI 圖像及融合后的圖像后，將其導(dǎo)入計(jì)劃系統(tǒng)。

5 存在的問(wèn)題

CT 和MRI 可兼容固定裝置可實(shí)現(xiàn)同體位固定，利用CT 和MRI 圖像融合技術(shù)可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)放療。雖然較多研究表明，同體位固定利用圖像融合技術(shù)可明顯提高靶區(qū)勾畫(huà)的精確度并準(zhǔn)確進(jìn)行劑量計(jì)算，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)放療，但精準(zhǔn)放療應(yīng)用過(guò)程中仍存在以下問(wèn)題。（1）MRI 圖像失真：由于掃描時(shí)間長(zhǎng)，如患者在MRI 掃描過(guò)程中不配合，可能導(dǎo)致MRI 圖像出現(xiàn)偽影和失真，降低圖像融合的精確度；掃描時(shí)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)（如MRI 序列參數(shù)設(shè)置不當(dāng)），也會(huì)影響MRI 圖像清晰度，進(jìn)而降低圖像融合的精確度[26]。（2）MRI 無(wú)法使用激光定位系統(tǒng)：現(xiàn)有的MRI 診斷系統(tǒng)無(wú)法使用放療專(zhuān)用的激光定位系統(tǒng)進(jìn)行激光定位標(biāo)記，也給重復(fù)性擺位帶來(lái)一定困難，可能增大CT 和MRI 同體位掃描的誤差，也可能降低圖像融合的精確度[3]。（3）圖像融合配準(zhǔn)的精度不高：目前采用的圖像融合配準(zhǔn)大多是在放療計(jì)劃設(shè)計(jì)系統(tǒng)或第三方專(zhuān)用的勾畫(huà)軟件（如MIM 等軟件）中完成的，這對(duì)物理師的圖像配準(zhǔn)技術(shù)提出了較高要求，還與臨床醫(yī)師勾畫(huà)靶區(qū)及正常組織的習(xí)慣有一定聯(lián)系；物理師與臨床醫(yī)師配合度不高也會(huì)降低圖像融合配準(zhǔn)的精度[27]。（4）缺乏統(tǒng)一的評(píng)價(jià)規(guī)范：目前通常根據(jù)臨床醫(yī)師的要求評(píng)價(jià)圖像融合配準(zhǔn)后的結(jié)果，臨床醫(yī)師的習(xí)慣存在差異，圖像融合配準(zhǔn)評(píng)價(jià)尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，可能導(dǎo)致圖像配準(zhǔn)結(jié)果差異化嚴(yán)重[27]。

綜上所述，CT-MRI 可兼容固定裝置可實(shí)現(xiàn)CT和MRI 同體位固定，利用圖像融合技術(shù)使融合圖像保留CT 和MRI 圖像的優(yōu)點(diǎn)，提高精準(zhǔn)放療過(guò)程中靶區(qū)和正常組織勾畫(huà)的精確性，減少圖像邊界不清晰或勾畫(huà)習(xí)慣不統(tǒng)一導(dǎo)致的差異，具有一定的臨床價(jià)值；同時(shí)，為無(wú)放療專(zhuān)用MRI 模擬定位機(jī)的醫(yī)院節(jié)約了成本，減輕了患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。但實(shí)際應(yīng)用中依然存在一定的問(wèn)題，如MRI 圖像失真、MRI 無(wú)激光定位系統(tǒng)、圖像融合配準(zhǔn)精度不高、無(wú)統(tǒng)一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等[27-28]，有待未來(lái)進(jìn)一步完善。