在模拟前列腺组织的MRI模型中，I-125种子和针尖的检测准确性：幻影模型的设计、制作与测试

《IPEM-Translation》：Detection accuracy of I-125 seeds and needle tips, in MRI prostate tissue mimicking material: Phantom design, fabrication, and testing

本研究设计了一种新型 phantom 用于评估MRI中针尖和种子位置的准确性，发现金属伪影校正算法会导致针尖位置测量系统性偏移（平均-2.3±1.5mm），且MRI序列参数（如切片厚度和伪影校正）显著影响种子定位精度，临床需避免种子簇和边缘植入以提高剂量分布准确性。

　　在医学领域，尤其是放射治疗中，准确识别针尖和种子位置对于确保治疗效果至关重要。低剂量率（LDR）永久性植入放射治疗是治疗低风险和中等风险前列腺癌的一种常见方法。然而，这种治疗方式在磁共振成像（MRI）图像中识别针尖和种子位置的准确性一直是一个挑战。特别是在实际临床应用中，由于图像中存在各种伪影，可能会导致针尖和种子位置的误判，从而影响剂量分布的精确性。因此，开发一种能够准确评估这些位置的模拟装置具有重要的临床意义。

### 研究背景与动机

在传统上，LDR植入通常依赖实时超声（US）图像进行引导。然而，实时超声图像在某些情况下可能无法提供足够的细节，尤其是在需要进行动态剂量计算时。相比之下，MRI能够提供更清晰的软组织对比度，并且可以以任意角度获取图像，这使得MRI成为一种更具吸引力的引导工具。尽管如此，MRI图像中种子和针尖的识别仍然面临困难，尤其是当它们位于前列腺边缘或以特定角度排列时。

此外，MRI图像中常见的金属伪影可能进一步影响针尖和种子的定位。金属伪影通常出现在含金属物体的区域，如针尖或植入的种子。这种伪影可能导致图像失真，使得实际位置与测量位置之间存在偏差。因此，研究如何在MRI图像中准确识别针尖和种子位置，以及如何减少伪影对定位的影响，成为当前研究的重点。

### 研究设计与方法

为了评估MRI图像中针尖和种子位置的识别准确性，研究团队设计了一种新型的模拟装置（phantom）。该装置由一种模仿前列腺组织的凝胶材料（PTMM）构成，并结合了脂肪组织替代物，以更真实地模拟临床环境。同时，该装置还包含一个MRI盆腔线圈，以便进行扫描。

为了更贴近临床实际，研究中使用了复杂的种子分布模式，包括角度种子、横向分布种子、垂直排列种子等。这些种子分布模式能够更好地反映实际治疗过程中可能出现的情况。此外，研究还引入了一种金属伪影校正算法，以评估其对针尖和种子定位的影响。与传统的钛针相比，研究中还使用了新型的镍钛合金（Nitinol）针，以探讨不同材料对MRI图像中定位的影响。

在MRI图像获取方面，研究团队采用了多种序列，包括VIBE（体积内回波）序列、SE（自旋回波）序列以及包含金属伪影校正的SEMAC序列。不同的序列参数（如切片厚度、重复时间、回波时间等）被用来测试不同条件下针尖和种子位置的识别准确性。此外，研究还通过对比照片和MRI图像，分析了图像中可能存在的误差来源。

### 研究结果

研究结果表明，MRI序列的选择对针尖和种子位置的识别准确性有显著影响。在使用金属伪影校正算法的情况下，针尖位置的测量值通常低于实际位置，这一现象在多个序列中均有所体现。例如，在S2序列中，针尖位置的平均偏差为-2.3±1.5 mm（k=2，p=0.03），这表明金属伪影校正算法可能在某些情况下影响了针尖的定位。

在种子位置的识别方面，研究发现不同序列的识别准确性存在差异。其中，S2序列在使用金属伪影校正算法的情况下，能够提供更准确的种子位置测量，其平均偏差为0.6±0.25 mm。然而，在某些情况下，如种子位于前列腺边缘或以特定角度排列时，识别难度增加，可能导致较大的误差。此外，研究还发现，种子在MRI图像中的显示可能受到伪影的影响，使其看起来像是多个种子，或者在某些情况下无法清晰识别。

为了进一步分析这些误差来源，研究团队对种子位置和针尖位置的识别进行了不确定性预算的计算。这些不确定性包括重复测量的误差、图像失真、坐标原点的误差以及制造误差等。通过将这些不确定性进行综合分析，研究团队能够更全面地评估MRI图像中针尖和种子位置的识别准确性。

### 讨论与分析

研究中发现，MRI图像中的金属伪影对针尖和种子的识别有显著影响。特别是在使用金属伪影校正算法的情况下，针尖位置的测量值往往低于实际位置。这表明，虽然金属伪影校正算法能够减少某些类型的伪影，但在某些情况下，它可能反而影响了针尖的定位。因此，在MRI引导的LDR前列腺放射治疗中，可能需要考虑使用不同的成像序列来分别进行针尖和种子的识别。

此外，研究还发现，种子在MRI图像中的显示可能受到多种因素的影响。例如，当种子以特定角度排列时，可能会出现图像伪影，使其看起来像是多个种子。这种现象在某些情况下可能对治疗计划的准确性产生较大影响。因此，在进行MRI引导的LDR前列腺放射治疗时，需要特别注意这些情况，并采取相应的措施来减少误差。

研究还发现，种子在MRI图像中的识别准确性与切片厚度密切相关。当切片厚度较小时，种子的识别更加准确，但切片厚度的减小可能导致图像采集时间的增加。因此，在实际应用中，需要在图像质量与采集效率之间找到平衡。

### 临床意义与未来展望

本研究的结果对MRI引导的LDR前列腺放射治疗具有重要的临床意义。首先，它揭示了MRI图像中针尖和种子位置识别的挑战，特别是金属伪影对定位的影响。其次，研究提出了一些改进措施，如使用金属伪影校正算法和减小切片厚度，以提高识别准确性。这些措施可以在实际临床应用中进行尝试和优化。

此外，研究还指出，为了确保MRI引导的LDR前列腺放射治疗的准确性，需要避免种子在集群中或在前列腺边缘的排列。这可能意味着在治疗计划中需要更加精细地安排种子的位置，以减少误差的可能性。同时，研究强调了对特定设备和成像序列的深入理解的重要性，因为不同设备和序列可能会产生不同的伪影和误差。

本研究的模拟装置和分析方法为未来的MRI引导的LDR前列腺放射治疗提供了重要的参考。该装置可以用于不同MRI设备的测试，以及新成像协议的开发。此外，研究还建议在未来的MRI引导治疗中，使用固定的拍摄装置来减少相机失真带来的误差，从而提高图像分析的准确性。

总之，本研究通过设计和测试一种新型的模拟装置，揭示了MRI图像中针尖和种子位置识别的挑战，并提出了可能的改进措施。这些结果对于提高MRI引导的LDR前列腺放射治疗的准确性具有重要意义，同时也为未来的相关研究提供了基础和方向。