作者：孙睿哲，新疆医科大学研究生院；倪前伟，高瞻，新疆军区总医院颌面外科

近年来，口腔颌面部恶性肿瘤的发病率在全球范围内呈现上升趋势。目前，口腔颌面部恶性肿瘤的主要治疗手段是手术结合放射治疗或化学治疗。然而，口腔颌面部有众多重要的血管、神经走行，解剖结构的复杂性增加了手术的难度。复杂肿瘤病灶在切除时，常会导致严重的组织缺损。因此，在口腔颌面部恶性肿瘤的临床治疗使用更加精准、微创的治疗手段至关重要。

近距离照射治疗是将放射性籽源植入瘤体内或组织间，通过放射性籽源持续发出能量较低的射线，不断杀伤肿瘤细胞的一种治疗手段。相较于外照射治疗，近距离照射治疗剂量分布较优，对周围组织及接触人员损伤较小。然而，近距离照射治疗对术前剂量分布的设计，以及粒子植入的精度要求较高。

若放射性粒子不能达到准确的位置，便无法达到最佳的治疗效果。随着技术的不断改进和完善，数字化技术被越来越多地应用于近距离照射治疗中。运用数字化辅助近距离照射治疗，在术前设计、术中导航，以及术后剂量验证均有作用。因此，将数字化技术合理应用于口腔颌面部近距离照射治疗中，对优化临床治疗方案，提高方案合理性和粒子植入准确性至关重要。

1.　 常用技术

1.1　 数字化影像技术

近距离照射治疗的历史最早可以追溯到20世纪初，早期临床医师在缺乏影像技术支持的情况下，仅能通过外科手术的方式，直接将放射源植入癌症病灶内。这种操作方式创伤大，无法体现近距离照射的优势。其后，出现了超声引导下的粒子植入技术。超声由于其操作便捷，在穿刺接种粒子的过程中可实时监测进针的深度及方向，同时可以对颌面部重要器官及血管显像，提高了操作的安全性及准确性，并一直沿用至今。

此外，超声影像能够较准确地表现肿瘤的浸润范围，并且允许整体评估淋巴结状态。这使得超声不仅在术中能够提供实时引导，还能在术前治疗计划的制订中，提供一定参考。超声技术的缺点是无法实现图像再现，故不能在术前指导粒子空间排布与优化剂量分布。

计算机断层扫描（computed tomography，CT） 技术的日益成熟，为解决这些问题提供了方案。相较于超声技术，CT所提供的三维图像能够更清晰、准确地描绘肿瘤病灶及其周围组织的轮廓及位置关系，有助于术前设计粒子空间排布。目前，CT引导下的粒子植入术作为口腔颌面部恶性肿瘤精准、微创治疗的一个重要发展方向，已大量在临床使用。

口腔颌面部鳞状细胞癌、腺癌、肌上皮癌、肉瘤等多种恶性肿瘤均可根据CT数据在术前描绘靶区，设计粒子空间分布，并在术中提示进针角度及周围重要的解剖结构。尽管CT引导的粒子植入术能够取得较好的疗效，但手术过程中金属施源器所造成的伪影通常会对术者产生干扰。其产生原因，主要是光子不足或线束硬化。

双源CT是临床上使用的较新的CT技术，其优势就是同时可以提取低能量和高能量的两个图像信息集。而虚拟单能外推后处理技术则能够外推特定范围内能量水平的影像，因此可以为双源CT提供了传统CT缺乏的减少线束硬化的能力。同时，迭代金属伪影减少（iterative metal artifact reduction，iMAR） 算法等图像后处理算法可以有效减少金属伪影并显著提升图像清晰度。

有学者将双源CT结合iMAR算法运用于宫颈部的近距离照射治疗中，并有效减少了钛制金属施源器所造成的金属伪影，为解决这一类问题提供了新策略。然而，这一策略在口腔颌面部近距离照射治疗中的应用还需进一步研究。少数情况下，CT因其软组织对比度较差等局限性，对目标区域的描绘并不足够准确，此时便需要补充磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI） 或氟脱氧葡萄糖正电子发射型计算机断层扫描（fluorodeoxyglucose positron emission tomography，FDG-PET） 等影像技术。

MRI具有较强的软组织对比度，能够对颌面部血管等复杂结构清晰显像，并且在不产生金属伪影的同时，也不对患者造成电离辐射损害。在口腔颌面部近距离照射治疗中运用实时MRI进行引导，能够将粒子精准输送至目标位点，降低术后并发症的发生率和肿瘤复发率。但是，MRI昂贵的设备费以及较长的检查时间往往制约了其在粒子植入术中的应用。

在非小细胞肺癌的治疗中，运用FDG-PET检测时，有助于区分肿瘤病灶和肺不张，以此优化靶区域的描绘及粒子分布。此外，在外放射治疗的靶区描绘中，基于FDG-PET所描绘的头颈部原发肿瘤的肿瘤总体积（gross tumor volume，GTV） 平均值小于基于对比增强CT所描绘的原发肿瘤GTV。因此，临床上在使用CT描绘颌面部肿瘤靶区域时，还应考虑软组织对比度、器官运动、危及器官（organ at risk，OAR） 等方面，运用其他影像技术对CT图像进行补充。

1.2　 治疗规划系统（treatment planning system，TPS）

近距离照射治疗计划的制订不可避免地伴随着大量的运算，仅仅凭借临床医师个人的经验来规划粒子的空间排布难度极大且并不完全可靠。因此，运用计算机技术处理图像及高难度运算的近距离照射TPS在串联并优化近距离照射治疗各个环节方面格外重要。确定肿瘤的范围，描绘治疗的区域，是近距离照射治疗的基础。精确的定位能够减少辐射范围之外的肿瘤组织，也能最大限度地保护正常组织。

通过数字化影像技术采集到的患者信息能够以DICOM格式传输至TPS中，并进行三维重建，方便临床医师进行靶区的描绘及导板的制作。TPS的优势，在于其能够将用于计算剂量的复杂算法转化为图像进行人机交互，方案设计者仅需排布粒子位置，便能够了解剂量大小及分布范围。最终治疗计划制订结束后，系统将输出等剂量曲线、剂量体积直方图以及其他剂量学治疗的各项具体数值。

在放射性粒子植入术后，系统也会根据术后图像分析治疗结果，并与术前比较。运用TPS进行术后剂量验证已作为评估治疗结果、验证新技术疗效的标准，在临床广泛应用。除了术前设计方案及术后剂量验证，术中对治疗计划的实时修正，也是近距离照射治疗成功的关键。

柳炳吉等比较了使用或不使用TPS进行粒子植入术中优化，结果显示优化组各项剂量学指标均优于非优化组。同时，TPS能够根据术中扫描获得的影像结果，实时可视化剂量分布的冷热区，辅助术者及时调整进针角度及粒子排布，使剂量分布更均匀，且能够避免误升剂量对周围正常组织造成损伤。目前，口腔颌面部的近距离照射治疗已经在TPS的辅助下基本实现了计算机辅助方案设计及疗效验证。

1.3　 数字化3D打印导板

尽管数字化影像技术在术前已经对肿瘤靶区域进行详尽的描绘，临床医生也对粒子排布、植入深度及角度做了设计，但由于术中的器官运动、临近组织干扰以及特定部位复杂的解剖结构，徒手穿刺的效果往往差强人意。术中缺乏引导，可能会导致粒子位置的偏移，并使治疗效果下降，造成不必要的周围组织损伤。

2012年Huang等结合CT图像及术前植入计划，运用数字化建模软件，设计并制作了同时包含针道信息和人脸特征信息的3D打印个体化导板，并应用于头颈部恶性肿瘤的近距离照射治疗中。如今，3D打印导板已广泛应用于各种恶性肿瘤的近距离照射治疗。3D打印导板通常分为3D打印共面导板及3D打印非共面导板。

3D打印共面导板设置有X轴和Y轴，能够让所植入的粒子在三维空间中精确均匀分布，但仅适用于针道方向相同或平行的情况下。而3D打印非共面导板是口腔颌面部近距离照射治疗常用的导板类型。其能够依据患者自身的头颈部轮廓，完成导板的个体化制作，并应用于针道方向不一致的情况。

其制作流程包括：1） 术前利用数字化影像技术采集患者解剖结构及肿瘤病灶等信息并在计算机软件中进行数字化建模；2） 临床医生根据患者解剖特点及肿瘤临床、病理特征设计近距离照射治疗方案；3） 依据治疗方案建立个体化非共面导板数字化模型并利用3D打印技术打印成型。

相较于徒手植入，利用3D打印导板所引导的近距离照射治疗具有显著的剂量学优势，能够增加接受高放射剂量的肿瘤体积。在缩短手术时间的同时，还能将布源误差控制在2 mm以内。此外，导板的应用也降低了粒子植入术的难度，减少了临床医生学习粒子植入术的投入。在对头颈部使用导板引导植入的619颗粒子分析中，平均偏移量为（1.18±0.81）mm，且平均时间仅为每颗7.5 s。同时，运用3D打印导板引导口腔颌面部恶性肿瘤的粒子植入，可以提升肿瘤的局部控制率，有效降低肿瘤局部复发率和转移率。

但是，使用导板的同时，尤其要注意导板的复位。局部麻醉造成的组织肿胀，以及穿刺手法不当导致的导板翘起等原因均会影响导板的复位精度，从而降低治疗效果。然而，由于工业级3D打印机成本昂贵且导板设计技术要求较高，导致其在临床上的推广受到限制。

目前，大多数医院的导板主要委托专业厂商加工，术前等待的时间因此增长，可能导致肿瘤部位发生变化，从而影响导板的复位精度，最终降低疗效。方曙等运用桌面级3D打印机制作了以聚乳酸为原材料的放射性粒子植入导板并应用于肺癌的近距离照射治疗中。经过剂量验证，其最终D90、V90、V100、V150等剂量学指标及粒子数目与术前设计均无明显差异。更重要的是，其所使用的材料及打印机减少了导板制作的成本，同时还将制作时间缩短至1 d，降低了肿瘤产生变化的可能，也更有利于基层医院的开展。

2.　 试用中的技术

2.1　 人工智能（artificial intelligence，AI） 与机器人技术

AI领域发展方兴未艾，其在口腔颌面外科领域的应用也在不断推进口腔颌面外科向数字化、智能化发展。AI辅助术前规划、修复重建、诊断及疗效预测等多种应用场景，在口腔颌面外科中已是屡见不鲜。基于深度学习的AI也在近距离照射治疗的各个治疗环节中进行了初步探索。肿瘤区域及邻近组织的分割是近距离照射治疗的关键步骤，依据医师经验的人工分割是目前近距离照射治疗的主要方式，而这一过程会消耗大量的时间及精力。

AI辅助的自动分割在前列腺癌的近距离照射治疗中尝试较多。卷积神经网络（convolutional neural network，CNN） 在图像处理方面具有较优越的性能。一种利用CNN模型分割术中经直肠超声图像中前列腺的临床目标体积（clinical tumor volume，CTV） 的方法在体积和距离度量方面都取得了不错的效果，其Dice系数范围为0.86~0.90。由于解剖结构的复杂性，头颈部的肿瘤在区域分割方面具有一定挑战。

在头颈部放射治疗的目标区域描绘中，Guo 等运用Dense-Net解决3D-CNN中的计算量及优化问题，对正电子发射型计算机断层扫描（positron emission computed tomography， PET）、CT 以及PET/CT组合图像进行GTV和受累淋巴结的描绘，并取得了良好的成效。同时，有学者将基于3D-nnUNet的两步腮腺OAR自动分割模型应用于腮腺部位的近距离照射治疗中，将分割时间缩短至50.9 s，在保证高精度的同时，大大加快了术前流程。

针对金属施源器的伪影干扰，除了上文介绍的方法外，AI也为解决这一问题提供了新思路。训练在CNN模型基础上发展的生成对抗网络，用于口腔颌面部金属伪影的消除，可以有效修复明亮放射状伪影、条状暗影、环状暗影及不规则暗影，提升图像质量。

此外，基于AI的自动电磁追踪技术也被应用于消除运动伪影，这对于修正患者术中体位移动对治疗效果的影响较为有效。手术机器人是口腔颌面外科领域的一个重要发展方向，Zhu等研发了一种全自动插针式机器人系统用于头颈部近距离照射治疗，并在人体模型及大体标本上进行了测试。测试结果显示其在人体模型及大体标本上分别取得（0.57±0.21）mm及（1.41±0.38）mm的粒子偏移值。

后来，一种半自动多模态图像引导手术机器人辅助系统被应用于临床，其在3名头颈部肿瘤患者的近距离照射治疗中的粒子偏移较小，手术平均时间也控制在了47 min，具有良好的应用前景。

2.2　 数字化病理技术

病理切片一直是判断肿瘤性质，观察肿瘤内部结构，研究各因素对肿瘤影响机制的金标准。目前常用的组织病理检测技术，可以明确肿瘤的分期分型等指征，指导治疗方案的制订。现用的常规切片及显微镜视野范围受限，不能直接反映三维空间关系。但是，放射性粒子的作用范围，则是以放射场的形式，在三维空间内分布。因此，在微观分辨率下观察放射性粒子影响的肿瘤细胞、血管等微观结构的空间分布，是疗效评价的重要指标。

全视野数字切片（whole slide images，WSI）可以将整张切片以高分辨率成像并存储，不仅包含了细胞的形态结构，还包含了三维空间信息，有利于分析放射性粒子对周围肿瘤组织的影响。而组织透明与三维成像技术，更是能在三维空间内反映组织结构的变化，并与放射性粒子的空间剂量分布相印证，或许会成为未来研究近距离照射治疗作用机制的方向之一。

已有多位学者运用组织透明与三维成像技术在肿瘤微环境、肿瘤负荷以及侵袭及转移等方面展开研究并取得重要成果。利用WSI及组织透明与三维成像等数字化病理技术，研究放射性粒子对肿瘤细胞的影响，并结合放射性能量分布，有望为剂量优化提出量化依据，模拟放射性粒子植入后肿瘤结构的变化，从而提高近距离照射治疗的可预测性及精确性。

2.3　 多项技术赋能下的剂量优化

口腔颌面部恶性肿瘤的近距离照射治疗的剂量规划，目前还存在一定的局限性，其问题主要表现在：1） 近距离照射治疗口腔颌面部恶性肿瘤时的剂量分布是均匀的，而事实上患者个体存在差异性，且肿瘤组织存在空间异质性；2） 外照射治疗可以在每次照射前针对患者当时的情况进行方案的修改，而近距离照射治疗目前仅能做到在局部补充放射剂量。

肿瘤组织在不同个体中，以及肿瘤组织中的不同区域均有差异性。这与目前设计的均匀分布的放射剂量并不匹配。近距离照射治疗的特点在于其高度适形性，基于生物学效应的剂量规划能发挥放射性粒子剂量梯度大的优势，可能成为未来的发展方向之一。生物学标志物的检测主要依靠影像、血清及组织病理等。

通过分析肿瘤组织的生物学标志物，不仅可以进行个体化的剂量设计，还能对治疗效果进行早期评估。分子成像技术能够检测肿瘤局部细胞密度、缺氧和增殖等生物学特征，并为治疗计划的制订提供支持。肿瘤组织的缺氧，是肿瘤细胞快速大量增殖带来的结果。研究显示，肿瘤缺氧往往伴随着放射治疗的预后不佳。相比于常氧状态，缺氧状态下的肿瘤组织表现出更高的放射抗性。

针对PET乏氧显像所呈现的缺氧区域，增加局部的放射剂量或是联合免疫治疗或许会带来更好的治疗效果。同样，对正常组织的放射敏感性预测，也可以预计正常组织潜在的损伤，帮助临床医师调整方案。然而，对放疗抵抗区域输送的具体剂量还有待进一步研究。此外，能够将医学影像转化为高维定量数据，并运用机器学习研究影像学生物标志物的影像组学技术，也是未来优化近距离照射治疗方案的依据之一。

同时，影像组学技术和分子成像技术的组合，在构建预后模型中也彰显出了较大的潜力。有学者运用FDG-PET/CT纹理分析成功预测了局部晚期唾液腺癌近距离照射治疗的预后。尽管纹理分析等影像组学技术在可重复性、可对比性与准确性方面还面临着重多挑战，但在预后预测和临床策略中可能发挥更为重要的作用。

在当前近距离照射治疗的过程中，仅能在局部补充放射剂量。基于自屏蔽施源器而诞生的调强近距离照射治疗，能够增加对放射性粒子辐射方向和强度的控制，使得剂量规划灵活多变。其调整方式主要是依靠改变自屏蔽施源器中的金属屏障遮罩范围实现的。或许可以利用其可调控的性质，设计能够由临床医师更改剂量分布的施源器，以此来获得针对患者实际情况实时调整治疗方案的能力。因此，TPS系统的方案设计方面便需要得到进一步提升。AI代替临床医师进行治疗方案决策一直是一个重要研究方向。

Nicolae等将前列腺近距离照射治疗中人工制订的治疗计划与基于机器学习制订的计划相比较，二者在剂量学方面没有表现出显著差异的同时，AI规划治疗方案的时间相较于人工明显减少。然而，复杂的解剖结构使AI在口腔颌面部肿瘤剂量规划中的应用尝试较为罕见。在未来，多种近距离治疗新技术的开展为方案制订提供更多变化的可能。调强近距离照射治疗、粒子链技术以及基于生物学特征的方案设计对剂量的计算提出了更高的要求。因此，运用AI参与口腔颌面部近距离照射治疗整个过程的决策，任重而道远。

3.　 总结与展望

目前，数字化技术的应用场景已经遍布口腔颌面部近距离照射治疗的整个工作流程。术前运用数字化影像技术采集患者信息，并传输至TPS中描绘肿瘤靶区域及危及器官。临床医师根据所分割的区域体积及治疗所需的处方剂量对粒子数目、空间排布及针道方向进行规划，同时整合治疗计划及解剖结构建立3D打印导板模型并制作成型。

术中使用导板或影像技术进行引导，并将术中实际情况传输至TPS进行分析，依据TPS模拟生成的放射剂量冷热区图及时修正治疗计划。术后采集影像信息，进行剂量验证，并定期随访。未来，人工智能、数字化病理等多项技术共同赋能下的剂量优化，更是在提高近距离照射治疗精度方面具有重要潜力。数字化技术在提升口腔颌面部近距离照射治疗便捷度及精确度的同时，带来的必然是患者疗效及生活质量的提升。

来源：孙睿哲,倪前伟,高瞻.数字化技术在颌面部恶性肿瘤近距离照射治疗中的应用进展[J].国际口腔医学杂志,2025,52(01):18-24.