圖像引導放射治療技術的現狀與展望

圖像引導放射治療技術的現狀與展望第一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二圖像引導反射治療的現狀IGRT是在國外剛剛開始的新技術，它的發(fā)展是以圖像引導設備的發(fā)展為基礎的，目前臨床應用的圖像引導設備狀況代表了IGRT的現狀.所謂影像引導放療，就是通過放療前以加速器自帶的CT進行掃描，采集并重建三維圖像，與治療計劃圖像配準后再實施治療。這樣可以克服因治療擺位和腫瘤位置移動所造成的誤差，確保在精確照射腫瘤的同時，將其周圍正常組織的損傷降到最低限度，全方位提高效果。

第二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二圖像引導反射治療的現狀1.電子射野影像系統電子射野影像系統(electronicportalimagingdevice，EPID)是當射線束照射靶區(qū)時，采用電子技術在射線出射方向獲取圖像的工具?；诜蔷Ч杵桨逄綔y器的EPID可用較少的劑量獲得較好的成像,具有體積小、分辨率高,靈敏度高、能響范圍寬等優(yōu)點,并且是一種快速的二維劑量測量系統，既可以離線校正驗證射野的大小、形狀、位置和患者擺位，也可以直接測量射野內劑量。EPID應用能量為兆伏第三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二圖像引導反射治療的現狀（megavoltage，MV）的X線，攝野片骨和空氣對比度都較低，而且骨的對比度比空氣的低，軟組織顯像不清晰，一些靶區(qū)校正需結合內植標志才能進行[4]，這也激發(fā)了直線加速器上能量為千伏（kilovoltage,kV）的X線成像設備的發(fā)展。第四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二圖像引導反射治療的現狀2.kV級X線攝片和透視診斷X線的能量范圍是30～150KV，1cm厚的骨和空氣對比度都很高，并且骨的對比度比空氣的高。因此，有許多kV級X線攝片和透視設備與治療設備結合在一起的嘗試。有的把kV級X線球管安裝治療室壁上，有的安裝在直線加速器的機架臂上。第五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二圖像引導反射治療的現狀在治療室內安裝四套X線成像系統，無論直線加速器的機架臂如何旋轉，都可以進行持續(xù)的立體監(jiān)測。用金豆植入體內作為基準標志，應用治療室內的X線透視系統實時跟蹤標志，是監(jiān)測治療時腫瘤和正常組織運動的有效方式。安裝在直線加速器機架臂上的單球管X線成像系統只有在機架臂旋轉的過程中才能獲得這些結構的三維信息。這些設計都是用于定位骨性結構或基準標志。kV級X線攝片較清晰，足以辨認這些結構,但是難以檢測放療過程中軟組織的相對形態(tài)變化。第六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二圖像引導反射治療的現狀賽博刀(Cyber-knife)系統就是使用治療室內兩個交角安裝的kV級X線成像系統等中心投照到患者治療部位，根據探測到的金屬標志的位置變化，或者根據拍攝的低劑量骨骼圖像與先前儲存在計算機內的圖像比對，以便決定腫瘤的正確位置，并將數據輸送至控制加速器的計算機，具有6個自由度運動功能的機械臂隨時調整6MV-X照射束的方向，從非共面的不同角度照射腫瘤，機械臂非常靈活是該系統的突出優(yōu)點。第七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二圖像引導反射治療的現狀3.kVCT診斷用kV級CT經過了多年的發(fā)展，掃描速度快，成像清晰，具有較高的空間分辨率和密度分辨率,軟組織顯像清晰。因此，在治療室安裝kV級CT引導放療也是一種很好的選擇。模擬機、kV級CT和直線加速器都安裝在治療室內，共用一張床，患者通過床沿軌道移動在這三者間轉換，進行在線校正，幾何精度可達1mm。但該系統不是在治療位置成像，無法對治療時的腫瘤運動進行實時監(jiān)測管理。而傳統KV級CT的環(huán)形探測器排列和相對小的孔徑決定了其不可能直接安裝在加速器上，系統占用空間很大。第八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二圖像引導反射治療的現狀4.錐形束CT近年發(fā)展起來的基于大面積非晶硅數字化X射線探測板的錐形束CT（conebeamCT,CBCT）具有體積小，重量輕，開放式架構的特點，可以直接整合到直線加速器上。機架旋轉一周就能獲取和重建一個體積范圍內的CT圖像。這個體積內的CT影像重建后的三維病人模型可以與治療計劃的病人模型匹配比較并得到治療床需要調節(jié)的參數。根據采用的放射線能量的不同分為兩種：采用KV級X射線的kV-CBCT和采用MV級X射線的MV-CBCT。第九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二圖像引導反射治療的現狀（1）kV-CBCT平板探測器的讀數裝置和探測器結合在一起,本身就具有提高空間分辨率的優(yōu)勢，因此kV-CBCT可以達到比傳統的CT更高的空間分辨率,密度分辨率也足以分辨軟組織結構，可以通過腫瘤本身成像引導放療。而且該系統的射線利用效率高,患者接受的射線劑量少,使它可以作為一種實時監(jiān)測手段。因此，CBCT具有在治療位置進行X線透視、攝片和容積成像的多重功能，對在線復位很有價值，成為目前IGRT開發(fā)和應用的熱點。但其密度分辨率尤其是低對比度密度分辨率和先進的CT比還有差距；同時平板探測器CT系統中散射的影響較大。第十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二圖像引導反射治療的現狀（2）MV-CBCTPouliot用低劑量MV-CBCT獲得無脈沖偽影的三維圖像,融合計劃KVCT圖像并進行位置校正，椎管和鼻咽融合精確到1mm。Nagawaka等[9]也應用MV-CBCT進行在線校正。MV-CBCT的X線源和治療束同源是其優(yōu)點。而且MVX線具有旁向散射少的特點，適用于評估精確電子密度，故可以同時作為劑量學監(jiān)測設備。但與KV-CBCT相比，它在圖像分辨率、信噪比和成像劑量上處于明顯劣勢。第十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二圖像引導反射治療的現狀無論采用哪種CT技術，如果在CT掃描和加速器照射時加進了時間變量因素，就稱為四維放射治療（fourdimensionalradiotherapy，4DRT），相應的加進了時間變量因素的CT掃描，稱之為四維CT（fourdimensionalcomputedtomography，4DCT）。4DCT掃描截取患者在某一時段內不同時刻的CT掃描序列，圖像按相位重建得到該時段內腫瘤和重要器官的3D圖像隨時間變化的序列。應用4DCT模擬定位，治療時再應用CBCT獲得的腫瘤或重要器官的3D圖像與4DCT序列的3D圖像比較后的結果，控制加速器進行實時照射，完成4DRT。第十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二圖像引導反射治療的現狀5.集成圖像系統引導放療的成像設備應該同時具備容積顯像位置校正和實時靶區(qū)監(jiān)測三維比對的能力。近來KV-MV集成圖像引導系統正在研發(fā)。這將是一個高度結合的系統，多種成像和放療設備裝在一臺機器上，可以根據需要在治療位置進行實時透視、攝片、容積成像，紅外線監(jiān)測等，并提供限制患者的主動呼吸控制和限制機器的呼吸引導門控等多種模式照射受呼吸運動影響大的腫瘤。但是復雜的成像設備與加速器的結合在機械學上難度加大，制造和維護成本提高。第十三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二圖像引導反射治療技術展望IGRT發(fā)展方向從圖像引導設備的發(fā)展過程來看，IGRT在三個方面獲得了發(fā)展：從離線校正向在線校正發(fā)展；從模糊顯像向高清晰顯像發(fā)展；從單一顯像向集成顯像發(fā)展。其目的是通過賦予放療醫(yī)師更精確的確定靶區(qū)和跟蹤腫瘤的能力，以提高腫瘤治療的精確性和有效性。展望未來，IGRT有望在以下三個方面獲得重大進展。1.劑量引導的放射治療現在應用MVX射線的EPID系統已經不是傳統意義上的成像設備，同時具有劑量檢測設備的作用，顯示出劑量引導放療設備的雛形。MVCT未來的發(fā)展方向是提高軟組織顯像的清晰度和精準的實時劑量監(jiān)測能力，照射時進行照射野與計劃照射野的形狀、劑量的雙重比對校正。第十四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二圖像引導反射治療技術展望2.動態(tài)跟蹤治療系統在圖像設備的實時引導下，通過治療床的運動或照射野的運動,使照射野與運動的腫瘤(靶區(qū))保持相對位置固定，達到動態(tài)適形。這種治療模式對于受呼吸、心跳等影響較大的胸腹部腫瘤的放射治療具有重要的意義。外放的邊界進一步縮小，沒有了設備門控間期的停滯時間，照射時間將縮短，機器的利用率提高，放療將更加精確、高效。第十五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二圖像引導反射治療技術展望3.圖像引導放射治療上述討論的圖像引導技術重點在于減少PTV邊界，而以正電子發(fā)射斷層(PET)、單光子發(fā)射斷層(SPECT)和核磁波譜(MRS)等為代表的功能影像技術將進一步深化我們對靶區(qū)的認識，有望對靶區(qū)中功能和代謝程度不同的區(qū)域實施個體化的劑量分布，并可能在腫瘤很早期發(fā)現病變，用很小的照射野和較低的照射劑量就可以達到根治。但功能影像的缺點是空間分辨率低，未來的圖像引導設備既要采集腫瘤的三維解剖結構和運動信息，又要采集腫瘤的生物信息，如乏氧及血供、細胞增殖、凋亡、周期調控、癌基因和抑癌基因改變、侵襲及轉移特性等，并和計劃信息進行比對校正，即圖像引導放射治療。第十六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二結語IGRT是多學科交叉的產物，近年來很多先進的成像設備和技術用于引導放療。以CBCT為代表的在線容積成像技術可以通過多個途徑確定和跟蹤靶區(qū)并引導放療，大大提高了IGRT的精度。IGRT的優(yōu)勢在于提高腫瘤的控制的同時又減少對正常組織的損傷，確保形狀復雜并處于運動狀態(tài)的腫瘤投照準確的劑量，是調強放射治療得到精確實施的技術保證，有望進一步提高腫瘤放療療效。第十七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二結語放射治療是惡性腫瘤治療的三大重要手段之一，在惡性腫瘤綜合治療中，扮演著非常重要的角色，70%以上的惡性腫瘤患者在其治療的某個階段都需要接受放射治療。隨著計算機技術、醫(yī)學影象技術、圖像處理技術的迅猛發(fā)展，以及放射治療設備的不斷更新，放射治療技術已從簡單的傳統二維常規(guī)放療發(fā)展到高精尖的立體定向放射治療、三維適形調強放療以及IGRT，使得放療效果明顯提高，而正常組織損傷大大減少,從而使患者的生活質量明顯提高。尤其是圖像引導放療（IGRT），被美國及歐洲同道評價為放射腫瘤學史上的一次變革，是21世紀放射治療技術的主流，目前該技術國內僅有少數單位能開展。

第十八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二結語眾所周知，放射治療的目的是最大可能的提高腫瘤組織的劑量和盡可能的降低正常組織的照射劑量。但如何去保證治療時做到“精確”呢？一種新的放射治療技術--影像引導放射治療（IGRT）技術可以保證對腫瘤進行精確的治療。調強放療(IMRT)是指通過改變靶區(qū)內的射線強度，使靶區(qū)內的任何一點都能得到理想均勻的劑量，同時還可按醫(yī)生的要求將各要害器官（如脊髓、腦干、晶體、腮腺、肺、心臟、肝、腸等）所受劑量限制在可耐受范圍內，使緊鄰的正常組織受量降到最低。第十九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二結語而影像引導放射治療IGRT是一種四維的放射治療技術，它在三維適形調強放療(IMRT)放療技術的基礎上加入了時間因數的概念，充分考慮了解剖組織在治療過程中的運動和分次治療間的位移誤差，如呼吸和蠕動運動、日常擺位誤差、靶區(qū)收縮等引起放療劑量分布的變化和對治療計劃的影響等方面的情況，在患者進行治療前、治療中利用各種先進的影像設備對腫瘤及正常器官進行實時的監(jiān)控，并能根據器官位置的變化調整治療條件使照射野緊緊“追隨”靶區(qū)，使之能做到真正意義上的精確治療。第二十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期二結語所以，影像引導放射治療IGRT與傳統放療技術相比，既能明顯提高療效，又能極大限度地減少正常組織損傷，使患者的后遺癥大大減少，減輕患者日后生活的痛苦。它適于各種惡性腫瘤的放射治療，如鼻咽癌、喉癌、腦瘤等多種頭頸部腫瘤；肺癌、食管癌、縱隔腫瘤、乳腺癌、胃癌、肝癌、直腸癌、前列腺癌、腎癌、宮頸癌、淋巴系統惡性腫瘤等。與傳統