顏桂明　陳國付　張飛燕

浙江省腫瘤醫(yī)院物理室, 浙江省杭州市　310022

腫瘤精確放療技術(shù)進展

顏桂明陳國付張飛燕

浙江省腫瘤醫(yī)院物理室, 浙江省杭州市310022

摘要放射治療是惡性腫瘤治療的主要方法之一。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，放療技術(shù)的發(fā)展也突飛猛進,開展的各種精確放療，對于減輕患者不良反應(yīng)，提高生活質(zhì)量具有重要的意義。

關(guān)鍵詞放射治療調(diào)強螺旋斷層立體定向影像引導(dǎo)

放射治療是利用放射線治療腫瘤的一種方法，是當(dāng)今治療腫瘤的三大手段之一[1]。放射治療的適應(yīng)證比較廣泛，臨床上70%以上的惡性腫瘤患者都需要進行放射治療，其中有部分患者單獨行放射治療即可達到治愈。常規(guī)的放射治療使過多的正常組織包括在照射范圍內(nèi)，加上聯(lián)合化療可使并發(fā)癥增多。近年來在放射物理學(xué)、劑量學(xué)、計算機技術(shù)以及影像技術(shù)迅速發(fā)展的基礎(chǔ)上，開展了腫瘤精確放療，最大程度保護了正常組織、重要器官，降低了放療毒副作用。目前精確放療技術(shù)有適形放療、調(diào)強放療、立體定向放療、螺旋斷層放療以及影像引導(dǎo)放療等。筆者將根據(jù)精確放療技術(shù)的進展作一簡單綜述。

1適形放療

適形放射治療(Conformal Radiotherapy,CRT)的提出和進行臨床研究始于1959年。適形放療是指使高劑量區(qū)劑量分布的形狀在立體三維方向上與靶區(qū)形狀相一致的技術(shù)。根據(jù)CT下所提供的靶區(qū)與正常組織在三維方向的位置、大小及形狀的資料，利用加速器機架、小機頭、多葉準(zhǔn)直器(MLC)或鉛擋以及治療床的協(xié)調(diào)運動完成。日本的Takahashi博士及其同事設(shè)置的一個機械控制系統(tǒng)，控制多葉準(zhǔn)直器的開口形狀與射野方向的靶區(qū)投影形狀一致，繞患者進行旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了首次的適形放療。Proimos博士的團隊獨立提出了同步擋塊旋轉(zhuǎn)(Synchronous shielding and beam shaping)的照射方法。同步擋鉛旋轉(zhuǎn)的方法是在患者和機頭之間放置特殊設(shè)計的鉛擋，并且擋塊能隨機架或者患者的旋轉(zhuǎn)做同步運動，保證治療時擋塊的形狀與照射野靶區(qū)的形狀一致。該方法對靶區(qū)外組織防護較好，但制作鉛擋過于繁瑣，不利于臨床大量推廣。Green于1959年提出循跡掃描(Tracking technique)的原理，并且建立了這種系統(tǒng)的機器以及計劃的制作。所謂循跡法，就是依靠治療機與治療床相互協(xié)調(diào)運動，使治療靶區(qū)每個截面中心都在機器旋轉(zhuǎn)中心上，而照野的形狀和大小靠準(zhǔn)直器的變化以及治療床運動來實現(xiàn)。由于循跡掃描法在靶區(qū)劑量分布能力控制仍然較弱，逐漸被步進式的調(diào)強掃描技術(shù)所取代。Umegaki于1971年在直線加速器上安裝一組多葉準(zhǔn)直器，到后來Mantel再把多葉準(zhǔn)直器增加到12片，最后多葉準(zhǔn)直器實現(xiàn)了微機控制。這種靠多葉準(zhǔn)直器實現(xiàn)的適形，實用性最強。

適形放療的實現(xiàn)主要有以下四種方法：(1)固定野適形照射法；(2)同步擋鉛法；(3)循跡掃描法；(4)多葉準(zhǔn)直器法。使用多葉準(zhǔn)直器法實現(xiàn)3DCRT是發(fā)展最快的適形技術(shù)，其優(yōu)點是效率高，占用空間小，工作環(huán)境好，不用切割鉛塊，勞動強度小而且使用靈活[2，3]。

適形放療一般都選用正向計劃設(shè)計，由主管醫(yī)生在患者CT圖像上勾畫好靶區(qū)，再由物理師根據(jù)靶區(qū)位置和大小在計劃系統(tǒng)上設(shè)計照射野的入射方向、大小，并對各個照野分配權(quán)重，然后由計算機進行劑量計算，算完后顯示照野分布。

2調(diào)強放療

1994年，NOMOS公司在世界上率先使用MIMIC準(zhǔn)直器和自己設(shè)計的模擬退火算法為基礎(chǔ)的CORVUS逆向治療計劃系統(tǒng)，實現(xiàn)了調(diào)強放療。調(diào)強放療(Intensity-modulated radiotherapy,IMRT)的定義是通過改變靶區(qū)內(nèi)的射線強度，使靶區(qū)內(nèi)任何一點都能達到理想劑量。要使靶區(qū)內(nèi)及表面劑量處處相等，必須要求靶區(qū)內(nèi)的劑量率按需要進行變化。調(diào)強是從三維適形的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。調(diào)強放療可以更大劑量投射到靶區(qū)而正常組織受照射劑量更小。例如鼻咽癌，由于鼻咽周圍危及器官眾多，使調(diào)強放療成為鼻咽癌放療的首選方式[4]。研究發(fā)現(xiàn)，鼻咽癌調(diào)強放療能夠在不降低局部控制率的前提下降低治療的不良反應(yīng)[5]。劉曉清等[6]報道調(diào)強組口腔干燥的發(fā)生率明顯低于常規(guī)放療組。例如肺癌，腫瘤緊貼著脊柱生長，若用常規(guī)的傳統(tǒng)技術(shù)照射，治療肯定是姑息性的，因為脊髓的放射耐受量遠低于腫瘤根治劑量，如避開脊髓則姑息了腫瘤，二者矛盾不可調(diào)和。此種情況，調(diào)強放療正好可發(fā)揮既治療腫瘤又保護脊髓的作用，意義重大。

調(diào)強放療多采用逆向放療計劃，首先要依據(jù)病變(靶區(qū))與周圍重要器官和正常組織的三維解剖特點，以及期望的靶區(qū)劑量分布和危及器官(OAR)的劑量耐受極限，由物理師輸入優(yōu)化參數(shù)，通過計劃系統(tǒng)計算出各個射野方向上需要的強度分布。即在完成勾畫輪廓和確定輻射野數(shù)目及入射方向后，先確定對CT影像中各個興趣區(qū)的劑量要求。由物理師以數(shù)學(xué)形式輸入這些臨床參數(shù)(即目標(biāo)函數(shù))，如對靶區(qū)劑量范圍的要求，對相關(guān)危及器官劑量的限制等，然后由計算機通過數(shù)學(xué)的方法(如迭代法、模擬退火法、蒙特卡洛法等)自動進行優(yōu)化，在經(jīng)過幾百乃至上千次計算與比較后得出最接近目標(biāo)函數(shù)并能夠?qū)崿F(xiàn)的計劃方案。它是常規(guī)治療計劃設(shè)計的逆過程，所以叫做逆向計劃設(shè)計。目前國內(nèi)大部分單位采用調(diào)強技術(shù)放療鼻咽癌、乳腺癌、食道癌和肺癌等，都取得了很好的療效。調(diào)強放療是目前放射治療的主流方式。

調(diào)強又分為靜態(tài)調(diào)強、動態(tài)調(diào)強、弧形調(diào)強以及螺旋斷層放療等。靜態(tài)調(diào)強是指MLC的運動和照射野射線出束不同時進行。其利用MLC形成的多個子野進行分步照射，即一個子野照射完成后，機器停止出射線，等MLC調(diào)到下一個子野后，再出射線，這樣逐步完成多個子野的照射。由于整個治療過程中有多次的射線開關(guān)的動作，帶來劑量率的穩(wěn)定問題，從而對加速器的AFC系統(tǒng)提出了更高的要求。動態(tài)調(diào)強是MLC運動與照射同時進行的調(diào)強方式。此類調(diào)強是利用MLC相對應(yīng)的一對葉片的相對運動，實現(xiàn)射野強度的調(diào)節(jié)。在計算機控制下，MLC運動時，加速器以不停變化的劑量率出束。在計劃過程中計算機用一種算法將葉片位置作為每個射野出束時間的函數(shù)，將需要的強度分布轉(zhuǎn)換為葉片位置。一般動態(tài)調(diào)強有上百個子野，治療時間相較于靜態(tài)調(diào)強來的短，但劑量驗證工作卻十分復(fù)雜。弧形調(diào)強治療(Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT)是用加速器內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)MLC完成的，是將動態(tài)MLC與弧形治療相結(jié)合，用旋轉(zhuǎn)射束來實現(xiàn)優(yōu)化的劑量分布。用這種技術(shù)同樣要先制定調(diào)強治療計劃，人為地選擇弧形射野數(shù)目及入射角度，再由計劃系統(tǒng)對射束的權(quán)重進行優(yōu)化，優(yōu)化計算出臨床要求的強度分布，再轉(zhuǎn)換為MLC的驅(qū)動文件。VMAT具有快、準(zhǔn)、優(yōu)的特點，該技術(shù)將整個治療過程縮短為3~6min，有效提高了腫瘤的控制率[7]。

當(dāng)機架圍繞患者旋轉(zhuǎn)時加速器是出束的，因此射束角相鄰的照射野不應(yīng)該要求MLC的葉片運動很長距離。在多數(shù)臨床病例中，各個角度之間的射野形狀變化也是緩慢的。為了縮短出束時間，可以用治療機最高的劑量率配以最大的機架放置速度。偶爾由于MLC葉片速度的限制也會要求降低機器劑量率以避免治療時出束暫停。

螺旋斷層放療(Helical Tomotherapy，TOMO)是最新的一種調(diào)強方式，也是當(dāng)今最先進的放療技術(shù)。TOMO于2005年正式應(yīng)用于臨床，2007年引入我國。TOMO系統(tǒng)集調(diào)強放療、影像引導(dǎo)技術(shù)、劑量引導(dǎo)調(diào)強放療于一體，臨床應(yīng)用廣泛，幾乎覆蓋所有適合放療的病例。

TOMO系統(tǒng)簡單地說就是螺旋CT機+6MV的直線加速器,該加速器可產(chǎn)生的兆伏級(MV)X射線，既可用于螺旋CT掃描患者，也可用來治療癌癥患者。TOMO治療步驟是患者平躺在特制治療床上,安裝上體位固定裝置,每次治療前首先進行CT的螺旋掃描,根據(jù)CT掃描圖像與定位CT圖像比較,機器會自動修正擺位誤差,然后像螺旋CT掃描一樣,射線逐層圍繞腫瘤進行360°旋轉(zhuǎn)聚焦照射。TOMO定位準(zhǔn)確且能進行分割式定向放療，能夠?qū)Χ喟l(fā)性轉(zhuǎn)移病灶進行有效治療，提高治愈率。以肺癌為例，中晚期肺癌治愈率低，很難選擇安全的放療和化療劑量。傳統(tǒng)的放療方法不能在提高病灶放射劑量的同時保護健康組織，降低放射性肺癌和食管炎等不良反應(yīng)的發(fā)生率。TOMO通過提高分次劑量、減少放療分次數(shù)和總療程的大分割放療，在實現(xiàn)有效分次劑量的同時使正常組織受照體積最小化。解放軍第301醫(yī)院應(yīng)用TOMO治療以晚期為主的鼻咽癌患者121例隨訪結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3年總生存率達到90.4%。TOMO與以傳統(tǒng)加速器為基礎(chǔ)的調(diào)強相比，明顯提高了治愈率[8]。TOMO能有效縮短放療療程，使患者得到更及時的治療。以上海中山醫(yī)院TOMO系統(tǒng)臨床使用數(shù)據(jù)為例，針對160例胸腹腫瘤患者164個部位行斷層放療，平均每例患者接受15.9次照射，即3周結(jié)束放療，與常規(guī)放療時間6~7周相比縮短療程50%。還可以利用圖像引導(dǎo)糾正擺位誤差，增加了治療精度[9，10]。TOMO突破了傳統(tǒng)放療的諸多局限，將圖像引導(dǎo)的調(diào)強放療推到了一個前所未有的境界，實現(xiàn)了圖像引導(dǎo)下的自適應(yīng)放療。文婷[11]等研究發(fā)現(xiàn)，通過非自適應(yīng)計劃與完成20個分次劑量后的自適應(yīng)計劃中危及器官的體積劑量直方圖DVH和平均劑量的統(tǒng)計分析，所有自適應(yīng)計劃中危及器官的受照體積及平均劑量都比非自適應(yīng)計劃的要低。TOMO放射治療系統(tǒng)代表了適形放療所能達到的終極水平，意味著可使劑量緊緊包裹腫瘤，而同時卻保持其周邊的關(guān)鍵器官受到最少傷害。相較其他方式，TOMO可以更加有效和有力地提升靶區(qū)劑量。

3立體定向放療

體部立體定向放療(Stereotactic rad-iation therapy， SRT)，采用非共面多弧度小野三維集束照射病灶達到臨床治療目的。根據(jù)單次劑量的大小和射野集束的程度分為兩類：第一類SRT的特征是小野三維集束分次大劑量照射，常用于治療較小病灶(≤3cm)，廣泛應(yīng)用于因為生理狀況或醫(yī)源性疾病而不能或者不愿意手術(shù)的腫瘤患者。例如非小細(xì)胞肺癌的治療，并取得了良好的效果[12]。此類治療一般分1~5次完成，單次劑量高，因而等效生物劑量高于傳統(tǒng)分割放射。第二類SRT是利用立體定向技術(shù)進行常規(guī)分次放射治療。3DCRT特別是IMRT則屬于第二類SRT。

4影像引導(dǎo)放療

影像引導(dǎo)放射治療(Image guided radiation therapy,IGRT)，是一種四維的放射治療技術(shù)。它在三維放療技術(shù)的基礎(chǔ)上加入了時間因數(shù)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，如日常擺位誤差、呼吸和蠕動運動、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(shè)備對腫瘤及正常器官進行實時的監(jiān)控，并能根據(jù)器官位置的變化調(diào)整治療條件使照射野緊緊“追隨”靶區(qū)，使各種調(diào)強放療做到真正意義上的精確治療。IGRT是目前控制擺位誤差的新手段，也能夠?qū)ζ鞴僖苿?呼吸運動、腸蠕動、膀胱充盈等)進行監(jiān)控[13，14]。如肺癌的放射治療，呼吸運動影響較大，一般可通過呼吸門控等技術(shù)來處理。之前的電子射野影像裝置(Electronic portal imaging device,EPID)驗證方式已經(jīng)滿足不了放療對精度的要求。近年來開展的錐形束CT(Cone-Beam CT,CBCT)影像引導(dǎo)技術(shù)，對放療過程的在線校正起到了重要的作用[15]。

綜上所述，精確放療技術(shù)是一個不斷發(fā)展的學(xué)科。臨床應(yīng)用精確放療對正常組織的損傷微小，患者放療副反應(yīng)較常規(guī)放療明顯降低，提高了生活質(zhì)量。現(xiàn)代精確放療技術(shù)雖然還沒有達到只照射腫瘤而絲毫不照射正常組織的理想境界，但計算機技術(shù)、影像技術(shù)等的超速發(fā)展所帶來的精確放療技術(shù)朝此理想化目標(biāo)跨越了一大步。

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(編輯落落)

收稿日期2014-08-07

中圖分類號：R815

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-7585(2015)02-0164-03