李 明，吳建亭，王君輝，楊燕光

放射治療（簡稱放療）作為惡性腫瘤的重要治療手段，約2/3 腫瘤患者需要接受放療。 放療要求最大程度將放療劑量沉積在放療靶區(qū)內的同時使靶區(qū)外正常組織所接受的劑量盡可能少，以達到提高放療增益比目的。放療過程中患者擺位誤差是影響放療精度的關鍵因素，如果不能將擺位誤差控制在允許的范圍內，精確放療的優(yōu)勢將難以體現(xiàn)。當前，圖像引導技術可以提高放療擺位的精度，是減少擺位誤差的有效方法。 圖像引導方式較多，文章分別從X 射線成像技術引導、超聲技術引導、光學技術引導和MRI 技術引導等四方面進行分析。

1 基于X 射線成像技術引導放療

1.1 電子射野影像系統(tǒng)引導放療

基于非晶硅平板探測器對擺位誤差測量得到廣泛應用，該技術運用X 射線進行拍片驗證，通過較少的劑量獲得患者正側位影像。 洪全省等[1]通過比較食管癌患者電子射野影像裝置（electronic portal imaging device，EPID） 和數(shù)字重建影像 （digitally reconstructured radiograph，DRR）來測量擺位誤差，并根據(jù)擺位誤差計算計劃靶區(qū)（planning target volume,PTV）外放來制定治療計劃，可更有效地保護脊髓。任珺等[2]應用EPID 對盆腔放療患者擺位誤差分析提示， 醫(yī)師和技術員應用EPID 對患者擺位誤差判定無差別。 放療技師對患者擺位誤差測量可以減少患者等待時間，提高工作效率。 潘才住等[3]通過牙合墊法與EPID 結合，可有效降低鼻咽癌擺位系統(tǒng)誤差和隨機誤差，提高擺位精度。 張玉海等[4]對模體中不同點的吸收劑量測量顯示機載影像（on-board imager，OBI）系統(tǒng)比EPID 成像劑量更低，圖像質量更好。 可見EPID 應用能量為兆伏的X 射線，軟組織顯像不清晰，在擺位誤差測量時需要有經(jīng)驗的醫(yī)生和技師參與。 EPID 除了應用于擺位誤差測量，良好的物理劑量學特性使其在劑量測量方面也有廣泛應用[5～7]。 目前，雖然EPID 位置驗證功能已經(jīng)逐漸被CBCT 所取代， 但是在驗證射野的大小、形狀、放療射野劑量測量方面仍然具有其應用價值。

1.2 數(shù)字模擬定位機引導放療

傳統(tǒng)模擬定位機主要功能是對腫瘤進行普通定位，其性能比較單一。隨著數(shù)字模擬定位機的發(fā)展，功能也日趨強大。千伏級的X 射線成像使得影像區(qū)域結構更加清晰。醫(yī)生在模擬機室就可以完成腫瘤中心復位、誤差測量、射野驗證等工作，大大緩解治療室驗證壓力。通過模擬定位機的驗證野影像和DRR 比較，可以對放療計劃進行射野位置驗證來減少擺位誤差[8，9]。相較于MV 級的EPID， 雖然兩者得到的都是二維（two-dimensional，2D）圖像，但是kV 級的數(shù)字模擬定位機圖像分辨率顯著提升，而患者接受的單次劑量卻小得多。 徐全敬等[10]應用模擬機對頭頸腫瘤放療患者進行位置校準可以減少定位、擺位中的誤差，是一種有效、便捷的位置驗證方法。然而，患者是在模擬定位室通過骨性標記、 解剖結構和造影劑確定放療部位，其與在治療室直接驗證還是存在著一定誤差。

1.3 CT 模擬機引導放療

隨著調強放療（intensity modulated radiation therapy，IMRT）、 圖像引導放療 （image guided radiation therapy，IGRT）、容積調強放療（volume modulation arc radiotherapy，VMAT）等放療技術的開展，放療CT 模擬機也得到快速發(fā)展， 特別是大孔徑CT 模擬機，解決了以往乳腺托架等大型放療固定裝置不能進行CT定位的問題。 借助CT 模擬機高密度分辨率，并能提供無組織重疊的橫斷面圖像和進行冠狀面和矢狀面圖像重建的功能， 醫(yī)生以計劃CT 影像為基準圖像，根據(jù)圖像的骨性標志和解剖結構對放療患者治療中心進行圖像配準，尋找準確治療中心[11]。 楊波等[12]通過鼻咽癌和宮頸癌患者放療計劃射野中心復位分析表明，通過CT 模擬機復位有效保證了擺位精度。 陳成等[13]使用Control Scan 和位置數(shù)據(jù)計算的方法，可以精確確定含標記點CT 層面的位置。 雖然借助CT模擬定位機對等中心位置驗證，可以全面了解腫瘤的形狀、位置、大小和腫瘤與周圍危及器官，有利于確定準確的靶區(qū)的照射點與范圍，但是其臨床應用受臨床醫(yī)生與操作技師的主觀判斷影響。 CT 模擬機和X 射線模擬機同屬于非在線引導，就成像質量與準確度方面來說CT 模擬機明顯好于X 射線模擬機。

1.4 錐形束CT 引導放療

基于非晶硅探器的錐形束CT （cone beam CT，CBCT），通過X 射線球管圍繞放療患者做環(huán)形數(shù)字成像，通過計算機重建后獲得三維（three-dimensional，3D）CBCT 圖像， 對CBCT 圖像與定位圖像比較獲得治療擺位誤差。 目前，CBCT 按照射線質分為kV 級CBCT 與MV 級CBCT，kV 級主要以瓦里安OBI 系統(tǒng)與醫(yī)科達X 射線容積成像系統(tǒng)（X-ray volumetric imaging，XVI）為代表；MV 級以西門子為代表。 kV 級CBCT 治療與驗證不同源，MV 級CBCT 治療與驗證同源；kV 級相較于MV 級圖像分辨率高、信噪比和成像劑量上明顯優(yōu)于MV 級，然而由于驗證與治療不同源，kV 級CBCT 必須定期做等中心校準。 岳丹等[14]研究表明，kV 級CBCT 能夠明顯減少鼻咽癌放療擺位中的線性和旋轉誤差，提高了放療的精確度。孫麗等[15]借助OBI 系統(tǒng)分析肺部腫瘤大分割放療分次內誤差產(chǎn)生的原因，通過改進相關因素可以減少分次內擺位誤差。 彭倩等[16]運用CBCT 分析認為靠近腫瘤治療中心位置設定參標記點，有助于減少擺位誤差對患者治療的影響。上述研究結果可見CBCT 在放療患者中對質量控制與質量保證起到關鍵性作用。貫士闊等[17]運用CBCT 分析患者體質量指數(shù)對擺位誤差影響，表明過輕患者和肥胖患者應適當增加臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV）至PTV 的外擴邊界。 孟怡然等[18]運用CBCT 對直腸癌放療患者不同固定方式的擺位誤差分析可見采用負壓真空墊固定雙下肢法比自制泡沫腳墊固定雙腳踝法的精確度更高。王瑋等[19]認為保乳術后放療中擺位誤差是相對穩(wěn)定的，前期連續(xù)5次CBCT 掃描作為擺位誤差校正頻次較為合適。CBCT 不但可以測量放療擺位誤差，評估不同固定方式優(yōu)劣，還可以為擺位誤差糾正方式與應用頻次進行分析。 目前，其仍然是放療擺位誤差測量的金標準。

2 基于超聲引導放療

3D B 超輔助放療定位， 通過獲取的病灶超聲圖像，實時高精度對患者病灶組織進行定位。 雖然B 超對軟組織分辨率高，具有灰階的切面圖像，能夠準確定位病灶和測量其大小的優(yōu)勢；但是其在腫瘤放療中應用也存在比較明顯缺陷，比如超聲圖像由于缺乏電子密度， 無法通過放療計劃系統(tǒng)（treatment planning system,TPS）直接計算劑量分布，需要融合其他定位圖像進行靶區(qū)勾畫和劑量計算[20]；成像視野小，靶區(qū)周圍危及器官監(jiān)測不完整， 缺乏患者輪廓和體表信息，該技術運用影響因素較多，需專業(yè)技術人員進行圖像配準，臨床應用范圍局限[21，22]。 目前，在放療中B超引導少有報道，其主要應用在粒子植入和放療輔助膀胱測定中。

3 紅外定位系統(tǒng)引導放療

紅外定位系統(tǒng)通過在患者頭頸肩面膜上安裝紅外反光定位球進行定位CT 掃描，將掃描獲得的數(shù)據(jù)傳入TPS 中，通過TPS 計算出反光定位球在計劃坐標系下的坐標， 從而得到反光定位球與治療中心之間的幾何位置關系。 治療時，紅外跟蹤系統(tǒng)將實時測量出反光定位球在治療坐標系下的坐標值，并根據(jù)計劃時得到的幾何位置關系實時計算出擺位誤差。筆者研究發(fā)現(xiàn)在線紅外定位系統(tǒng) （on-line infrared positioning system，OPS）能夠準確反映反光定位球的位置移動情況，其在鼻咽癌中應用能夠減小患者擺位誤差，進而減少危及器官受量[23，24]。 也有研究表明[25，26]，OPS 結合腹部加壓可減小肝癌患者放療中的腫瘤呼吸運動度和提高治療時的擺位精度；OPS 配合改進型腹板可以減少患者放療中左右及頭腳方向的擺位誤差。雖然紅外定位系統(tǒng)應用可以減少患者擺位誤差，但是由于反光定位球位置必須固定在患者的固定膜上，不能完全體現(xiàn)患者真實體位變化，易受固定膜變形和患者體質量指數(shù)變化的影響，因此導致其應用比較局限，而且需要每日對等中心進行校準。

4 光學表面成像引導放療

光學表面成像是利用激光相機掃描物體，通過從TPS 中提取的患者體表3D 模型與患者的激光相機掃描影像進行匹配，用圖像落差來反映擺位誤差，是一種無電離輻射非侵入性驗證技術，成像速度快，治療師可直接在治療室內進行擺位調整?，F(xiàn)有研究表明光學表面成像在引導擺位、實時監(jiān)測放療分次間和分次內運動、減少CBCT 掃描頻次及評估呼吸門控等方面具有優(yōu)勢[27，28]。近幾年，中國國內對光學表面成像在腫瘤放療中應用較為關注。 李譚譚等[29]研究表明光學表面成像與CBCT 兩種方式確定乳腺癌治療中心與模擬定機具有一致性，可見在CBCT 圖像引導基礎上使用無輻射的光學表面成像驗證位置信息是安全可靠的。然而需要注意的是光學表面在乳腺癌治療中應用需要考慮成像配準易受患者外輪廓變形的影響，特別是保乳術后患者的乳腺松弛位置變化的影響。付秀根等[30]研究表明，光學表面監(jiān)測系統(tǒng)在兩組胸部腫瘤擺位誤差有較好的相關性， 相關系數(shù)在X、Y、Z 軸分別為0.79、0.62、0.53。 通過配合呼吸門控技術可以最大程度提高光學表面成像匹配精度。 葉峰等[31]研究表明，光學表面成像與CBCT 在腹部腫瘤擺位誤差測量在X、Y 和Z 方 向 的 相 關 系 數(shù) 分 別 為0.628、0.858、0.682。 楊露等[32]研究表明，借助光學表面成像引導放療患者擺位能夠減少擺位誤差。 就目前應用來說，光學表面成像系統(tǒng)用于引導放療擺位有較高精度和穩(wěn)定性，在擺位誤差監(jiān)測方面有著無可比擬的優(yōu)勢。

5 基于MRI 引導放療

X 射線成像的放療定位及校位設備不但對軟組織成像質量較差，還會導致患者受到額外照射。 利用磁共振成像引導放療（magnetic resonance imagingguided radiotherapy，MRIgRT） 既能為醫(yī)生提供清晰的軟組織結構影像，又能進行可視化腫瘤和危及器官的定位，還能避免患者受到不必要的輻射。 現(xiàn)有研究[33～35]表明，MRIgRT 時，需要評估磁場存在的影響。MRIgRT 能夠提供清晰的軟組織對比度和任意組織層面成像功能，近年來中國國內對該技術的關注度越來越高。Seregni M 等[36]研究表明磁化率引起的失真通常小于系統(tǒng)相關的失真，但仍然不可忽略，幾何失真會降低MRIgRT 的療效。Weygand J 等[37]對30 例肝臟患者的研究結果表明，MRIgRT 可以在線監(jiān)測肝臟運動。 由于在放療中MRI 與CT 圖像進行配準運算及TPS 的校正，不可避免地會引入系統(tǒng)誤差，治療時需要評估系統(tǒng)誤差范圍。 總之，MRIgRT 可實現(xiàn)更精確的腫瘤定位，為放療患者帶來更好的療效。

6 小結

目前，影像引導放療的技術革新在一定程度上使得放療精度提高一個臺階。數(shù)字模擬機、CT 模擬機作為非在線校位方式相比于EPID、光學表面成像、B 超和MRI 有明顯缺點。 光學表面成像作為放療擺位檢測裝置和評估工具，可以在提高治療準確度同時減少患者CBCT 應用次數(shù)。就現(xiàn)階段來說，CBCT 依然是腫瘤放療圖像引導金標準。如果能解決CBCT 圖像分辨率問題可能為放療帶來新的革命，MRIgRT 作為新型引導技術將來可能取代CBCT 位置，借助影像技術發(fā)展放療患者PTV 外放可能會進一步縮小。