圖像引導(dǎo)放射治療技術(shù)在宮頸癌放射治療中的應(yīng)用

摘要：圖像引導(dǎo)放療( Image guided radiotherapy，IGRT) 是繼三維適形放療和調(diào)強(qiáng)放療之后，又一新的放療技術(shù)，分析宮頸癌放療中影響靶區(qū)精確性的主要因素、IGRT主要技術(shù)方式及其在宮頸癌放射治療中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：圖像引導(dǎo)；宮頸癌；擺位誤差

中圖分類號： R737.33文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Application of Image Guided Radiotherapy with Radiotherapy in the Treatment of Cervical Cancer

LIN Hao，WU Li-li，CHEN Hong

(Department of radiotherapy，Tumor Hospital of Shantou University Medical College，Shantou 515031，Guangdong，China)

Abstract：Image guided radiotherapy is a new radiotherapy technique to consider the extent and patterns of organ motion. In this study， we analyze the factors those influence the target treatment accuracy， the IGRT technique and its application on cervix radiotherapy.

Key words：Image guided radiotherapy;Cervical cancer;Setup error

圖像引導(dǎo)放療( Image guided radiotherapy， IGRT) 是繼三維適形放療和調(diào)強(qiáng)放療之后，又一新的放療技術(shù)。它在分次治療擺位時(shí)和治療中采集圖像或其他信號， 利用這些圖像和信號， 引導(dǎo)此次治療和后續(xù)分次治療。采集的圖像可以是二維X線透視圖像、三維重建圖像、有時(shí)間標(biāo)記的四維圖像[1]。宮頸癌是婦科最常見的惡性腫瘤，放射治療為中晚期（ⅡB～Ⅳ期）宮頸癌的主要治療手段[2]?；颊咴谶M(jìn)行分次放療的過程中，其放療的部位會發(fā)生形狀及位置上的改變，患者機(jī)體內(nèi)部的靶區(qū)和危及的周圍器官也會出現(xiàn)相應(yīng)的變化，或造成腫瘤靶區(qū)與射野的偏離，引發(fā)腫瘤部位劑量低而周圍危及器官劑量高，放療效果明顯下降。為保證腫瘤靶區(qū)不會偏離射野，同時(shí)降低周圍組織的損傷，通常在治療過程中常采用IRGT技術(shù)，在治療時(shí)將患者的有關(guān)圖像及信息進(jìn)行采集，保證治療靶區(qū)與射野的重合，同時(shí)進(jìn)行必要的位置調(diào)整與計(jì)量調(diào)校正。本研究對宮頸癌患者放療過程中靶區(qū)精確度的影響因素、TGRT技術(shù)在宮頸癌放療中的相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行了綜述。

1宮頸癌放療中影響靶區(qū)精確性的主要因素

放療中治療靶區(qū)存在一定的不確定度，包括擺位以及靶區(qū)范圍的不確定度影響精確放療的效果。在宮頸癌的實(shí)際放療中， 導(dǎo)致不確定因素的原因有以下3種。

1.1分次治療出現(xiàn)的擺位誤差治療擺位是對固定體位的重復(fù)模擬測定，同時(shí)對體位進(jìn)行固定，以此達(dá)到重復(fù)設(shè)計(jì)后的靶區(qū)、周圍危及器官與射野的位置關(guān)系，保證治療過程中放射線的區(qū)域能對腫瘤區(qū)域進(jìn)行有效的照射。但在治療過程中發(fā)現(xiàn)，無論采用哪種輔助擺位裝置，都應(yīng)該嚴(yán)格按照操作要求進(jìn)行擺位，擺位時(shí)出現(xiàn)的誤差或?yàn)閹缀撩祝踔粮?。其誤差來源主要包括以下3方面：①擺位依據(jù)的光距尺本身與激光燈存在1~2mm的誤差；②人體的每個(gè)局部都具有一定的相對獨(dú)立運(yùn)動的趨勢，所以在治療過程中即使激光燈對準(zhǔn)了體表標(biāo)記，而皮下的肌肉、脂肪甚至更深處的腫瘤細(xì)胞與并不一定完全對準(zhǔn)；③模擬定位床與治療床存在一定的差異，而體表標(biāo)記線的清晰度與快讀等因素均會對擺位的準(zhǔn)確度造成一定的影響。除此之外，操作人員的不當(dāng)操作也會造成一定的誤差。

1.2治療分次間的靶區(qū)移位和變形隨著治療過程的進(jìn)行，患者會出現(xiàn)體重下降的現(xiàn)象，體表位置標(biāo)記情況與靶區(qū)也會出現(xiàn)相應(yīng)的改變；患者直腸及膀胱的充盈程度也會造成靶區(qū)位置的改變；伴隨著治療的不斷進(jìn)行，腫瘤的體積會出現(xiàn)變形、縮小等變化，而靶區(qū)與周圍危及器官的相關(guān)位置也會出現(xiàn)相應(yīng)的變化，在治療前期的計(jì)劃過程中，未被卷入的周圍危及器官也可能在后期被卷入其中。

1.3同一分次中的靶區(qū)運(yùn)動患者呼吸時(shí)及腸蠕動時(shí)會造成盆腔腫瘤的移動。 根據(jù)以上器官運(yùn)動時(shí)出現(xiàn)的擺位誤差，現(xiàn)階段臨床上最常用的方法為在照射靶區(qū)外設(shè)計(jì)一定間距的計(jì)劃靶區(qū)，間距的寬度能有效保障靶區(qū)的擺位誤差與運(yùn)動在可控制范圍內(nèi)，并且靶區(qū)不會出現(xiàn)遺漏。該方法相對簡單，但效果卻欠佳，由于擴(kuò)大了腫瘤區(qū)域的照射范圍，所以對周圍正常組織，特別是周圍危及組織的損傷最大。若采用IMRT技術(shù)，還會引發(fā)一個(gè)新的問題，即靶區(qū)的運(yùn)動與射線照射會出現(xiàn)相互影響的現(xiàn)象。采用某些技術(shù)手段對靶區(qū)誤差進(jìn)行測定，同時(shí)采取相應(yīng)的應(yīng)對措施能避免上述不良影響。對于分次的靶區(qū)移位與擺位誤差，采用自適應(yīng)放療技術(shù)或在線校正；對于同一分次中的靶區(qū)運(yùn)動，則采用實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù)。

2圖像引導(dǎo)放射治療技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)方式

2.1二維IGRT電子射野影像系統(tǒng)( EPID) 是最常用的二維IGRT 設(shè)備，當(dāng)射線束照射靶區(qū)時(shí)，采用電子技術(shù)在射線出射方向獲取圖像的工具。它可以在線和離線驗(yàn)證射野的大小、形狀、位置和患者擺位。Haripotepornkul等[3]應(yīng)用EPID 分析10 例宮頸癌患者（922套影像）的同一分次和分次間治療的擺位誤差。其在左右方向(X方向) ， 頭腳方向(Y方向) 和前后方向(Z方向)，同一分次擺位誤差分別為(1.9±1.9)mm，(2.6±2.4)mm 和(2.9±2.7)mm；分次間誤差分別為(1.6±2.0)mm，(4.1±3.2)mm和(4.2±3.5)mm。Kaatee等[4]應(yīng)用EPID 分析宮頸癌擺位誤差的分布情況，認(rèn)為CTV 到PTV 外擴(kuò)11mm可以消除各種方式的誤差對治療帶來的不利影響。

由于二維IGRT技術(shù)采集的圖像為二維圖像，難以檢測放療過程中軟組織的相對形態(tài)變化，從而促進(jìn)了三維IGRT 技術(shù)的形成及發(fā)展。但EPID 較為經(jīng)濟(jì)，臨床上仍具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

2.2三維IGRT

2.2.1錐形束CT錐形束CT(CBCT) 圖像是一組通過患者周圍不同角度的照射而采集的開野投射圖像，相比二維圖像，其重建的三圍圖像能提供6個(gè)自由度的擺位誤差數(shù)據(jù)，采用變形匹配技術(shù)或剛性配準(zhǔn)對患者的組織、器官的變化進(jìn)行有效的觀察。CBCT不僅能有效的獲得患者治療部位的斷層掃描圖像，還能對治療過程進(jìn)行監(jiān)控，能對在線糾正的精準(zhǔn)度進(jìn)行判定。Collen等[5]對10例肺部腫瘤患者進(jìn)行150次CBCT研究，結(jié)果顯示分次間放療中腫瘤前、后、左、右、頭、腳的位移分別為(0.4±10.1)mm、(-3.0±6.9)mm、(-3.5±4.9)mm、(0.2±4.5)mm 、(2.2±8.0)mm、(-3.0±6.9)mm、(0.5±5.0)mm。同一分次間腫瘤運(yùn)動幅度明顯減少，前后方向，左右方向和頭腳方向的運(yùn)動幅度分別為(1.1±1.3)mm、(-0.3±1.6)mm、(0.2±2.3)mm。該研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)宮體的運(yùn)動幅度明顯比宮頸大。

2.2.2共軌CT西門子公司的Primatom系統(tǒng)采用Primus加速器和Somatom CT機(jī)共用一張治療床， CT 機(jī)可沿導(dǎo)軌移動，稱為共軌[6]?；颊邤[位后，CT機(jī)做治療部位掃描，根據(jù)CT 斷層圖像和與計(jì)劃CT 圖像確定擺位誤差， 修正后進(jìn)行治療。

2.2.3螺旋斷層治療螺旋斷層治療( Tomotherapy) 系統(tǒng)是一個(gè)將治療計(jì)劃、劑量計(jì)算、兆伏級CT掃描、定位和螺旋照射治療功能集為一體的調(diào)強(qiáng)放療系統(tǒng)。采用類似CT 的模式，分層從360°聚焦斷層照射腫瘤。由于CT 掃描定位與照射治療同時(shí)進(jìn)行，每次放療前在治療機(jī)上進(jìn)行CT 掃描，確認(rèn)治療體位在三維空間上與治療計(jì)劃一致后再行放療，從而解決了分次治療間的重復(fù)定位精度問題。張慧娟等[7]研究顯示，宮頸癌靶區(qū)X、Y、Z軸移動均數(shù)分別為（1.9±1.61）mm、（5.73±1.31）mm、（0.61±1.06）mm。每次治療前通過MVCT獲得分次間擺位誤差并對其加以糾正，對提高宮頸癌放療精度有積極意義。

2.2.4核磁共振核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging， MRI）是隨著電腦技術(shù)、電子電路技術(shù)、超導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種生物磁學(xué)核自旋成像技術(shù)，可對人體各部位多角度、多平面成像，其分辨力高，能更客觀更具體地顯示人體內(nèi)的解剖組織及相鄰關(guān)系。Chan等[8]對20例宮頸癌患者進(jìn)行MRI研究，結(jié)果顯示同一分次的子宮運(yùn)動幅度小于分次間的運(yùn)動幅度，兩者均顯示宮底活動度最大，宮腔次之，宮口最小。考慮運(yùn)動幅度，分次間治療靶區(qū)處方劑量覆蓋率達(dá)到90%，宮底需外擴(kuò)4cm，宮口外擴(kuò)1.5cm。相反，同一分次治療，僅需分別外擴(kuò)1cm和0.5cm。

3IGRT優(yōu)勢

3.1劑量引導(dǎo)的放療現(xiàn)在應(yīng)用MV-X 射線的EPID系統(tǒng)已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的成像設(shè)備， 其同時(shí)還具有劑量檢測設(shè)備的作用， 已顯示出劑量引導(dǎo)放療設(shè)備的雛形。KV-X射線提高軟組織顯像的清晰度和精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)劑量監(jiān)測能力， 照射時(shí)進(jìn)行照射野與計(jì)劃照射野的形狀、劑量的雙重比對校正。

3.2動態(tài)跟蹤治療系統(tǒng)通過射野及治療床的運(yùn)動，同時(shí)在圖像設(shè)備的在線引導(dǎo)下，將運(yùn)動的靶區(qū)與射野相吻合，以此達(dá)到最適宜的放射形態(tài)。該模式用于腸蠕動較大或是膀胱充盈度較高的宮頸癌患者具有良好的意義。外放的邊界出現(xiàn)縮小，使得放療區(qū)域更精準(zhǔn)，效果更顯著。Shirato等[9]人研究發(fā)現(xiàn)，采用直線加速器能每0.03s對預(yù)先置于腫瘤中的2mm金屬標(biāo)志三維坐標(biāo)進(jìn)行一次探測。并在患者每次呼吸時(shí)，采用CT 對金屬標(biāo)志及腫瘤的三維關(guān)系進(jìn)行評估，可選擇恰當(dāng)?shù)呐c加速器相吻合的時(shí)相。當(dāng)標(biāo)記物與某一位置或是時(shí)相出現(xiàn)吻合時(shí)，其運(yùn)動信號就成為觸發(fā)加速器射束的\"開關(guān)\"，極短時(shí)間內(nèi)反復(fù)在呼吸周期的固定時(shí)段給予放療。

4結(jié)論

上述研究表明，宮頸癌患者靶區(qū)宮底的運(yùn)動幅度大于宮口運(yùn)動幅度，分次間運(yùn)動幅度大于同一分次運(yùn)動幅度，子宮位移主要受由于膀胱和直腸的充盈程度影響，IGRT可以減少宮頸癌患者放療分次間靶區(qū)位移誤差和擺位誤差，監(jiān)測和校正放療時(shí)腫瘤和正常組織運(yùn)動引起的誤差，并實(shí)時(shí)監(jiān)測腫瘤或其標(biāo)志物，盡量減少CTV至PTV的外擴(kuò)范圍，為宮頸癌患者胃腸道及骨髓抑制不良反應(yīng)的減少和照射劑量的提升創(chuàng)造條件。以CBCT為代表的在線容積成像技術(shù)， 可以通過多個(gè)途徑確定和跟蹤靶區(qū)并引導(dǎo)放療， 大大提高IGRT的精度。隨著放射物理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，IGRT將會得到更廣泛的應(yīng)用，為宮頸癌患者放療療效的提高創(chuàng)造更好的基礎(chǔ)條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]Jadon R， Pembroke CA， Hanna CL，et al. A Systematic Review of Organ Motion and Image-guided Strategies in External Beam Radiotherapy for Cervical Cancer[J]. Clin Oncol (R Coll Radiol)， 2014;26:185-96.

[2]Parkin DM， Bray F， Ferlay J，et al. Global cancer statistics， 2002[J]. CA Cancer J Clin， 2005;55:74-108.

[3]Haripotepornkul NH， Nath SK， Scanderbeg D，et al. Evaluation of intra- and inter-fraction movement of the cervix during intensity modulated radiation therapy[J]. Radiother Oncol， 2011;98:347-51.

[4]Kaatee RS， Olofsen MJ， Verstraate MB，et al. Detection of organ movement in cervix cancer patients using a fluoroscopic electronic portal imaging device and radiopaque markers[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys， 2002，54:576-583.

[5]Collen C， Engels B， Duchateau M，et al. Volumetric imaging by megavoltage computed tomography for assessment of internal organ motion during radiotherapy for cervical cancer[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys， 2010;77:1590-1595.

[6]于金明， 袁雙虎. 圖像引導(dǎo)放射治療研究及其發(fā)展[J].中華腫瘤雜志， 2006:81-83.

[7]張慧娟. 螺旋斷層調(diào)強(qiáng)放療治療宮頸癌誤差分析[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備， 2012;33:65-66.

[8]Chan P， Dinniwell R， Haider MA，et al. Inter- and intrafractional tumor and organ movement in patients with cervical cancer undergoing radiotherapy: a cinematic-MRI point-of-interest study[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys， 2008;70:1507-1515.

[9]Shirato H， Shimizu S， Kitamura K，et al. Four-dimensional treatment planning and fluoroscopic real-time tumor tracking radiotherapy for moving tumor[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys， 2000;48:435-442.

編輯/哈濤