腫瘤精確放療技術(shù)進(jìn)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

腫瘤精確放療技術(shù)進(jìn)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(jìn),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(qiáng)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(jìn)行放射治療，其中有部分患者單獨(dú)行放射治療即可達(dá)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(jì)算機(jī)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(hù)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(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(jī)架、小機(jī)頭、多葉準(zhǔn)直器(MLC)或鉛擋以及治療床的協(xié)調(diào)運(yùn)動完成。日本的Takahashi博士及其同事設(shè)置的一個(gè)機(jī)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(jìn)行旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了首次的適形放療。Proimos博士的團(tuán)隊(duì)獨(dú)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(jī)頭之間放置特殊設(shè)計(jì)的鉛擋，并且擋塊能隨機(jī)架或者患者的旋轉(zhuǎn)做同步運(yùn)動，保證治療時(shí)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(hù)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(jī)器以及計(jì)劃的制作。所謂循跡法，就是依靠治療機(jī)與治療床相互協(xié)調(diào)運(yùn)動，使治療靶區(qū)每個(gè)截面中心都在機(jī)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(yùn)動來實(shí)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(jìn)式的調(diào)強(qiáng)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(shí)現(xiàn)了微機(jī)控制。這種靠多葉準(zhǔn)直器實(shí)現(xiàn)的適形，實(shí)用性最強(qiáng)。

適形放療的實(shí)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(shí)現(xiàn)3DCRT是發(fā)展最快的適形技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是效率高，占用空間小，工作環(huán)境好，不用切割鉛塊，勞動強(qiáng)度小而且使用靈活[2，3]。

適形放療一般都選用正向計(jì)劃設(shè)計(jì)，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(jì)劃系統(tǒng)上設(shè)計(jì)照射野的入射方向、大小，并對各個(gè)照野分配權(quán)重，然后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行劑量計(jì)算，算完后顯示照野分布。

2調(diào)強(qiáng)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(jì)的模擬退火算法為基礎(chǔ)的CORVUS逆向治療計(jì)劃系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了調(diào)強(qiáng)放療。調(diào)強(qiáng)放療(Intensity-modulated radiotherapy,IMRT)的定義是通過改變靶區(qū)內(nèi)的射線強(qiáng)度，使靶區(qū)內(nèi)任何一點(diǎn)都能達(dá)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(jìn)行變化。調(diào)強(qiáng)是從三維適形的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。調(diào)強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(bào)道調(diào)強(qiáng)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?yàn)榧顾璧姆派淠褪芰窟h(yuǎn)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(qiáng)放療正好可發(fā)揮既治療腫瘤又保護(hù)脊髓的作用，意義重大。

調(diào)強(qiáng)放療多采用逆向放療計(jì)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(diǎn)，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(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算出各個(gè)射野方向上需要的強(qiáng)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(gè)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(jì)算機(jī)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(jìn)行優(yōu)化，在經(jīng)過幾百乃至上千次計(jì)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(jì)劃方案。它是常規(guī)治療計(jì)劃設(shè)計(jì)的逆過程，所以叫做逆向計(jì)劃設(shè)計(jì)。目前國內(nèi)大部分單位采用調(diào)強(qiáng)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(qiáng)放療是目前放射治療的主流方式。

調(diào)強(qiáng)又分為靜態(tài)調(diào)強(qiáng)、動態(tài)調(diào)強(qiáng)、弧形調(diào)強(qiáng)以及螺旋斷層放療等。靜態(tài)調(diào)強(qiáng)是指MLC的運(yùn)動和照射野射線出束不同時(shí)進(jìn)行。其利用MLC形成的多個(gè)子野進(jìn)行分步照射，即一個(gè)子野照射完成后，機(jī)器停止出射線，等MLC調(diào)到下一個(gè)子野后，再出射線，這樣逐步完成多個(gè)子野的照射。由于整個(gè)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(qiáng)是MLC運(yùn)動與照射同時(shí)進(jìn)行的調(diào)強(qiáng)方式。此類調(diào)強(qiáng)是利用MLC相對應(yīng)的一對葉片的相對運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)射野強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。在計(jì)算機(jī)控制下，MLC運(yùn)動時(shí)，加速器以不停變化的劑量率出束。在計(jì)劃過程中計(jì)算機(jī)用一種算法將葉片位置作為每個(gè)射野出束時(shí)間的函數(shù)，將需要的強(qiáng)度分布轉(zhuǎn)換為葉片位置。一般動態(tài)調(diào)強(qiáng)有上百個(gè)子野，治療時(shí)間相較于靜態(tài)調(diào)強(qiáng)來的短，但劑量驗(yàn)證工作卻十分復(fù)雜。弧形調(diào)強(qiáng)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(shí)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(qiáng)治療計(jì)劃，人為地選擇弧形射野數(shù)目及入射角度，再由計(jì)劃系統(tǒng)對射束的權(quán)重進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化計(jì)算出臨床要求的強(qiáng)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(diǎn)，該技術(shù)將整個(gè)治療過程縮短為3~6min，有效提高了腫瘤的控制率[7]。

當(dāng)機(jī)架圍繞患者旋轉(zhuǎn)時(shí)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(yùn)動很長距離。在多數(shù)臨床病例中，各個(gè)角度之間的射野形狀變化也是緩慢的。為了縮短出束時(shí)間，可以用治療機(jī)最高的劑量率配以最大的機(jī)架放置速度。偶爾由于MLC葉片速度的限制也會要求降低機(jī)器劑量率以避免治療時(shí)出束暫停。

螺旋斷層放療(Helical Tomotherapy，TOMO)是最新的一種調(diào)強(qiáng)方式，也是當(dāng)今最先進(jìn)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(qiáng)放療、影像引導(dǎo)技術(shù)、劑量引導(dǎo)調(diào)強(qiáng)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(jī)+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(jìn)行CT的螺旋掃描,根據(jù)CT掃描圖像與定位CT圖像比較,機(jī)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(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)聚焦照射。TOMO定位準(zhǔn)確且能進(jìn)行分割式定向放療，能夠?qū)Χ喟l(fā)性轉(zhuǎn)移病灶進(jìn)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(shí)保護(hù)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(shí)現(xiàn)有效分次劑量的同時(shí)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(dá)到90.4%。TOMO與以傳統(tǒng)加速器為基礎(chǔ)的調(diào)強(qiáng)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(shí)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(gè)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(shí)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(qiáng)放療推到了一個(gè)前所未有的境界，實(shí)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(jì)劃與完成20個(gè)分次劑量后的自適應(yīng)計(jì)劃中危及器官的體積劑量直方圖DVH和平均劑量的統(tǒng)計(jì)分析，所有自適應(yīng)計(jì)劃中危及器官的受照體積及平均劑量都比非自適應(yīng)計(jì)劃的要低。TOMO放射治療系統(tǒng)代表了適形放療所能達(dá)到的終極水平，意味著可使劑量緊緊包裹腫瘤，而同時(shí)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(dá)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?yàn)樯頎顩r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(jìn)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(shí)間因數(shù)的概念，充分考慮了解剖組織在治療過程中的運(yùn)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(yùn)動、靶區(qū)收縮等引起放療劑量分布的變化和對治療計(jì)劃的影響等方面的情況。在患者進(jìn)行治療前、治療中利用各種先進(jìn)的影像設(shè)備對腫瘤及正常器官進(jìn)行實(shí)時(shí)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(qiáng)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(yùn)動、腸蠕動、膀胱充盈等)進(jìn)行監(jiān)控[13，14]。如肺癌的放射治療，呼吸運(yùn)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(yàn)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(gè)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(dá)到只照射腫瘤而絲毫不照射正常組織的理想境界，但計(jì)算機(jī)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。

參考文獻(xiàn)

[1]殷蔚伯，余子豪，徐國鎮(zhèn)，等.腫瘤放射治療學(xué)〔M〕.第4版.北京：中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)出版社，2008：1-2.

[2]Bel A，Van Herk M,Lebesque JV.Target margins for random geometrical treatment uncertainties in conformal radiotherapy〔J〕.Med Phys，1996，23(9)：1537-1549.

[3]Svensson R，Brahme A.An analytical solution for the dynamic control of multileaf collimators〔J〕.Phys Med Biol,1994，39(2)：37-61.

[4]Han L，Lin SJ，Pan JJ，etal.Prognostic factors of 305 nasopharyngeal carcinoma patients with intensity modulated radiotherapy〔J〕.Chin J Cancer，2010，29(2)：145-150.

[5]張瑜，林志安，潘建基，等.初治鼻咽癌調(diào)強(qiáng)放療與常規(guī)放療的同期對照研究〔J〕.癌癥，2009，28(11)：1143-1148.

[6]劉曉清，羅偉，湯軼強(qiáng)，等.三維適形與常規(guī)二維放射治療初治鼻咽癌的配對設(shè)計(jì)隊(duì)列研究〔J〕.癌癥，2008，27(6)：606-611.

[7]張偉，李國平，辛海燕.腫瘤放療新技術(shù)：容積弧形調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)〔J〕.中國醫(yī)療設(shè)備，2011，26(12)：104-105.

[8]Fiorino C，Dell Oca I，Pierrelli A,etal.Significant improvement in normal tissue sparing and taeget coverage for head and neck cancer bu means of helical tomotherapy〔J〕. Radiother Oncol，2006，78(3)：276-282.

[9]杜鐳，馬林，周桂霞，等.螺旋斷層放療45例鼻咽癌近期臨床觀察〔J〕.軍醫(yī)進(jìn)修學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，30(3)：311-314.

[10]崔迪，戴相昆，馬林，等.鼻咽癌螺旋斷層放療與常規(guī)加速器調(diào)強(qiáng)放療的劑量學(xué)比較〔J〕.中華放射學(xué)雜志，2008，17(3)：169-173.

[11]文婷，李志強(qiáng)，張晉建，等.螺旋斷層放療自適應(yīng)技術(shù)的初步應(yīng)用〔J〕.中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2012，29(4)：3515-3518.

[12]郭金棟，呂長興，王家明，等.不能手術(shù)Ⅰ+Ⅱ期非小細(xì)胞肺癌立體定向放療療效分析〔J〕.中華放射腫瘤學(xué)雜志,2011，12(1)：18-22.

[13]郝春成.影像引導(dǎo)放射治療的應(yīng)用及進(jìn)展〔J〕.實(shí)用腫瘤學(xué)雜志，2010，24(5)：487-489.

[14]胡彩容，張秀春，陸軍.3種圖像模式在影像引導(dǎo)放射治療中的差異性研究〔J〕.中華放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)雜志，2012，32(4)：374-378.

[15]戚濤，王紅勇，彭曉光.錐形束CT掃描分析調(diào)強(qiáng)放射治療中的擺位誤差〔J〕.中國老年學(xué)雜志，2013，33(3)：546-547.

(編輯落落)

收稿日期2014-08-07

中圖分類號：R815

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-7585(2015)02-0164-03