腫瘤放療中束流調(diào)強適形技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀淺析

王小鵬 段云龍

【摘 要】束流調(diào)強適形技術(shù)是腫瘤放療中照射野區(qū)域內(nèi)對射束強度進行調(diào)整的技術(shù)。調(diào)強適形技術(shù)歷經(jīng)最初的金屬補償器開始對射線強度調(diào)節(jié)發(fā)展到利用獨立準(zhǔn)直器、多葉準(zhǔn)直器（MLC），再到臨床廣泛應(yīng)用的固定野滑窗、容積旋轉(zhuǎn)（VMAT）、螺旋斷層、圖像引導(dǎo)（IGRT）、二維層掃描（2DLS）、三維點掃描（3DSS）等控制技術(shù)，伴隨著信息化機械控制技術(shù)的發(fā)展而持續(xù)提升。束流調(diào)強適形技術(shù)為放療臨床應(yīng)用在精確確定腫瘤靶區(qū)、提高腫瘤靶區(qū)劑量、保護周圍正常組織和危及器官、減少副反應(yīng)的發(fā)生、提高治療增益等方面提供了堅實保障。

【關(guān)鍵詞】腫瘤;放療;束流調(diào)強;適形技術(shù)

【中圖分類號】R815.2【文獻標(biāo)識碼】A【文章編號】1672-3783（2019）09-03--01

隨著21世紀(jì)電子計算機技術(shù)發(fā)展的日益強化，放療實現(xiàn)了精確定位、精確計劃到精確治療，束流調(diào)強適形放療（IMRT）以其獨特的優(yōu)勢，精確的靶區(qū)定位跟蹤、劑量適形、自適應(yīng)照射等特點，引領(lǐng)著精確治療新時代。本文在綜述束流調(diào)強適形技術(shù)發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，對高能碳離子束層掃描和點掃描調(diào)強技術(shù)加以展望。

1 材料與方法

1.1 金屬補償器調(diào)強

金屬補償器通過在均勻的照射野方向上放置厚度不等的金屬補償塊，實現(xiàn)補償器的調(diào)強功效。金屬補償形成調(diào)強照射野，射線強度分布明顯，易于計算。缺點是設(shè)計工作繁瑣耗時，每次實施治療都需要搬動沉重的補償塊，制作和存儲上的不便，需要更先進的電子操作而非人工操作來彌補。

1.2 獨立準(zhǔn)直器調(diào)強

通過鉛門準(zhǔn)直器的運動實現(xiàn)的調(diào)強技術(shù)分為：靜態(tài)模式調(diào)強和動態(tài)模式調(diào)強，基于兩個鉛門的相對運動來進行通量調(diào)制。準(zhǔn)直器動態(tài)調(diào)強，是在加速器出束過程中，一對鉛門靜止，另一對鉛門來回運動，完成對射束的調(diào)強。在鉛門的運動速率夠快時，才能實現(xiàn)有梯度的強度調(diào)整，但在20世紀(jì)中葉，直線加速器的準(zhǔn)直器還未能實現(xiàn)計算機控制，再加上通過準(zhǔn)直器的運動，需要對漏射線和散射線的影響進行循環(huán)的修正，以保證出束與計劃設(shè)計要求一致，這也大大的增加了臨床應(yīng)用的難度。靜態(tài)調(diào)強的原理是鉛門靜止時出射線束，在每個停留的位置及出束時間根據(jù)劑量需要來設(shè)定。但使用準(zhǔn)直器調(diào)強的效率只有MLC調(diào)強的四分之一。

1.3 多葉準(zhǔn)直器（MLC）調(diào)強

多葉準(zhǔn)直器的出現(xiàn)主要是替代了傳統(tǒng)的笨重的射野外擋塊，通過計算機控制MLC的獨立運動，利用MLC運動生成動態(tài)的楔形野，為調(diào)強技術(shù)（IMRT）發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。靜態(tài)多葉調(diào)強用MLC形成不同的子野，進行分步照射（Stop and Shot）。靜態(tài)調(diào)強的特點在于，MLC的運動和出束不同時進行。動態(tài)MLC調(diào)強是實現(xiàn)是依據(jù)不同動態(tài)照射野的疊加形成，區(qū)別于靜態(tài)調(diào)強的是，葉片在運動過程中，射線同時處于出束的狀態(tài)。

容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強治療（VMAT）是一種新型的旋轉(zhuǎn)IMRT，它的生成就是解決了一般調(diào)強中的治療效率問題，通過改變機器參數(shù)，如機架角度特別是機架的旋轉(zhuǎn)速度，調(diào)整劑量率等來實現(xiàn)優(yōu)化劑量強度的目的。

1.4 螺旋斷層調(diào)強

螺旋斷層調(diào)強（Tomotherapy），是依據(jù)計算機斷層技術(shù)而來，斷層調(diào)強放療的MLC形成扇形束，通過圍繞患者進床出床方向進行旋轉(zhuǎn)照射。Tomotherapy公司HI-ART斷層放療系統(tǒng)是斷層調(diào)強放療的典型代表之作。照射過程類似于螺旋CT掃描患者，機架頭旋轉(zhuǎn)的同時，病床也在同步前進。

在鼻咽癌的治療中，放療作為首選的治療手段，斷層調(diào)強放療能體現(xiàn)更好的劑量分布和均勻性及梯度變化。崔迪等[1]通過研究比較鼻咽癌螺旋斷層放療與常規(guī)直線加速器靜態(tài)調(diào)強治療計劃，統(tǒng)一確認(rèn)靶區(qū)，分別用不同的調(diào)強技術(shù)，發(fā)現(xiàn)斷層放療可獲得更好的劑量均勻性及更陡峭的劑量梯度，并可減少正常器官受量。

1.5 圖像引導(dǎo)放療

隨著調(diào)強放療技術(shù)和影像技術(shù)的融合，推動了利用影像技術(shù)為基礎(chǔ)的IMRT的發(fā)展。CT成像、磁共振成像（MRI）以及正電子發(fā)射斷層顯影都能作為影像引導(dǎo)，即圖像引導(dǎo)放療技術(shù)（IGRT）。IGRT技術(shù)能很好的避免因為位移誤差以及患者呼吸和器官運動引起的靶區(qū)偏移，能夠通過相應(yīng)技術(shù)形成靶區(qū)的跟隨照射，其中4D-CT和自適應(yīng)照射（ART）是典型代表。

1.6 層掃描和點掃描調(diào)強

層掃描和點掃描調(diào)強技術(shù)的出現(xiàn)、發(fā)展和成熟得益于電磁偏轉(zhuǎn)掃描技術(shù)的研發(fā)。在所有的掃描技術(shù)中，電磁偏轉(zhuǎn)掃描技術(shù)是實現(xiàn)調(diào)強適形放療的最好方法。它與獨立準(zhǔn)直器、MLC動態(tài)調(diào)強相比，不僅具有X射線光子的利用率高、治療時間短的突出優(yōu)點，而且可實現(xiàn)高能帶電粒子束（電子束、質(zhì)子束、碳離子束等）的調(diào)強治療。

2 結(jié)果

2.1 獨立準(zhǔn)直器與多葉準(zhǔn)直器的對比

Ahunbay等在研究乳腺癌的全乳照射中，對比獨立準(zhǔn)直器調(diào)強和多葉準(zhǔn)直器調(diào)強技術(shù)發(fā)現(xiàn)，兩者得到的靶區(qū)劑量適形度、均勻性和MLC調(diào)強沒有明顯差異，但是遠(yuǎn)好于三維適形放療。黃劭敏[2]等在對比10例鼻咽癌應(yīng)用獨立準(zhǔn)直器和多葉準(zhǔn)直器治療計劃中發(fā)現(xiàn)，前者的計劃適形度和執(zhí)行效率略差于后者，平均子野數(shù)目分別為44和42，計劃的總MU數(shù)平均值分別為474.3和419.6。執(zhí)行照射的運行時間平均值分別為8.0min與7.5min，無太大差異，可滿足簡單的鼻咽癌放療，對沒有配置多葉準(zhǔn)直器的放療單位作為替代有一定的臨床應(yīng)用價值。

2.2 多葉準(zhǔn)直器動態(tài)與靜態(tài)調(diào)強的對比

馬棟輝等[3]研究鼻咽癌動態(tài)和靜態(tài)調(diào)強的劑量比較，在15例鼻咽癌患者劃分的四種強度水平中，PTV的Dmean和Dmin均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05），脊髓、腦干、腮腺等危及器官的Dmax差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05），僅機器MU對比有統(tǒng)計學(xué)差異。動態(tài)調(diào)強在劑量均勻性上有優(yōu)勢，但靜態(tài)調(diào)強只需要更少的MU和子野數(shù)。

2.3 IMRT與VMAT的對比

唐正中等[4]在對比IMRT和VAMT對于鼻咽癌的同步加量的調(diào)強放療中發(fā)現(xiàn)VMAT的靶區(qū)適形指數(shù)明顯提高，更高的治療效率，可以減少機器的跳數(shù)和治療時間。在靶區(qū)優(yōu)化上較IMRT差異不大，VMAT對患者的治療在劑量學(xué)的優(yōu)勢不明顯，但在治療效率上的優(yōu)勢是突出的，縮短治療時間能提供患者更多的舒適度和更小的治療誤差。

2.4 三維和四維計劃的對比

王義海等[5]通過4D-CT定位掃描患者的不同呼吸時向，并制定三維和四維計劃，同步IGRT治療后并隨訪，結(jié)果表明，兩種計劃中四維計劃的肺受量明顯偏低，IGRT在肺癌中的臨床引用能明顯減少計劃靶區(qū)的體積。綦向等[6]通過研究宮頸癌自適應(yīng)調(diào)強放療中的擺位誤差對靶區(qū)和器官劑量變化影響發(fā)現(xiàn)，糾正后擺位誤差與首次系統(tǒng)隨機擺位誤差之間有明顯的差異，通過IGRT，可以減少擺位誤差，降低正常組織的劑量照射，提高治愈率。

3 討論

束流調(diào)強適形是放療的未來趨勢，從二維調(diào)強發(fā)展到三維調(diào)強，從手動的物理補償器到計算機控制的MLC調(diào)強和電磁掃描調(diào)強，控制技術(shù)的不斷發(fā)展，使調(diào)強技術(shù)能實現(xiàn)很高的劑量適形度。

對利用MLC進行調(diào)強放療的技術(shù)，特別是針對頭頸腫瘤鼻咽癌的治療，基本都能滿足臨床治療的劑量需求，動態(tài)調(diào)強相比靜態(tài)調(diào)強有更好的劑量分布適形度，而容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強則是更加凸顯了執(zhí)行效率。相比普通三維適形技術(shù)靶區(qū)適形的特點，調(diào)強技術(shù)實現(xiàn)的劑量適形，治療的精確定位，大大降低危機器官的受照量，可在同一個治療計劃中實現(xiàn)不同劑量梯度的照射，縮短治療時間降低風(fēng)險。

4 結(jié)論

綜上所述，計算機和影像技術(shù)以及信息化控制技術(shù)的發(fā)展，以IMRT為基礎(chǔ)，結(jié)合圖像引導(dǎo)下的調(diào)強放療，4D-CT和ART能夠大大彌補治療中的體位偏差，校正靶區(qū)的移動度，精準(zhǔn)確定靶區(qū)，治療更個體化。在重離子束治癌層掃描（2DLS）和點掃描（3DSS）在內(nèi)束流調(diào)強適形技術(shù)中，更加需要圖像引導(dǎo)為“三精”放療保駕護航。

參考文獻

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