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1、图像引导放射治疗（IGRT)）技术的现 状与展望21世纪放射治疗技术的主流影像引 导放射治疗（IGRT） 图像引导反射治疗的现状vIGRT是在国外刚刚开始的新技术，它的发 展是以图像引导设备的发展为基础的，目 前临床应用的图像引导设备状况代表了 IGRT的现状. 所谓影像引导放疗，就是通 过放疗前以加速器自带的CT进行扫描，采 集并重建三维图像，与治疗计划图像配准 后再实施治疗。这样可以克服因治疗摆位 和肿瘤位置移动所造成的误差，确保在精 确照射肿瘤的同时，将其周围正常组织的 损伤降到最低限度，全方位提高效果。 图像引导反射治疗的现状v1.电子射野影像系统 电子射野影像系统 (electron
2、ic portal imaging device， EPID)是当射线束照射靶区时，采用电子 技术在射线出射方向获取图像的工具。基 于非晶硅平板探测器的EPID可用较少的剂 量获得较好的成像,具有体积小、分辨率 高,灵敏度高、能响范围宽等优点,并且是 一种快速的二维剂量测量系统 ，既可以 离线校正验证射野的大小、形状、位置和 患者摆位，也可以直接测量射野内剂量。 EPID应用能量为兆伏图像引导反射治疗的现状v（megavoltage，MV）的X线，摄野片骨和空气 对比度都较低，而且骨的对比度比空气的低， 软组织显像不清晰，一些靶区校正需结合内植 标志才能进行4，这也激发了直线加速器上能 量为千
3、伏（kilovoltage,kV） 的X线成像设备 的发展。图像引导反射治疗的现状v2. kV级X线摄片和透 视 诊断X线的能量范 围是30150KV，1cm 厚的骨和空气对比度 都很高，并且骨的对 比度比空气的高。因 此，有许多kV级 X线 摄片和透视设备与治 疗设备结合在一起的 尝试。有的把kV级X 线球管安装治疗室壁 上，有的安装在直线 加速器的机架臂上。图像引导反射治疗的现状v在治疗室内安装四套X线成像系统，无论 直线加速器的机架臂如何旋转，都可以进 行持续的立体监测。用金豆植入体内作为 基准标志，应用治疗室内的X线透视系统 实时跟踪标志，是监测治疗时肿瘤和正常 组织运动的有效方式。安
4、装在直线加速器 机架臂上的单球管X线成像系统只有在机 架臂旋转的过程中才能获得这些结构的三 维信息。这些设计都是用于定位骨性结构 或基准标志。kV级X线摄片较清晰，足以 辨认这些结构,但是难以检测放疗过程中 软组织的相对形态变化。图像引导反射治疗的现状v赛博刀(Cyber-knife)系统就是使用治疗室内两 个交角安装的kV级X线成像系统等中心投照到患 者治疗部位，根据探测到的金属标志的位置变 化，或者根据拍摄的低剂量骨骼图像与先前储 存在计算机内的图像比对，以便决定肿瘤的正 确位置，并将数据输送至控制加速器的计算机 ，具有6个自由度运动功能的机械臂随时调整 6MV-X照射束的方向，从非共面的
5、不同角度照射 肿瘤，机械臂非常灵活是该系统的突出优点 。图像引导反射治疗的现状v3.kV CT 诊断用kV级CT经过了多年的发展，扫描速度 快，成像清晰，具有较高的空间分辨率和密度分辨率, 软组织显像清晰。因此，在治疗室安装kV级CT引导放 疗也是一种很好的选择。模拟机、kV级CT和直线加速 器都安装在治疗室内，共用一张床，患者通过床沿轨 道移动在这三者间转换，进行在线校正，几何精度可 达1mm。但该系统不是在治疗位置成像，无法对治疗时 的肿瘤运动进行实时监测管理。而传统KV级CT的环形 探测器排列和相对小的孔径决定了其不可能直接安装 在加速器上，系统占用空间很大。图像引导反射治疗的现状v4.
6、锥形束CT 近年发展起来的基于大面积非晶硅 数字化X射线探测板的锥形束CT（cone beam CT,CBCT）具有体积小，重量轻，开放式架构的 特点，可以直接整合到直线加速器上。机架旋 转一周就能获取和重建一个体积范围内的CT图 像。这个体积内的CT影像重建后的三维病人模 型可以与治疗计划的病人模型匹配比较并得到 治疗床需要调节的参数。根据采用的放射线能 量的不同分为两种：采用KV级X射线的kV-CBCT 和采用MV级X射线的MV-CBCT。图像引导反射治疗的现状v（1）kV-CBCT 平板探测器的读数装置和探测器 结合在一起,本身就具有提高空间分辨率的优势 ，因此kV-CBCT可以达到比传
7、统的CT更高的空间 分辨率, 密度分辨率也足以分辨软组织结构， 可以通过肿瘤本身成像引导放疗。而且该系统 的射线利用效率高,患者接受的射线剂量少,使 它可以作为一种实时监测手段。因此，CBCT具 有在治疗位置进行X线透视、摄片和容积成像的 多重功能，对在线复位很有价值，成为目前 IGRT开发和应用的热点。但其密度分辨率尤其 是低对比度密度分辨率和先进的CT比还有差距 ；同时平板探测器CT 系统中散射的影响较大。图像引导反射治疗的现状v（2）MV-CBCT Pouliot 用低剂量MV-CBCT 获得无脉冲伪影的三维图像,融合计划KV CT图像并进行位置校正，椎管和鼻咽融合 精确到1mm。Nag
8、awaka等9也应用MV- CBCT进行在线校正。MV-CBCT的X线源和治 疗束同源是其优点。而且MV X线具有旁向 散射少的特点，适用于评估精确电子密度 ，故可以同时作为剂量学监测设备。但与 KV-CBCT相比，它在图像分辨率、信噪比 和成像剂量上处于明显劣势。图像引导反射治疗的现状v无论采用哪种CT技术，如果在CT扫描和加速器 照射时加进了时间变量因素，就称为四维放射 治疗（four dimensional radiotherapy，4DRT ），相应的加进了时间变量因素的CT扫描，称 之为四维CT（four dimensional computed tomography，4DCT）。4
9、DCT扫描截取患者在某 一时段内不同时刻的CT扫描序列，图像按相位 重建得到该时段内肿瘤和重要器官的3D图像随 时间变化的序列。应用4DCT模拟定位，治疗时 再应用CBCT获得的肿瘤或重要器官的3D图像与 4DCT序列的3D图像比较后的结果，控制加速器 进行实时照射，完成4DRT。图像引导反射治疗的现状v5.集成图像系统 引导放疗的成像设备应该同时 具备容积显像位置校正和实时靶区监测三维比 对的能力。近来KV-MV集成图像引导系统正在研 发。这将是一个高度结合的系统，多种成像和 放疗设备装在一台机器上，可以根据需要在治 疗位置进行实时透视、摄片、容积成像，红外 线监测等，并提供限制患者的主动呼
10、吸控制和 限制机器的呼吸引导门控等多种模式照射受呼 吸运动影响大的肿瘤。但是复杂的成像设备与 加速器的结合在机械学上难度加大，制造和维 护成本提高。图像引导反射治疗技术展望vIGRT发展方向v从图像引导设备的发展过程来看，IGRT在三个 方面获得了发展：从离线校正向在线校正发展 ；从模糊显像向高清晰显像发展；从单一显像 向集成显像发展。其目的是通过赋予放疗医师 更精确的确定靶区和跟踪肿瘤的能力，以提高 肿瘤治疗的精确性和有效性。展望未来，IGRT 有望在以下三个方面获得重大进展。v1.剂量引导的放射治疗 现在应用MV X射线的 EPID系统已经不是传统意义上的成像设备，同 时具有剂量检测设备的
11、作用，显示出剂量引导 放疗设备的雏形。MVCT未来的发展方向是提高 软组织显像的清晰度和精准的实时剂量监测能 力，照射时进行照射野与计划照射野的形状、 剂量的双重比对校正。图像引导反射治疗技术展望v2.动态跟踪治疗系统 在图像设备的实时 引导下，通过治疗床的运动或照射野的运 动,使照射野与运动的肿瘤(靶区)保持相 对位置固定，达到动态适形。这种治疗模 式对于受呼吸、心跳等影响较大的胸腹部 肿瘤的放射治疗具有重要的意义。外放的 边界进一步缩小，没有了设备门控间期的 停滞时间，照射时间将缩短，机器的利用 率提高，放疗将更加精确、高效。图像引导反射治疗技术展望v3.图像引导放射治疗 上述讨论的图像引
12、导技术 重点在于减少PTV边界，而以正电子发射断层 (PET) 、单光子发射断层(SPECT) 和核磁波谱 (MRS)等为代表的功能影像技术将进一步深化我 们对靶区的认识，有望对靶区中功能和代谢程 度不同的区域实施个体化的剂量分布，并可能 在肿瘤很早期发现病变，用很小的照射野和较 低的照射剂量就可以达到根治。但功能影像的 缺点是空间分辨率低，未来的图像引导设备既 要采集肿瘤的三维解剖结构和运动信息，又要 采集肿瘤的生物信息，如乏氧及血供、细胞增 殖、凋亡、周期调控、 癌基因和抑癌基因改变 、 侵袭及转移特性等，并和计划信息进行比对 校正，即图像引导放射治疗。结语vIGRT是多学科交叉的产物，近
13、年来很多先 进的成像设备和技术用于引导放疗。以 CBCT为代表的在线容积成像技术可以通过 多个途径确定和跟踪靶区并引导放疗，大 大提高了IGRT的精度。IGRT的优势在于提 高肿瘤的控制的同时又减少对正常组织的 损伤，确保形状复杂并处于运动状态的肿 瘤投照准确的剂量，是调强放射治疗得到 精确实施的技术保证，有望进一步提高肿 瘤放疗疗效。结语v放射治疗是恶性肿瘤治疗的三大重要手段之一 ，在恶性肿瘤综合治疗中，扮演着非常重要的 角色，70%以上的恶性肿瘤患者在其治疗的某个 阶段都需要接受放射治疗。随着计算机技术、 医学影象技术、图像处理技术的迅猛发展，以 及放射治疗设备的不断更新，放射治疗技术已
14、从简单的传统二维常规放疗发展到高精尖的立 体定向放射治疗、三维适形调强放疗以及IGRT ，使得放疗效果明显提高，而正常组织损伤大 大减少,从而使患者的生活质量明显提高。尤其 是图像引导放疗（IGRT），被美国及欧洲同道 评价为放射肿瘤学史上的一次变革，是21世纪 放射治疗技术的主流，目前该技术国内仅有少 数单位能开展。结语v众所周知，放射治疗的目的是最大可能的提高 肿瘤组织的剂量和尽可能的降低正常组织的照 射剂量。但如何去保证治疗时做到“精确”呢 ？一种新的放射治疗技术-影像引导放射治疗 （IGRT）技术可以保证对肿瘤进行精确的治疗 。调强放疗(IMRT)是指通过改变靶区内的射线 强度，使靶区
15、内的任何一点都能得到理想均匀 的剂量，同时还可按医生的要求将各要害器官 （如脊髓、脑干、晶体、腮腺、肺、心脏、肝 、肠等）所受剂量限制在可耐受范围内，使紧 邻的正常组织受量降到最低。结语v而影像引导放射治疗IGRT是一种四维的放射治 疗技术，它在三维适形调强放疗(IMRT)放疗技 术的基 础上加入了时间因数的概念，充分考虑 了解剖组织在治疗过程中的运动和分次治疗间 的位移误差，如呼吸和蠕动运动、日常摆位误 差、靶区收缩等引起放疗剂量分布的变化和对 治疗计划的影响等方面的情况，在患者进行治 疗前、治疗中利用各种先进的影像设备对肿瘤 及正常器官进行实时的监控，并能根据器官位 置的变化调整治疗条件使
16、照射野紧紧“追随” 靶区，使之能做到真正意义上的精确治疗。结语v所以，影像引导放射治疗IGRT与传统放疗技术 相比，既能明显提高疗效，又能极大限度地减 少正常组织损伤，使患者的后遗症大大减少， 减轻患者日后生活的痛苦。它适于各种恶性肿 瘤的放射治疗，如鼻咽癌、喉癌、脑瘤等多种 头颈部肿瘤；肺癌、食管癌、纵隔肿瘤、乳腺 癌、胃癌、肝癌、直肠癌、前列腺癌、肾癌、 宫颈癌、淋巴系统恶性肿瘤等。v与传统放射治疗技术明显不同，影像引导放射 治疗IGRT是一种高精尖的放疗技术，要求精确 定位、精确设计、精确治疗，全程进行严密的 质量控制和质量保证。谢谢v301宿舍v马志尚 杜少君 霍雨佳 张兆岩 侯春 雨 张建峰 毛行健图片vCBCT CBCT图片vIMRT
