肿瘤精确放疗技术进展

颜桂明　陈国付　张飞燕

浙江省肿瘤医院物理室, 浙江省杭州市　310022

肿瘤精确放疗技术进展

颜桂明陈国付张飞燕

浙江省肿瘤医院物理室, 浙江省杭州市310022

摘要放射治疗是恶性肿瘤治疗的主要方法之一。随着科学技术的发展，放疗技术的发展也突飞猛进,开展的各种精确放疗，对于减轻患者不良反应，提高生活质量具有重要的意义。

关键词放射治疗调强螺旋断层立体定向影像引导

放射治疗是利用放射线治疗肿瘤的一种方法，是当今治疗肿瘤的三大手段之一[1]。放射治疗的适应证比较广泛，临床上70%以上的恶性肿瘤患者都需要进行放射治疗，其中有部分患者单独行放射治疗即可达到治愈。常规的放射治疗使过多的正常组织包括在照射范围内，加上联合化疗可使并发症增多。近年来在放射物理学、剂量学、计算机技术以及影像技术迅速发展的基础上，开展了肿瘤精确放疗，最大程度保护了正常组织、重要器官，降低了放疗毒副作用。目前精确放疗技术有适形放疗、调强放疗、立体定向放疗、螺旋断层放疗以及影像引导放疗等。笔者将根据精确放疗技术的进展作一简单综述。

1适形放疗

适形放射治疗(Conformal Radiotherapy,CRT)的提出和进行临床研究始于1959年。适形放疗是指使高剂量区剂量分布的形状在立体三维方向上与靶区形状相一致的技术。根据CT下所提供的靶区与正常组织在三维方向的位置、大小及形状的资料，利用加速器机架、小机头、多叶准直器(MLC)或铅挡以及治疗床的协调运动完成。日本的Takahashi博士及其同事设置的一个机械控制系统，控制多叶准直器的开口形状与射野方向的靶区投影形状一致，绕患者进行旋转，实现了首次的适形放疗。Proimos博士的团队独立提出了同步挡块旋转(Synchronous shielding and beam shaping)的照射方法。同步挡铅旋转的方法是在患者和机头之间放置特殊设计的铅挡，并且挡块能随机架或者患者的旋转做同步运动，保证治疗时挡块的形状与照射野靶区的形状一致。该方法对靶区外组织防护较好，但制作铅挡过于繁琐，不利于临床大量推广。Green于1959年提出循迹扫描(Tracking technique)的原理，并且建立了这种系统的机器以及计划的制作。所谓循迹法，就是依靠治疗机与治疗床相互协调运动，使治疗靶区每个截面中心都在机器旋转中心上，而照野的形状和大小靠准直器的变化以及治疗床运动来实现。由于循迹扫描法在靶区剂量分布能力控制仍然较弱，逐渐被步进式的调强扫描技术所取代。Umegaki于1971年在直线加速器上安装一组多叶准直器，到后来Mantel再把多叶准直器增加到12片，最后多叶准直器实现了微机控制。这种靠多叶准直器实现的适形，实用性最强。

适形放疗的实现主要有以下四种方法：(1)固定野适形照射法；(2)同步挡铅法；(3)循迹扫描法；(4)多叶准直器法。使用多叶准直器法实现3DCRT是发展最快的适形技术，其优点是效率高，占用空间小，工作环境好，不用切割铅块，劳动强度小而且使用灵活[2，3]。

适形放疗一般都选用正向计划设计，由主管医生在患者CT图像上勾画好靶区，再由物理师根据靶区位置和大小在计划系统上设计照射野的入射方向、大小，并对各个照野分配权重，然后由计算机进行剂量计算，算完后显示照野分布。

2调强放疗

1994年，NOMOS公司在世界上率先使用MIMIC准直器和自己设计的模拟退火算法为基础的CORVUS逆向治疗计划系统，实现了调强放疗。调强放疗(Intensity-modulated radiotherapy,IMRT)的定义是通过改变靶区内的射线强度，使靶区内任何一点都能达到理想剂量。要使靶区内及表面剂量处处相等，必须要求靶区内的剂量率按需要进行变化。调强是从三维适形的基础上发展而来的。调强放疗可以更大剂量投射到靶区而正常组织受照射剂量更小。例如鼻咽癌，由于鼻咽周围危及器官众多，使调强放疗成为鼻咽癌放疗的首选方式[4]。研究发现，鼻咽癌调强放疗能够在不降低局部控制率的前提下降低治疗的不良反应[5]。刘晓清等[6]报道调强组口腔干燥的发生率明显低于常规放疗组。例如肺癌，肿瘤紧贴着脊柱生长，若用常规的传统技术照射，治疗肯定是姑息性的，因为脊髓的放射耐受量远低于肿瘤根治剂量，如避开脊髓则姑息了肿瘤，二者矛盾不可调和。此种情况，调强放疗正好可发挥既治疗肿瘤又保护脊髓的作用，意义重大。

调强放疗多采用逆向放疗计划，首先要依据病变(靶区)与周围重要器官和正常组织的三维解剖特点，以及期望的靶区剂量分布和危及器官(OAR)的剂量耐受极限，由物理师输入优化参数，通过计划系统计算出各个射野方向上需要的强度分布。即在完成勾画轮廓和确定辐射野数目及入射方向后，先确定对CT影像中各个兴趣区的剂量要求。由物理师以数学形式输入这些临床参数(即目标函数)，如对靶区剂量范围的要求，对相关危及器官剂量的限制等，然后由计算机通过数学的方法(如迭代法、模拟退火法、蒙特卡洛法等)自动进行优化，在经过几百乃至上千次计算与比较后得出最接近目标函数并能够实现的计划方案。它是常规治疗计划设计的逆过程，所以叫做逆向计划设计。目前国内大部分单位采用调强技术放疗鼻咽癌、乳腺癌、食道癌和肺癌等，都取得了很好的疗效。调强放疗是目前放射治疗的主流方式。

调强又分为静态调强、动态调强、弧形调强以及螺旋断层放疗等。静态调强是指MLC的运动和照射野射线出束不同时进行。其利用MLC形成的多个子野进行分步照射，即一个子野照射完成后，机器停止出射线，等MLC调到下一个子野后，再出射线，这样逐步完成多个子野的照射。由于整个治疗过程中有多次的射线开关的动作，带来剂量率的稳定问题，从而对加速器的AFC系统提出了更高的要求。动态调强是MLC运动与照射同时进行的调强方式。此类调强是利用MLC相对应的一对叶片的相对运动，实现射野强度的调节。在计算机控制下，MLC运动时，加速器以不停变化的剂量率出束。在计划过程中计算机用一种算法将叶片位置作为每个射野出束时间的函数，将需要的强度分布转换为叶片位置。一般动态调强有上百个子野，治疗时间相较于静态调强来的短，但剂量验证工作却十分复杂。弧形调强治疗(Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT)是用加速器内置的标准MLC完成的，是将动态MLC与弧形治疗相结合，用旋转射束来实现优化的剂量分布。用这种技术同样要先制定调强治疗计划，人为地选择弧形射野数目及入射角度，再由计划系统对射束的权重进行优化，优化计算出临床要求的强度分布，再转换为MLC的驱动文件。VMAT具有快、准、优的特点，该技术将整个治疗过程缩短为3~6min，有效提高了肿瘤的控制率[7]。

当机架围绕患者旋转时加速器是出束的，因此射束角相邻的照射野不应该要求MLC的叶片运动很长距离。在多数临床病例中，各个角度之间的射野形状变化也是缓慢的。为了缩短出束时间，可以用治疗机最高的剂量率配以最大的机架放置速度。偶尔由于MLC叶片速度的限制也会要求降低机器剂量率以避免治疗时出束暂停。

螺旋断层放疗(Helical Tomotherapy，TOMO)是最新的一种调强方式，也是当今最先进的放疗技术。TOMO于2005年正式应用于临床，2007年引入我国。TOMO系统集调强放疗、影像引导技术、剂量引导调强放疗于一体，临床应用广泛，几乎覆盖所有适合放疗的病例。

TOMO系统简单地说就是螺旋CT机+6MV的直线加速器,该加速器可产生的兆伏级(MV)X射线，既可用于螺旋CT扫描患者，也可用来治疗癌症患者。TOMO治疗步骤是患者平躺在特制治疗床上,安装上体位固定装置,每次治疗前首先进行CT的螺旋扫描,根据CT扫描图像与定位CT图像比较,机器会自动修正摆位误差,然后像螺旋CT扫描一样,射线逐层围绕肿瘤进行360°旋转聚焦照射。TOMO定位准确且能进行分割式定向放疗，能够对多发性转移病灶进行有效治疗，提高治愈率。以肺癌为例，中晚期肺癌治愈率低，很难选择安全的放疗和化疗剂量。传统的放疗方法不能在提高病灶放射剂量的同时保护健康组织，降低放射性肺癌和食管炎等不良反应的发生率。TOMO通过提高分次剂量、减少放疗分次数和总疗程的大分割放疗，在实现有效分次剂量的同时使正常组织受照体积最小化。解放军第301医院应用TOMO治疗以晚期为主的鼻咽癌患者121例随访结果发现，3年总生存率达到90.4%。TOMO与以传统加速器为基础的调强相比，明显提高了治愈率[8]。TOMO能有效缩短放疗疗程，使患者得到更及时的治疗。以上海中山医院TOMO系统临床使用数据为例，针对160例胸腹肿瘤患者164个部位行断层放疗，平均每例患者接受15.9次照射，即3周结束放疗，与常规放疗时间6~7周相比缩短疗程50%。还可以利用图像引导纠正摆位误差，增加了治疗精度[9，10]。TOMO突破了传统放疗的诸多局限，将图像引导的调强放疗推到了一个前所未有的境界，实现了图像引导下的自适应放疗。文婷[11]等研究发现，通过非自适应计划与完成20个分次剂量后的自适应计划中危及器官的体积剂量直方图DVH和平均剂量的统计分析，所有自适应计划中危及器官的受照体积及平均剂量都比非自适应计划的要低。TOMO放射治疗系统代表了适形放疗所能达到的终极水平，意味着可使剂量紧紧包裹肿瘤，而同时却保持其周边的关键器官受到最少伤害。相较其他方式，TOMO可以更加有效和有力地提升靶区剂量。

3立体定向放疗

体部立体定向放疗(Stereotactic rad-iation therapy， SRT)，采用非共面多弧度小野三维集束照射病灶达到临床治疗目的。根据单次剂量的大小和射野集束的程度分为两类：第一类SRT的特征是小野三维集束分次大剂量照射，常用于治疗较小病灶(≤3cm)，广泛应用于因为生理状况或医源性疾病而不能或者不愿意手术的肿瘤患者。例如非小细胞肺癌的治疗，并取得了良好的效果[12]。此类治疗一般分1~5次完成，单次剂量高，因而等效生物剂量高于传统分割放射。第二类SRT是利用立体定向技术进行常规分次放射治疗。3DCRT特别是IMRT则属于第二类SRT。

4影像引导放疗

影像引导放射治疗(Image guided radiation therapy,IGRT)，是一种四维的放射治疗技术。它在三维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，如日常摆位误差、呼吸和蠕动运动、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照射野紧紧“追随”靶区，使各种调强放疗做到真正意义上的精确治疗。IGRT是目前控制摆位误差的新手段，也能够对器官移动(呼吸运动、肠蠕动、膀胱充盈等)进行监控[13，14]。如肺癌的放射治疗，呼吸运动影响较大，一般可通过呼吸门控等技术来处理。之前的电子射野影像装置(Electronic portal imaging device,EPID)验证方式已经满足不了放疗对精度的要求。近年来开展的锥形束CT(Cone-Beam CT,CBCT)影像引导技术，对放疗过程的在线校正起到了重要的作用[15]。

综上所述，精确放疗技术是一个不断发展的学科。临床应用精确放疗对正常组织的损伤微小，患者放疗副反应较常规放疗明显降低，提高了生活质量。现代精确放疗技术虽然还没有达到只照射肿瘤而丝毫不照射正常组织的理想境界，但计算机技术、影像技术等的超速发展所带来的精确放疗技术朝此理想化目标跨越了一大步。

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(编辑落落)

收稿日期2014-08-07

中图分类号：R815

文献标识码：A

文章编号：1001-7585(2015)02-0164-03