腫瘤精確放療技術發展及應用現狀

喬延偉

河北醫科大學第一醫院 設備處，河北 石家莊 050031

腫瘤精確放療技術發展及應用現狀

喬延偉

河北醫科大學第一醫院 設備處，河北 石家莊 050031

本文闡述了立體定向放射治療（SRT）、三維適形放射治療（3D-CRT）以及調強適形放射治療（IMRT）等腫瘤精確放療技術的概念、特點、發展歷程及其臨床應用近況，介紹了近年迅速發展起來的圖像引導放射治療（IGRT）影像系統、主要功能及其臨床應用近況，指出以“精確定位、精確設計、精確治療”為基礎的精確放療將會更有效地維護人們的健康。

立體定向放射治療；三維適形放射治療；調強適形放射治療；圖像引導放射治療

隨著科技水平的不斷提高，手術治療、化學藥物治療以及放射治療3大腫瘤治療手段也得到了快速發展。尤其隨著計算機技術、放射物理技術、放射生物技術、分子影像技術特別是功能性影像技術的快速發展以及多種技術間的有機結合，近年來放射治療技術的發展備受矚目，已從傳統的二維常規放療發展到今天的三維數字化精確放療，在腫瘤治療中的地位也變得更加重要。腫瘤精確放療因其具有高精度、高劑量、高療效、低損傷的優點而成為21世紀腫瘤放療的主要發展方向。本文主要闡述近年來精確放療技術的研究進展，旨在為臨床腫瘤的治療提供相關參考信息。

1 腫瘤精確放療技術概述

精確放射治療技術，即以“精確定位、精確設計、精確治療”為核心，采用現代化的計算機技術、醫學影像技術、放射物理技術等，通過常規或非常規劑量分割方式在三維水平上進行立體適形或調強放療，使靶區（病變區）內受照劑量最大，靶區周圍正常組織受照劑量最小，靶區內劑量分布最均勻，靶區定位及照射最準確的集成放射治療技術[1-2]。

目前公認的精確放射治療技術主要包括立體定向放射治療（Stereotactic Radiotherapy，SRT）、三維適形放射治療（Three-dimensional Conformal Radiation Therapy，3D-CRT）、調強適形放射治療（IMRT）、以及圖像引導放射治療（IGRT）等。

2 立體定向放射治療

SRT借助立體定向裝置和影像設備準確定出靶區的空間位置, 經計算機優化后通過γ線(γ-刀) 或Χ線(Χ-刀)集束照射，使靶接受高劑量均勻照射而周圍組織受量很低以達到控制或根除病變的目的[2]。主要優點有：① 精度高，定位精確，靶區劑量分布集中；② 三維治療系統設計精確；③ 無創；④ 靶周邊的正常組織受照劑量很小。

2.1 發展歷程

1951 年瑞典神經外科專家Leksell[3]首先提出立體定向放射手術治療（Stereotactics Radiation Surgery，SRS）理論,即用多個小野三維集束，把高能射線準確地匯聚于不能手術的顱內病灶，以達到類似于外科手術切除的效果，可用于治療諸如腦動靜脈畸形等良性病變[4]。1968年，lars leksell和Larsson等研制出世界首臺顱腦γ-刀。1975年第二臺γ-刀裝置在瑞典karolinska研究所臨床試用，成功地用于治療顱內腫瘤。1980年，由201個鈷源組成的第三代γ-刀裝置產生。同時，隨著加速器的飛速發展，美國科學家用直線加速器發生的6～15 MV X 射線非共面多弧度等中心旋轉實現多個小野三維集束照射病變, 起到與γ-刀一樣的作用, 稱為Χ-刀[5]。1990年代初，瑞典karolinska醫院成功研制出首臺體部Χ-刀，并將其應用于體部腫瘤顱外病灶靶區的定位、固定和治療過程中。1992 年美國Standford 大學神經外科醫師John Adler 發明了Cyber knife, 2001 年通過美國食品藥品管理局認證, 成為全身腫瘤放射治療的醫療設備。至此，立體定向放射手術治療的技術逐步被引入到了放射治療中，創建了立體定向放射治療SRT技術，使腫瘤的定位和治療達到了相當精確的水平。

2.2 臨床應用

季洪兵[6]等、姜雪松[7]等應用SRT技術對胰腺癌患者以及顱內轉移癌患者進行治療，表明SRT對于治療胰腺癌、治療及控制顱內轉移癌具有良好效果。

立體定向體部放療（Stereotactoc Body Radio Therapy，SBRT）是一種無創傷性的實時影像引導放療技術，通過采用三級準直器系統和多弧非共面旋轉聚焦技術產生高度聚焦的劑量分布區，可以提高局部控制率、降低局部復發及遠地轉移率[8]。很多肺癌患者因為各種原因不能或拒絕手術治療，SBRT就是一種適用于治療不適合手術的原發性肺癌患者的技術手段。Andratschke[8]、Takeda[9]和Timmerman[10]等分別通過SBRT對早期非小細胞肺癌患者進行治療，結果表明SBRT 對早期非小細胞肺癌原發控制率高達80%～98%。Potters[11]、Rule[12]等的研究表明SBRT治療肝轉移癌的局部控制率最高可達100%。此外，SRT在治療其他腫瘤如卵巢癌、鼻咽癌方面也比較有優勢。隨著SRT技術在國內外的迅速發展和不斷普及，其將會成為綜合治療體部腫瘤的有效新途徑之一。

2.3 SRT設備

目前主流的SRT設備主要有德國BrainLAB公司生產的Novalis X-刀、美國Accuray公司生產的Cyber Knife（賽博刀）、日本Mitsubishi公司生產的C形臂X-刀、瑞典Elekta公司生產的Leksell γ-刀系統及最新研制的Perfexion? γ-刀系統、深圳OUR 公司生產的旋轉式頭部γ-刀、深圳MASEP公司生產的旋轉式頭部γ-刀、深圳HYPER 公司生產的體部γ-刀、我國中科院大恒醫療生產的STAR-2000 SRT系統等[13]。

3 三維適形放射治療

3D-CRT利用CT圖像重建三維的腫瘤結構，通過在不同方向設置一系列不同的照射野，并采用與病灶形狀一致的適形擋鉛，使得高劑量區的分布形狀在三維方向（前后、左右、上下方向）上與三維計劃靶區形狀一致，同時使得病灶周圍正常組織的受量降低，從而明顯增加腫瘤的局控率并減少正常組織的急性毒副反應和晚期放射性損傷[14]。

3.1 發展歷程

1950年初，日本學者Takahashi 首次提出并闡明了適形放射治療的基本概念及其實施方法，并在1965 年提出采用多葉準直器（Multileaf Collimator, MLC） 實現適形放射治療[15]。1959 年，Wright 提出了同步擋塊法適形放射治療：射線束水平照射, 患者坐在特制的旋轉椅上, 擋塊固定在一個架子上, 與患者同步旋轉, 從而使患者旋轉到任何位置時, 射線束經擋塊限制、準直后得到的照射野形狀總是與靶區的投影形狀一致[16]。之后，Proimos、Trump和Takahashi等設計和改進了該方法, 并應用到臨床上[17]。同時期，Green 提出通過循跡掃描技術實施適形放療，即依靠治療機和治療床的相互配合, 使得靶區每個截面中心總是位于治療機的中心上, 而射野的大小隨截面的變化而變化。之后，英國分別制造出深部X 射線循跡掃描治療機和60Co循跡掃描治療機并用于臨床治療。20世紀90年代，3D-CRT技術在國外得到大幅度的推廣并成為腫瘤治療的主流技術。

3.2 臨床應用

李清林等[18]通過3D-CRT對住院且不能手術治療的胰腺癌患者進行治療，郭政霜[19]、王承偉[20]等對晚期食管癌患者應用3D-CRT技術，結果表明3D-CRT能夠有效治療胰腺癌以及食管癌。

3D-CRT是目前放射治療的主流技術，適用于絕大部分的腫瘤，特別是在腦腫瘤、頭頸部腫瘤（包括喉癌、上頜竇癌、口腔癌等）、肺癌、縱隔腫瘤、肝腫瘤、前列腺癌等方面療效顯著。

3.3 3D-CRT設備

目前主流的3D-CRT設備主要有美國Varian公司生產的Clinac 600C/D、2100C/D、2300C/D醫用電子直線加速器，德國Siemens公司生產的OPTIFOCUS多葉準直器，瑞典Elekta公司生產的 Agility? 160多葉準直器等[13]。

4 調強適形放射治療

調強適形放射治療（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）是在3D-CRT基礎上發展起來的放療技術，與普通放射治療相比，它要求劑量更加準確地集中到腫瘤靶區。具體來說，IMRT需要滿足以下兩個條件：① 在照射方向上，照射野的形狀必須與病變的投影形狀一致，這樣使周圍的正常組織受到最低劑量的照射，稱之為三維適形;②為使靶區內及表面的劑量處處相等，必須使每個射野內諸點的輸出劑量率能按要求進行調整, 讓同一靶區內的各點獲得各自不同的劑量, 稱之為強度調節[21]。

4.1 發展歷程

1977 年, Bjarngard[22]及其同事首次提出了IMRT的概念，開始了相關研究。1987 年Brahme[23]發明了快門技術,在理論上較好地解決了二維任意劑量場的調制問題，同時，他和同事又進一步解決了在較短時間內實現劑量場調制的問題，從而使劑量場調制在實踐上成為可能。隨著多葉準直器及其計算機控制系統的發展，IMRT的臨床應用逐漸得以實現。1994年，NOMOS公司在加速器上使用特殊設計的MIMic 多葉準直器，率先實現了IMRT 的臨床應用[24]。

由于大多數腫瘤的形狀不規則，而且腫瘤各點離人體表皮的入射距離也不一樣，這就需要根據醫生對腫瘤病灶靶區均勻性照射劑量要求和周圍正常組織器官保護劑量要求，逆向設計第二次限束以改變加速器線束出束劑量率，達到最終目標劑量要求的照射方案，這個過程稱為逆向調強放療。目前，國際上真正開展做腫瘤逆向IMRT 的時間才3～5年[25]。

4.2 臨床應用

美國Stanford大學醫學中心[26]放療科通過應用IMRT治療鼻咽癌和胸椎體轉移癌，表明IMRT可在以高劑量殺傷腫瘤組織基礎上，最大程度地保護正常組織及敏感器官。楊杰[27]等關于宮頸癌的研究發現，IMRT在宮頸癌治療中，具有減少危及器官劑量、降低危及器官平均受照體積、保護鄰近器官、提高靶區劑量等優勢；徐勝[28]等關于原發性肝癌的研究發現，在危及器官的照射劑量分析中，IMRT能有效地提高靶區的照射劑量，降低危及器官的損傷。

此外，IMRT在頭頸部腫瘤、前列腺癌、乳腺癌、胰腺癌等的臨床治療中也具有良好的效果[26]。

4.3 IMRT設備

目前臨床上應用的IMRT設備主要有美國NOMOS公司生產的Peacock系統以及Scanditronix MM50回旋加速器，美國Varian公司生產的Clinac 21EX、Clinac 23EX醫用電子直線加速器，德國Siemens 的Primus M直線加速器和SOMATOM Plus4CT機，比利時IBA 公司生產的MM50醫用電子回旋加速器等。

5 圖像引導的放射治療

圖像引導放射治療（Image-guided Radiation Therapy，IGRT）在治療過程中考慮靶區劑量分布、擺位誤差、呼吸運動度等因素所造成的誤差，應用各種影像設備在患者治療前、治療中對腫瘤及腫瘤周圍的正常組織器官進行實時監控并做出相應的調節，是在三維放療技術的基礎上加入了時間因素后形成的一種四維放射治療技術 。

5.1 IGRT影像系統

（1）電子射野影像系統（Electronic PortalImaging Device， EPID）。由射野攝片技術發展而來，可在射線束照射靶區時, 采用電子技術在射線出線的方向獲取圖像。

（2）kV級X線攝片和透視設備。常與治療設備結合在一起，通過骨性標志或基準標志，實時跟蹤和監測治療時腫瘤和正常器官的位置和形態。

（3）kV級CT。將模擬機、kV 級CT 和直線加速器都安裝在治療室內，精確度可達1 mm，掃描速度快、成像清晰，具有較高的空間分辨率和密度分辨率，也稱為滑軌CT技術。

（4）錐形束CT（Cone Beam CT，CBCT）。是一種三維驗證技術，分為kV-CBCT和MV-CBCT。可對患者周圍不同角度的投射圖像進行重建，具有體積小、重量輕、開放式架構的特點。

（5）CT-on-rail。典型代表為CTVision，是集成的IGRT解決方案，可將治療計劃使用的快速、高對比度診斷CT 成像標準引入治療室 。

5.2 主要功能

（1）在線校正。為IGCT最基本的功能，在每次治療前采集相關的影像學信息，通過與計劃參考CT比較，確定腫瘤三維方向的擺位誤差，進行實時在線糾正，減小放療中靶區的不確定性。

（2）離線校正。即自適應放療，是使用圖像數據、劑量以及其他信號作為反饋進而對治療計劃進行修正，從而提高放療準確性和精確性。

（3）屏氣和呼吸門控技術。屏氣可使受呼吸運動影響的靶區暫時停止運動，呼吸門控技術在患者治療過程中通過某種門控設備來監測患者的呼吸，在呼吸的某一時相才有射線開啟。

（4）實時跟蹤。通過照射野或治療床的移動，使腫瘤靶區與照射野保持相對位置固定，達到動態追蹤的效果，進而減少呼吸運動對胸腹腫瘤放療的影響，有效保護正常組織。

5.3 臨床應用

王瑾等[35]對鼻咽癌患者行kV級CBCT掃描，李炯雁等關于前列腺癌的研究，李建成等關于食管癌的研究都表明kV-CBCT圖像引導放射治療可以提高等中心擺位精度，調整擺位誤差。此外，Al-Halabi等關于宮頸癌的研究驗證了圖像引導調強放療計劃能夠有效降低膀胱和直腸受照劑量。此外，IGCT還在食管癌、宮頸癌等腫瘤的治療中發揮著重要的作用。隨著影像技術及計算機技術的發展，未來IGCT將朝著劑量引導放射治療、動態跟蹤治療以及腫瘤生物信息采集等方向發展，為腫瘤的治療提供更廣闊的治療空間。

5.4 IGCT設備

目前臨床上應用的IGCT設備主要為德國Siemens公司生產的CTVision系統、美國Varian公司生產的TrueBeam(TM)系統等。目前我國重慶市自主研發成功國內首套放療圖像引導系統，具有成像速度快、放射劑量低、擺位精度高的技術優勢，輻射劑量僅為CT類設備的1/60～1/30，是我國放療設備研制技術的重大進展，期待未來能夠在臨床上得到廣泛應用。

6 結語

精確放療技術的不斷發展有效增加了腫瘤治療的可靠性、可控性以及成功率。隨著科技的不斷進步，質子治療、劑量引導放射治療等新技術的引入將會促使精確放療技術朝著更有效、更精準、更可控的方向不斷前進。

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Development and Application Situations of Precise and Accurate Radiotherapy Techniques for Tumors

QIAO Yan-wei
Department of Equipment, The First Hospital of Hebei Medical University, Shijiazhuang Hebei 050031, China

This paper describes the concepts, characteristics, development processes and recent situations of clinical applications of precise and accurate radiotherapy techniques including stereotactic radiotherapy (SRT), three-dimensional conformal radiation therapy (3D-CRT) and intensity modulated radiation therapy (IMRT), and introduces the imaging systems, main functions and recent situation of clinical applications of image-guided radiation therapy (IGRT). Precise and accurate radiotherapy based on accurate positioning, accurate design and accurate therapy will effectively maintain people's health.

stereotactic radiotherapy; three-dimensional conformal radiation therapy; intensity modulated radiation therapy; image-guided radiation therapy

R730.55

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.07.026

1674-1633(2014)07-0073-04

2014-05-06

作者郵箱：825360112@qq．com