腫瘤放療中束流調強適形技術發展的現狀淺析

王小鵬 段云龍

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

【關鍵詞】腫瘤;放療;束流調強;適形技術

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

隨著21世紀電子計算機技術發展的日益強化，放療實現了精確定位、精確計劃到精確治療，束流調強適形放療（IMRT）以其獨特的優勢，精確的靶區定位跟蹤、劑量適形、自適應照射等特點，引領著精確治療新時代。本文在綜述束流調強適形技術發展歷程的基礎上，對高能碳離子束層掃描和點掃描調強技術加以展望。

1 材料與方法

1.1 金屬補償器調強

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，實現補償器的調強功效。金屬補償形成調強照射野，射線強度分布明顯，易于計算。缺點是設計工作繁瑣耗時，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 獨立準直器調強

通過鉛門準直器的運動實現的調強技術分為：靜態模式調強和動態模式調強，基于兩個鉛門的相對運動來進行通量調制。準直器動態調強，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，完成對射束的調強。在鉛門的運動速率夠快時，才能實現有梯度的強度調整，但在20世紀中葉，直線加速器的準直器還未能實現計算機控制，再加上通過準直器的運動，需要對漏射線和散射線的影響進行循環的修正，以保證出束與計劃設計要求一致，這也大大的增加了臨床應用的難度。靜態調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劑量需要來設定。但使用準直器調強的效率只有MLC調強的四分之一。

1.3 多葉準直器（MLC）調強

多葉準直器的出現主要是替代了傳統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運動生成動態的楔形野，為調強技術（IMRT）發展奠定了堅實的基礎。靜態多葉調強用MLC形成不同的子野，進行分步照射（Stop and Shot）。靜態調強的特點在于，MLC的運動和出束不同時進行。動態MLC調強是實現是依據不同動態照射野的疊加形成，區別于靜態調強的是，葉片在運動過程中，射線同時處于出束的狀態。

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

1.4 螺旋斷層調強

螺旋斷層調強（Tomotherapy），是依據計算機斷層技術而來，斷層調強放療的MLC形成扇形束，通過圍繞患者進床出床方向進行旋轉照射。Tomotherapy公司HI-ART斷層放療系統是斷層調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，斷層調強放療能體現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直線加速器靜態調強治療計劃，統一確認靶區，分別用不同的調強技術，發現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 圖像引導放療

隨著調強放療技術和影像技術的融合，推動了利用影像技術為基礎的IMRT的發展。CT成像、磁共振成像（MRI）以及正電子發射斷層顯影都能作為影像引導，即圖像引導放療技術（IGRT）。IGRT技術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偏移，能夠通過相應技術形成靶區的跟隨照射，其中4D-CT和自適應照射（ART）是典型代表。

1.6 層掃描和點掃描調強

層掃描和點掃描調強技術的出現、發展和成熟得益于電磁偏轉掃描技術的研發。在所有的掃描技術中，電磁偏轉掃描技術是實現調強適形放療的最好方法。它與獨立準直器、MLC動態調強相比，不僅具有X射線光子的利用率高、治療時間短的突出優點，而且可實現高能帶電粒子束（電子束、質子束、碳離子束等）的調強治療。

2 結果

2.1 獨立準直器與多葉準直器的對比

Ahunbay等在研究乳腺癌的全乳照射中，對比獨立準直器調強和多葉準直器調強技術發現，兩者得到的靶區劑量適形度、均勻性和MLC調強沒有明顯差異，但是遠好于三維適形放療。黃劭敏[2]等在對比10例鼻咽癌應用獨立準直器和多葉準直器治療計劃中發現，前者的計劃適形度和執行效率略差于后者，平均子野數目分別為44和42，計劃的總MU數平均值分別為474.3和419.6。執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，對沒有配置多葉準直器的放療單位作為替代有一定的臨床應用價值。

2.2 多葉準直器動態與靜態調強的對比

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

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強放療中發現VMAT的靶區適形指數明顯提高，更高的治療效率，可以減少機器的跳數和治療時間。在靶區優化上較IMRT差異不大，VMAT對患者的治療在劑量學的優勢不明顯，但在治療效率上的優勢是突出的，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的體積。綦向等[6]通過研究宮頸癌自適應調強放療中的擺位誤差對靶區和器官劑量變化影響發現，糾正后擺位誤差與首次系統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

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

對利用MLC進行調強放療的技術，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，動態調強相比靜態調強有更好的劑量分布適形度，而容積旋轉調強則是更加凸顯了執行效率。相比普通三維適形技術靶區適形的特點，調強技術實現的劑量適形，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不同劑量梯度的照射，縮短治療時間降低風險。

4 結論

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

參考文獻

崔迪，戴相昆，馬林，等.鼻咽癌螺旋斷層放療與常規加速器調強放療的劑量學比較[J].中華放射腫瘤學雜志，2008，17（3）：169-173.

黃劭敏，高興旺，鄧小武，等.獨立準直器調強技術在鼻咽癌放射治療的應用評估[J].南方醫科大學學報，2010，30（10）：2229-2232.

馬棟輝，張國慶，劉浩，等.鼻咽癌動態和靜態調強方式的劑量學比較[J].新疆醫科大學學報， 2007，30（4）：393-395.

唐正中，吳愛東，錢立庭，等.鼻咽癌靜態IMRT與VMAT同步加量放療劑量學比較[J].安徽醫科大學學報，2014，49（8）：1164-1167.

王義海，阿合力·那斯肉拉，潘廣鵬，等.四維CT呼吸門控技術聯合圖像引導放射治療在肺癌中的應用[J].重慶醫學，2014，30（4）：3994-3996.

綦向.圖像引導下的宮頸癌自適應調強放射治療[J].中醫臨床研究，2014，27：139-141.