喬延偉

河北醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院 設(shè)備處，河北 石家莊 050031

腫瘤精確放療技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀

喬延偉

河北醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院 設(shè)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(diào)強(qiáng)適形放射治療（IMRT）等腫瘤精確放療技術(shù)的概念、特點(diǎn)、發(fā)展歷程及其臨床應(yīng)用近況，介紹了近年迅速發(fā)展起來(lái)的圖像引導(dǎo)放射治療（IGRT）影像系統(tǒng)、主要功能及其臨床應(yīng)用近況，指出以“精確定位、精確設(shè)計(jì)、精確治療”為基礎(chǔ)的精確放療將會(huì)更有效地維護(hù)人們的健康。

立體定向放射治療；三維適形放射治療；調(diào)強(qiáng)適形放射治療；圖像引導(dǎo)放射治療

隨著科技水平的不斷提高，手術(shù)治療、化學(xué)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(fā)展。尤其隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、放射物理技術(shù)、放射生物技術(shù)、分子影像技術(shù)特別是功能性影像技術(shù)的快速發(fā)展以及多種技術(shù)間的有機(jī)結(jié)合，近年來(lái)放射治療技術(shù)的發(fā)展備受矚目，已從傳統(tǒng)的二維常規(guī)放療發(fā)展到今天的三維數(shù)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(yōu)點(diǎn)而成為21世紀(jì)腫瘤放療的主要發(fā)展方向。本文主要闡述近年來(lái)精確放療技術(shù)的研究進(jìn)展，旨在為臨床腫瘤的治療提供相關(guān)參考信息。

1 腫瘤精確放療技術(shù)概述

精確放射治療技術(shù)，即以“精確定位、精確設(shè)計(jì)、精確治療”為核心，采用現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)技術(shù)、醫(yī)學(xué)影像技術(shù)、放射物理技術(shù)等，通過(guò)常規(guī)或非常規(guī)劑量分割方式在三維水平上進(jìn)行立體適形或調(diào)強(qiáng)放療，使靶區(qū)（病變區(qū)）內(nèi)受照劑量最大，靶區(qū)周?chē)＝M織受照劑量最小，靶區(qū)內(nèi)劑量分布最均勻，靶區(qū)定位及照射最準(zhǔn)確的集成放射治療技術(shù)[1-2]。

目前公認(rèn)的精確放射治療技術(shù)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(diào)強(qiáng)適形放射治療（IMRT）、以及圖像引導(dǎo)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(shè)備準(zhǔn)確定出靶區(qū)的空間位置, 經(jīng)計(jì)算機(jī)優(yōu)化后通過(guò)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?chē)M織受量很低以達(dá)到控制或根除病變的目的[2]。主要優(yōu)點(diǎn)有：① 精度高，定位精確，靶區(qū)劑量分布集中；② 三維治療系統(tǒng)設(shè)計(jì)精確；③ 無(wú)創(chuàng)；④ 靶周邊的正常組織受照劑量很小。

2.1 發(fā)展歷程

1951 年瑞典神經(jīng)外科專(zhuān)家Leksell[3]首先提出立體定向放射手術(shù)治療（Stereotactics Radiation Surgery，SRS）理論,即用多個(gè)小野三維集束，把高能射線準(zhǔn)確地匯聚于不能手術(shù)的顱內(nèi)病灶，以達(dá)到類(lèi)似于外科手術(shù)切除的效果，可用于治療諸如腦動(dòng)靜脈畸形等良性病變[4]。1968年，lars leksell和Larsson等研制出世界首臺(tái)顱腦γ-刀。1975年第二臺(tái)γ-刀裝置在瑞典karolinska研究所臨床試用，成功地用于治療顱內(nèi)腫瘤。1980年，由201個(gè)鈷源組成的第三代γ-刀裝置產(chǎn)生。同時(shí)，隨著加速器的飛速發(fā)展，美國(guó)科學(xué)家用直線加速器發(fā)生的6～15 MV X 射線非共面多弧度等中心旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)多個(gè)小野三維集束照射病變, 起到與γ-刀一樣的作用, 稱(chēng)為Χ-刀[5]。1990年代初，瑞典karolinska醫(yī)院成功研制出首臺(tái)體部Χ-刀，并將其應(yīng)用于體部腫瘤顱外病灶靶區(qū)的定位、固定和治療過(guò)程中。1992 年美國(guó)Standford 大學(xué)神經(jīng)外科醫(yī)師John Adler 發(fā)明了Cyber knife, 2001 年通過(guò)美國(guó)食品藥品管理局認(rèn)證, 成為全身腫瘤放射治療的醫(yī)療設(shè)備。至此，立體定向放射手術(shù)治療的技術(shù)逐步被引入到了放射治療中，創(chuàng)建了立體定向放射治療SRT技術(shù)，使腫瘤的定位和治療達(dá)到了相當(dāng)精確的水平。

2.2 臨床應(yīng)用

季洪兵[6]等、姜雪松[7]等應(yīng)用SRT技術(shù)對(duì)胰腺癌患者以及顱內(nèi)轉(zhuǎn)移癌患者進(jìn)行治療，表明SRT對(duì)于治療胰腺癌、治療及控制顱內(nèi)轉(zhuǎn)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(wú)創(chuàng)傷性的實(shí)時(shí)影像引導(dǎo)放療技術(shù)，通過(guò)采用三級(jí)準(zhǔn)直器系統(tǒng)和多弧非共面旋轉(zhuǎn)聚焦技術(shù)產(chǎn)生高度聚焦的劑量分布區(qū)，可以提高局部控制率、降低局部復(fù)發(fā)及遠(yuǎn)地轉(zhuǎn)移率[8]。很多肺癌患者因?yàn)楦鞣N原因不能或拒絕手術(shù)治療，SBRT就是一種適用于治療不適合手術(shù)的原發(fā)性肺癌患者的技術(shù)手段。Andratschke[8]、Takeda[9]和Timmerman[10]等分別通過(guò)SBRT對(duì)早期非小細(xì)胞肺癌患者進(jìn)行治療，結(jié)果表明SBRT 對(duì)早期非小細(xì)胞肺癌原發(fā)控制率高達(dá)80%～98%。Potters[11]、Rule[12]等的研究表明SBRT治療肝轉(zhuǎn)移癌的局部控制率最高可達(dá)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(yōu)勢(shì)。隨著SRT技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的迅速發(fā)展和不斷普及，其將會(huì)成為綜合治療體部腫瘤的有效新途徑之一。

2.3 SRT設(shè)備

目前主流的SRT設(shè)備主要有德國(guó)BrainLAB公司生產(chǎn)的Novalis X-刀、美國(guó)Accuray公司生產(chǎn)的Cyber Knife（賽博刀）、日本Mitsubishi公司生產(chǎn)的C形臂X-刀、瑞典Elekta公司生產(chǎn)的Leksell γ-刀系統(tǒng)及最新研制的Perfexion? γ-刀系統(tǒng)、深圳OUR 公司生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)式頭部γ-刀、深圳MASEP公司生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)式頭部γ-刀、深圳HYPER 公司生產(chǎn)的體部γ-刀、我國(guó)中科院大恒醫(yī)療生產(chǎn)的STAR-2000 SRT系統(tǒng)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(jié)構(gòu)，通過(guò)在不同方向設(shè)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(qū)的分布形狀在三維方向（前后、左右、上下方向）上與三維計(jì)劃靶區(qū)形狀一致，同時(shí)使得病灶周?chē)＝M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(yīng)和晚期放射性損傷[14]。

3.1 發(fā)展歷程

1950年初，日本學(xué)者Takahashi 首次提出并闡明了適形放射治療的基本概念及其實(shí)施方法，并在1965 年提出采用多葉準(zhǔn)直器（Multileaf Collimator, MLC） 實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)椅上, 擋塊固定在一個(gè)架子上, 與患者同步旋轉(zhuǎn), 從而使患者旋轉(zhuǎn)到任何位置時(shí), 射線束經(jīng)擋塊限制、準(zhǔn)直后得到的照射野形狀總是與靶區(qū)的投影形狀一致[16]。之后，Proimos、Trump和Takahashi等設(shè)計(jì)和改進(jìn)了該方法, 并應(yīng)用到臨床上[17]。同時(shí)期，Green 提出通過(guò)循跡掃描技術(shù)實(shí)施適形放療，即依靠治療機(jī)和治療床的相互配合, 使得靶區(qū)每個(gè)截面中心總是位于治療機(jī)的中心上, 而射野的大小隨截面的變化而變化。之后，英國(guó)分別制造出深部X 射線循跡掃描治療機(jī)和60Co循跡掃描治療機(jī)并用于臨床治療。20世紀(jì)90年代，3D-CRT技術(shù)在國(guó)外得到大幅度的推廣并成為腫瘤治療的主流技術(shù)。

3.2 臨床應(yīng)用

李清林等[18]通過(guò)3D-CRT對(duì)住院且不能手術(shù)治療的胰腺癌患者進(jìn)行治療，郭政霜[19]、王承偉[20]等對(duì)晚期食管癌患者應(yīng)用3D-CRT技術(shù)，結(jié)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(shù)，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(shè)備

目前主流的3D-CRT設(shè)備主要有美國(guó)Varian公司生產(chǎn)的Clinac 600C/D、2100C/D、2300C/D醫(yī)用電子直線加速器，德國(guó)Siemens公司生產(chǎn)的OPTIFOCUS多葉準(zhǔn)直器，瑞典Elekta公司生產(chǎn)的 Agility? 160多葉準(zhǔn)直器等[13]。

4 調(diào)強(qiáng)適形放射治療

調(diào)強(qiáng)適形放射治療（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）是在3D-CRT基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的放療技術(shù)，與普通放射治療相比，它要求劑量更加準(zhǔn)確地集中到腫瘤靶區(qū)。具體來(lái)說(shuō)，IMRT需要滿足以下兩個(gè)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?chē)恼＝M織受到最低劑量的照射，稱(chēng)之為三維適形;②為使靶區(qū)內(nèi)及表面的劑量處處相等，必須使每個(gè)射野內(nèi)諸點(diǎn)的輸出劑量率能按要求進(jìn)行調(diào)整, 讓同一靶區(qū)內(nèi)的各點(diǎn)獲得各自不同的劑量, 稱(chēng)之為強(qiáng)度調(diào)節(jié)[21]。

4.1 發(fā)展歷程

1977 年, Bjarngard[22]及其同事首次提出了IMRT的概念，開(kāi)始了相關(guān)研究。1987 年Brahme[23]發(fā)明了快門(mén)技術(shù),在理論上較好地解決了二維任意劑量場(chǎng)的調(diào)制問(wèn)題，同時(shí)，他和同事又進(jìn)一步解決了在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)劑量場(chǎng)調(diào)制的問(wèn)題，從而使劑量場(chǎng)調(diào)制在實(shí)踐上成為可能。隨著多葉準(zhǔn)直器及其計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展，IMRT的臨床應(yīng)用逐漸得以實(shí)現(xiàn)。1994年，NOMOS公司在加速器上使用特殊設(shè)計(jì)的MIMic 多葉準(zhǔn)直器，率先實(shí)現(xiàn)了IMRT 的臨床應(yīng)用[24]。

由于大多數(shù)腫瘤的形狀不規(guī)則，而且腫瘤各點(diǎn)離人體表皮的入射距離也不一樣，這就需要根據(jù)醫(yī)生對(duì)腫瘤病灶靶區(qū)均勻性照射劑量要求和周?chē)＝M織器官保護(hù)劑量要求，逆向設(shè)計(jì)第二次限束以改變加速器線束出束劑量率，達(dá)到最終目標(biāo)劑量要求的照射方案，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為逆向調(diào)強(qiáng)放療。目前，國(guó)際上真正開(kāi)展做腫瘤逆向IMRT 的時(shí)間才3～5年[25]。

4.2 臨床應(yīng)用

美國(guó)Stanford大學(xué)醫(yī)學(xué)中心[26]放療科通過(guò)應(yīng)用IMRT治療鼻咽癌和胸椎體轉(zhuǎn)移癌，表明IMRT可在以高劑量殺傷腫瘤組織基礎(chǔ)上，最大程度地保護(hù)正常組織及敏感器官。楊杰[27]等關(guān)于宮頸癌的研究發(fā)現(xiàn)，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(hù)鄰近器官、提高靶區(qū)劑量等優(yōu)勢(shì)；徐勝[28]等關(guān)于原發(fā)性肝癌的研究發(fā)現(xiàn)，在危及器官的照射劑量分析中，IMRT能有效地提高靶區(qū)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(shè)備

目前臨床上應(yīng)用的IMRT設(shè)備主要有美國(guó)NOMOS公司生產(chǎn)的Peacock系統(tǒng)以及Scanditronix MM50回旋加速器，美國(guó)Varian公司生產(chǎn)的Clinac 21EX、Clinac 23EX醫(yī)用電子直線加速器，德國(guó)Siemens 的Primus M直線加速器和SOMATOM Plus4CT機(jī)，比利時(shí)IBA 公司生產(chǎn)的MM50醫(yī)用電子回旋加速器等。

5 圖像引導(dǎo)的放射治療

圖像引導(dǎo)放射治療（Image-guided Radiation Therapy，IGRT）在治療過(guò)程中考慮靶區(qū)劑量分布、擺位誤差、呼吸運(yùn)動(dòng)度等因素所造成的誤差，應(yīng)用各種影像設(shè)備在患者治療前、治療中對(duì)腫瘤及腫瘤周?chē)恼＝M織器官進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，是在三維放療技術(shù)的基礎(chǔ)上加入了時(shí)間因素后形成的一種四維放射治療技術(shù) 。

5.1 IGRT影像系統(tǒng)

（1）電子射野影像系統(tǒng)（Electronic PortalImaging Device， EPID）。由射野攝片技術(shù)發(fā)展而來(lái)，可在射線束照射靶區(qū)時(shí), 采用電子技術(shù)在射線出線的方向獲取圖像。

（2）kV級(jí)X線攝片和透視設(shè)備。常與治療設(shè)備結(jié)合在一起，通過(guò)骨性標(biāo)志或基準(zhǔn)標(biāo)志，實(shí)時(shí)跟蹤和監(jiān)測(cè)治療時(shí)腫瘤和正常器官的位置和形態(tài)。

（3）kV級(jí)CT。將模擬機(jī)、kV 級(jí)CT 和直線加速器都安裝在治療室內(nèi)，精確度可達(dá)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(chēng)為滑軌CT技術(shù)。

（4）錐形束CT（Cone Beam CT，CBCT）。是一種三維驗(yàn)證技術(shù)，分為kV-CBCT和MV-CBCT?？蓪?duì)患者周?chē)煌嵌鹊耐渡鋱D像進(jìn)行重建，具有體積小、重量輕、開(kāi)放式架構(gòu)的特點(diǎn)。

（5）CT-on-rail。典型代表為CTVision，是集成的IGRT解決方案，可將治療計(jì)劃使用的快速、高對(duì)比度診斷CT 成像標(biāo)準(zhǔn)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(guān)的影像學(xué)信息，通過(guò)與計(jì)劃參考CT比較，確定腫瘤三維方向的擺位誤差，進(jìn)行實(shí)時(shí)在線糾正，減小放療中靶區(qū)的不確定性。

（2）離線校正。即自適應(yīng)放療，是使用圖像數(shù)據(jù)、劑量以及其他信號(hào)作為反饋進(jìn)而對(duì)治療計(jì)劃進(jìn)行修正，從而提高放療準(zhǔn)確性和精確性。

（3）屏氣和呼吸門(mén)控技術(shù)。屏氣可使受呼吸運(yùn)動(dòng)影響的靶區(qū)暫時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，呼吸門(mén)控技術(shù)在患者治療過(guò)程中通過(guò)某種門(mén)控設(shè)備來(lái)監(jiān)測(cè)患者的呼吸，在呼吸的某一時(shí)相才有射線開(kāi)啟。

（4）實(shí)時(shí)跟蹤。通過(guò)照射野或治療床的移動(dòng)，使腫瘤靶區(qū)與照射野保持相對(duì)位置固定，達(dá)到動(dòng)態(tài)追蹤的效果，進(jìn)而減少呼吸運(yùn)動(dòng)對(duì)胸腹腫瘤放療的影響，有效保護(hù)正常組織。

5.3 臨床應(yīng)用

王瑾等[35]對(duì)鼻咽癌患者行kV級(jí)CBCT掃描，李炯雁等關(guān)于前列腺癌的研究，李建成等關(guān)于食管癌的研究都表明kV-CBCT圖像引導(dǎo)放射治療可以提高等中心擺位精度，調(diào)整擺位誤差。此外，Al-Halabi等關(guān)于宮頸癌的研究驗(yàn)證了圖像引導(dǎo)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)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(fā)揮著重要的作用。隨著影像技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)IGCT將朝著劑量引導(dǎo)放射治療、動(dòng)態(tài)跟蹤治療以及腫瘤生物信息采集等方向發(fā)展，為腫瘤的治療提供更廣闊的治療空間。

5.4 IGCT設(shè)備

目前臨床上應(yīng)用的IGCT設(shè)備主要為德國(guó)Siemens公司生產(chǎn)的CTVision系統(tǒng)、美國(guó)Varian公司生產(chǎn)的TrueBeam(TM)系統(tǒng)等。目前我國(guó)重慶市自主研發(fā)成功國(guó)內(nèi)首套放療圖像引導(dǎo)系統(tǒng)，具有成像速度快、放射劑量低、擺位精度高的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，輻射劑量?jī)H為CT類(lèi)設(shè)備的1/60～1/30，是我國(guó)放療設(shè)備研制技術(shù)的重大進(jìn)展，期待未來(lái)能夠在臨床上得到廣泛應(yīng)用。

6 結(jié)語(yǔ)

精確放療技術(shù)的不斷發(fā)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(jìn)步，質(zhì)子治療、劑量引導(dǎo)放射治療等新技術(shù)的引入將會(huì)促使精確放療技術(shù)朝著更有效、更精準(zhǔn)、更可控的方向不斷前進(jìn)。

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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