螺旋断层放疗（精选6篇）
螺旋断层放疗 篇1
1 螺旋断层放疗系统简介
螺旋断层放疗 (Tomotherapy) 机的外形和结构就是一台兆伏级的螺旋CT机, 只是将传统CT机X线球管换成了一个小型6MV直线加速器。该加速器可产生双能兆伏级X射线, 既可以像传统螺旋CT一样扫描病人, 也可以用调强后的射线来治疗肿瘤病人。治疗过程相当于逆向CT重建, 可以产生非常精确的、按照肿瘤形状分布的理想剂量分布。
传统加速器的核心技术和构架在过去40年里几乎没有实质性的改变, 但是放疗技术本身和临床需要已经从初期粗放的二维治疗方式, 发展到三维适形, 再到调强放疗 (IMRT) , 现在已进入影像引导放射治疗 (IGRT) 时代, 下一步将是自适应剂量引导放疗 (ART) 或剂量引导放疗 (DGRT) 。而断层放疗的发明顺应了放射肿瘤学的发展方向, 颠覆了传统的C型臂加速器技术, 给放射治疗带来了革命。
与此相对应, 螺旋断层放疗机从一开始就被视为是为调强放疗而出生的, 加上它本身就是CT机, 因而也被视为天生的IGRT设备[1,2,3]。除此之外, 它能在治疗前产生MVCT图像, 然后根据该CT图像快速计算出当天患者所受剂量, 如有必要可依据肿瘤及器官解剖的变化重新进行计划优化, 进而产生自适应后的新计划[4,5,6]。
螺旋断层放疗机由美国威斯康辛州HI ART (High Integrated Adaptive Radiation Therapy) 公司生产, 2002年通过美国FDA批准, 于2004年在美国正式销售用于临床治疗, 目前全球装机超过450台。我院为我国首家引进螺旋断层放疗系统的单位, 于2007年9月份开始治疗患者, 至2012年8月底共治疗患者2253例, 其中头颈部肿瘤占40.7%, 盆腔肿瘤占27.2%, 腹部肿瘤占17.0%, 胸部肿瘤占7.7%, 其他部位肿瘤占7.4%;并对不同部位肿瘤螺旋断层放疗的计量学特点及临床疗效进行了较系统的研究和观察。
2 螺旋断层放疗的独特性
如何理解螺旋断层放疗的调强理念?或者为什么说螺旋断层放疗机就是为调强放疗而生?我们可以简单地回顾一下放疗技术的发展历史。
从三维适形放疗开始看:放射线从多个角度经过按照肿瘤形状切割的二维铅挡块或多叶光栅后进行照射, 形成的剂量分布大致在三维方向上符合肿瘤的形状。因为在射野区域射线强度是均匀的, 所以三维适形放疗技术也可认为是二维调强技术, 适用于形状及解剖关系简单肿瘤的放疗。
设想, 如果射线投射角度很多 (如每2°一个投射, 360°形成180个投射) , 就变成几乎连续地改变铅挡块孔径形状 (通常用MLC连续移动) 进行适形照射, 此为拉弧照射 (Arc Therapy) 的实质。投射角度增多使得优化自由度增大, 从而可达到很好的适形度。但这样做的前提是肿瘤形状 (靶区) 不能太复杂, 因为射线在每个投射角度上, 只有适形而没有调强[7,8,9,10]。
从三维适形放疗发展到调强放疗 (三维调强, IMRT) , 可以通过固定式三维铅挡块或可变式MLC两种途径来实现。前者铅块被切割成凹凸不平的厚度, 使得每个射野中的强度不再均一, 最后多个角度的投射叠加在一起实现了三维调强放疗。后者在每个投射角度MLC叶片多次变换位置, 既可以是叶片到位后再出射线 (停-射式) , 也可以是叶片边运动边出射线 (动态调强) , 在几个固定的投射角度上形成非均匀的剂量通量图, 与三维铅挡块所产生的效果相同。增加投射角度可以提高适形优化的自由度, 而在每个角度上提高调强能力, 则可以提高剂量分布的适形度和均匀度。但由于MLC叶片移动的速度有限 (通常在2 cm/s左右) , 加上需要验证叶片到位精度, 如在每个投射角度上形成高度调强或复杂的剂量通量, 会耗费很多时间。所以现代加速器在每个投射角上的调强程度一般不会太大 (5~7级) , 投射角度 (主野数) 不会太多 (5~9个) 。要获得调强放疗的理想境界, 既有大量的投射角度可用, 又能在每个投射角度上实现高度调强, 就必须改变传统MLC调强的方式。这也是螺旋断层放疗系统的独特优势以及核心技术之一:二元气动多叶光栅[11,12,13]。
螺旋断层放疗系统采用的气动MLC, 其叶片移动的速度为250 cm/s, 是传统MLC叶片速度的125倍, 因此在相同时间内, 对射线的调制能力也是传统MLC的100倍以上。虽然螺旋断层放疗在360°中有51个投射角, 但由于是螺距比 (Pitch) 为0.2~0.4之间的螺旋扫描, 每一个断层可以接受到3~4次的重复照射。因此对每一个断层总的投射可达150~250次, 对每一次投射的剂量调制可达100个层级 (即在每个照射角度上有百倍的调强能力) 。由此螺旋断层放疗系统在旋转照射的过程中, 既有大量的投射角度可以选择, 又能在每个角度上实现高度调强。
除此之外, 螺旋断层扫描的治疗方式还可以突破传统加速器治疗范围的局限性。如传统加速器通常一次治疗40 cm以内的区域, 做复杂调强放疗时范围更小;而螺旋断层放疗系统可以像螺旋CT扫描那样, 一次治疗的长度可达160 cm, 横断面 (直径) 最大可达60 cm, 所以可以对多处病灶、大体积或长形肿瘤实施调强放疗, 无须进行多野衔接。
再从IGRT的观点来看, 螺旋断层放疗系统的CT扫描功能是与生俱来的。因为它本身就是一台CT机, 可以在每次治疗前进行极低剂量的CT扫描, 验证病人的摆位精度。另外, 由于螺旋断层放疗系统的MVCT图像和传统的CT图像本质一样, 其CT值与电子密度之间呈精确的线性关系, 因而可以用来做准确的剂量计算。这又使得螺旋断层放疗系统走进了DGRT或自适应放疗 (ART) 的新境界。
3 螺旋断层放疗的临床优势
3.1 解剖结构复杂的肿瘤
如临近重要器官肿瘤 (鼻咽癌等头颈部肿瘤, 前列腺癌、宫颈癌等盆腔肿瘤等) 的首程放疗或肿瘤复发后的再程放疗[14,15,16,17]。
我院的计量学研究发现, 螺旋断层放射治疗鼻咽癌, 靶区的适形度、剂量的均匀性, 以及对腮腺、颞颌关节和喉-气管-食管的保护性均优于常规加速器静态调强放疗。2007年9月~2009年9月, 73例初治鼻咽癌患者接受螺旋断层放疗。处方剂量:原发肿瘤及转移性淋巴结计划靶区70~74 Gy/33F, 高危计划靶区60~62.7 Gy/33F, 低危计划靶区52~56 Gy/33F。出束治疗时间平均为468.8 s, 较常规加速器静态调强放疗至少缩短近5 min。急性反应主要为1~2级。口干症随时间逐渐缓解, 至放疗结束后1年无≥2级口干。中位随访时间14.8个月。1年无复发生存率、无远处转移生存及总生存率分别为95.6%、97.2%和94.8%。
3.2 解剖结构特殊的肿瘤
如双侧乳腺癌、胸膜间皮瘤的放疗及头皮恶性肿瘤的全头皮放疗。
3.3 长度与范围较大的肿瘤
如全中枢神经系统 (全脑及脊髓) 放疗, 全骨髓放疗 (TMI) 全淋巴放疗 (TLI) , 大范围的腹-盆腔放疗。
在全中枢神经系统放疗中无需常规放疗所需的接野。以全骨髓放疗代替骨髓移植前的全身放疗, 可显著降低正常组织受照剂量, 从而使患者的耐受性得到提高, 所以可望通过提高照射剂量来提高白血病的治疗效果。在大范围的腹-盆腔放疗时, 可有效地保护肾脏、肝脏、脊髓等正常器官。
3.4 多发病灶肿瘤
如对颅内多发转移瘤的放疗, 可一次完成治疗, 无需因更换靶点而中断放疗, 同时也免了三维适形放疗由于照射野过少导致剂量重叠而造成的“热点”。
3.5 DGRT或ART
很多研究显示, 在肿瘤的放疗过程中, 不但肿瘤的体积和位置会发生改变, 而且邻近的正常器官的体积和位置也会发生变化, 从而导致包括脊髓在内的正常器官的实际照射剂量高于原治疗计划。每一次螺旋断层放疗前的图像引导不但可以校正摆位误差, 而且可以计算出每一次治疗的实际剂量分布, 从而可以及时调整治疗计划, 避免正常器官受到高剂量照射[18,19,20,21,22]。
在我院对5例接受螺旋断层放疗的局部晚期鼻咽癌的初步研究中, 每间隔3次放疗, 在MVCT图像上重新勾画腮腺, 共45次, 每隔1次治疗校正脊髓位置, 共85次。通过螺旋断层放疗系统自带的自适应软件计算腮腺及脊髓实际受照剂量。结果发现, 左右腮腺的平均体积在治疗结束时分别缩小42%和33%, 腮腺的V1平均升高26.0%和31.4%, D50平均升高15.8%和17.3%, 脊髓最大剂量平均升高1.23%。
螺旋断层放疗 篇2
1资料与方法
1.1病例选择随机选取2015年4—10月已经在我院完成IMRT治疗的7例T3期鼻咽癌患者,病理类型全部为低分化鳞癌,其中男6例,女1例,年龄39~68(中位数50)岁,对这些病例重新进行Tomotherapy计划设计。
1.2靶区定义及处方剂量靶区勾画参照IC-RU50号及62号报告的标准[3],包括原发肿瘤靶区PGTVnx,颈部淋巴结引流区GTVnd,颈部转移淋巴结PTVnd,亚临床病灶区PTV1,预防照射区PTV2。处方剂量分别为7040cGy,6720cGy,6400cGy,6080cGy,5440cGy,治疗次数为32次。
1.3计划设计IMRT计划采用RayStation v4.5计划系统,7野(0°、52°、104°、156°、208°、260°、312°)照射,最大子野数70,最小剂量监测跳数5Mu,最小子野面积5cm2。Tomotherapy计划采用TomoHTM v2.0.5计划系统,设置射野宽度为2.5cm,螺距为0.35,调制因子为3.0的治疗参数。靶区的剂量要求100%的处方剂量覆盖95%的靶体积,危及器官剂量要求如下:脑干Dmax<5 400cGy,脊髓Dmax<4 000cGy,左右晶体Dmax<600cGy,视神经、视交叉Dmax<5 400cGy,腮腺V30<50%,左右中耳的Dmean<4 600cGy。
1.4治疗计划评估比较两组计划的剂量体积直方图(Dosevolumehistogram,DVH)及等剂量曲线在靶区和危及器官的分布。靶区主要比较均匀性指数(HI)。HI=(D2-D98)/D50[4],HI越接近于0,均匀性越好。危及器官的主要比较参数有:脊髓、脑干、视神经、视交叉、眼晶状体的最大剂量(Dmax),中耳、甲状腺和喉的平均剂量(Dmean),左右腮腺的平均剂量(Dmean)和30Gy剂量所占的体积,对Body比较5Gy、10Gy、15Gy、20~50Gy所占的体积(V5、V10、V15、V20~V50)。
1.5统计学处理采用Excel2007和SPSS19.0软件进行数据录入和分析,用(±s)进行统计描述,符合正态分布的两组间均数比较采用t检验。P<0.05为差异有统计学意义。
2结果
2.1Tomotherapy与IMRT计划靶区均匀性指数(HI)比较两组计划中所有靶区剂量均匀性指数Tomotherapy组均优于IMRT组,详见表1。
2.2Tomotherapy与IMRT正常组织剂量参数比较两组计划的危及器官剂量差异列于表2。由表2可知,脊髓、晶体的最大剂量Tomotherapy组均低于IMRT,差异具有统计学意义(P<0.05)。Tomotherapy组脑干、视神经、视交叉的最大剂量也低于IMRT,但是没有统计学意义。左中耳、甲状腺和喉的平均剂量Tomotherapy组也低于IMRT,只有喉的平均剂量有意义(P<0.05)。可以看出Tomotherapy组的多项数值显著低于IMRT治疗组,表明前者更好地保护了大部分危及器官。
2.3两组左右腮腺的平均剂量和30Gy剂量体积比较由表3可知,Tomotherapy组的腮腺平均剂量比IMRT低了4Gy左右,V30降低了约7%(P<0.05)。
2.4两组Body剂量比较由表4可以看出,Tomotherapy组从V15开始剂量均低于IMRT组,但只有V20~V50具有统计学意义(P<0.05)。
3讨论
Tomotherapy可以实现360°旋转,每隔7°计算一次多叶光栅的位置,共有51个投影角度照射患者肿瘤靶区[5]。与常规加速器不同的是其光栅为64对二元气动多叶光栅,单次照射多达10万个子野,开闭时间只有20ms,具有靶区剂适形度好、剂量均匀性好及陡峭的剂量梯度等特点[6]。本研究通过7例鼻咽癌螺旋断层放疗计划与调强放疗计划的比较可得出Tomotherapy与IMRT均能满足临床靶区覆盖要求。但通过剂量体积直方图可以发现Tomotherapy计划的剂量曲线更加陡峭。
Lu[7]等人研究了鼻咽癌IMRT、VMAT与螺旋断层放疗三种调强方式的剂量学差异,结果是VMAT的靶区均匀性优于IMRT,适形性也优于IMRT,腮腺的平均剂量也有一定程度的降低。文献[8,9,10]报道了鼻咽癌螺旋断层放疗与常规调强放疗的剂量学比较,发现Tomotherapy在满足临床要求的靶区剂量前提下比常规调强放疗更能降低大部分危及器官的受量,与本研究的结果基本一致。Tomo特有的螺旋断层照射方式,使得适形度大大提高,照射范围更加适合肿瘤的形状,达到最大限度保护正常组织的目的。Tomotherapy设备的有效治疗范围达40cm×160cm,对于多发病灶可以在同一个定位区间内同时治疗,且对于较长的放射野如全中枢照射和大面积不规则的淋巴引流区照射,无需分野、一次性完成,避免了冷点或热点的出现,提高了肿瘤控制率、减少正常组织的损伤。
放疗中腮腺剂量的高低会影响其分泌功能,高剂量引起口干影响患者的生存质量[11],所以对于腮腺的保护尤为重要。Wang等[12]总结了螺旋断层放疗头颈部肿瘤的临床经验发现,腮腺每接受1Gy的照射剂量,唾液分泌下降了4%。本组研究中Tomotherapy在腮腺平均剂量及30Gy剂量体积上均比IMRT具有突出优势。
通常认为Tomotherapy的低剂量分布的体积会高于常规IMRT的体积,但是从数据的统计分析来看,从15Gy开始,TOMO的体积明显地低于常规IMRT的体积。可以发现Tomotherapy的剂量分布跌落快,尤其适用于对剂量限量要求特别高的肿瘤患者。
Tomotherapy的fieldwidth和pitch值越大,照射野内暴露的危及器官面积越大,所受剂量会更高,剂量分布越差;相反,fieldwidth和pitch越小,对靶区的剂量分布和正常器官的保护会更好,但是计算时间和加速器治疗时间、机器跳数(MU)会相应增加[13]。因此在设置优化参数时也要考虑到肿瘤的体积大小、数量、分布以及和危及器官之间的邻近关系。
螺旋断层放疗 篇3
关键词：螺旋断层放疗设备,IGRT,质量控制,质量保证
0前言
螺旋断层放疗设备(Tomo Therapy)是集成在螺旋CT里的影像引导调强放疗(IGRT)系统,国内于2007年首次引进并开展病人治疗,至2012年,我国共有8台Tomo Therapy在临床上开展病人治疗,预计在不久的将来会得到更快速的发展。Tomo Therapy的精度与稳定性是保证治疗准确安全的前提条件,只有在确定机器精度与稳定性的前提下,才能对病人进行治疗。因此与普通的直线加速器一样,建立一定频率的机器检测是必须的。由于Tomo Therapy与普通的直线加速器比较具有很多的不同之处,因此在机器的质控(QA)方面具有其独自的特点。
1 材料与方法
1.1 结构与原理
Tomo Therapy是一种全新的调强放疗设备[1],它用直线加速器代替球管安装在CT的滑环机架上,使用扇形束实施螺旋照射。Tomo Therapy在进床的同时环绕患者进行360°旋转,在40 cm×160 cm范围内螺旋照射治疗。因此,Tomo Therapy能避免在大范围长靶区的放射治疗中层与层连接处可能产生的冷、热点的问题。Tomo Therapy采用64片二元多叶光栅调制照射野,源轴距(SAD)为85 cm。射野的最大宽度为40 cm,最大开度为5 cm,由次级准直器(Jaw)开口决定[2]。等中心处的剂量率为9 Gy/min左右。
Tomo Therapy系统将CT扫描技术和放射治疗系统整合到了一起。在每次治疗前采集病人图像信息,与定位CT进行配准,以减少摆位误差[3,4]。其自带的自适应软件能快速地将患者治疗前的MVCT图像与定位的k VCT图像进行融合,便于医生进行靶区的修改,同时能快速地创建自适应计划,将肿瘤治疗的精度提高到了一个新的水平。
Tomo Therapy是利用6 MV光子线进行调强治疗的设备。它取消了传统加速器的均整器设计,增加了多叶光栅的漏射保护功能和采用窄扇束照射等功能。其机架每旋转一圈有51个投影,具有巨大数目的调制射野,因此可以给复杂的肿瘤靶区非常均匀且高度适形的剂量分布。
由于Tomo Therapy是IGRT中的一种新技术,其QA体系具有一些新颖的成分,因此其QA体系需要基于TG40号常规直线加速器的QA报告、轴式螺旋断层放疗QA方法论和螺旋断层放疗QA原理进行建立。
为了保证Tomo Therapy的精确度与稳定性,必须按要求完成机器的日检、周检、月检内容,详细的实施报告如下[5,6,7]。
1.2 日检(表1)
注:安全检查包括门联锁、射束报警声、工作指示灯等检查。
1.2.1 测量设备
电离室、Tomo平板固体水、Tomo Eletronmeter静电仪。
1.2.2 执行细节
(1)读取温度、气压读数,计算出温度气压校正系数(Ctp)。
(2)用一张白纸检测静态激光灯的重合度,保证静态激光灯偏移量不超过±1 mm。
(3)设置等中心高度SSD=85,在机器虚拟等中心处摆好位后,将电离室置于等效固体水中1.5 cm深度处。完成摆位后,选择执行Jaw 1.0 cm/2.5 cm/5.0 cm的预期输出计划。
(4)记录静电仪的读数,并与金标准(建模标准)进行比较。
(5)将静电仪的读数转换成相应的输出剂量:Dose(c Gy)=Average charge(c)×Pctp×chamber CF(c Gy/c)×Electronmeter CF。其中,Average charge(c)=Out put charge(nc)×10-9;chamber CF和Electronmeter CF分别是电离室和静电仪的校正系数。将实测的输出剂量与参考输出值进行比较,利用Radio=参考输出值/实际输出值计算出两者的比例,然后利用%different=100-Radio×100计算出输出剂量的偏移量。
(6)最后进行安全检查,保证可视指示灯、门联锁正常。
1.3 周检(表2)
1.3.1 测量设备
电离室、Tomo平板固体水、Tomophantom圆柱形水模体、距离尺、Tomo Electronmeter静电仪。
1.3.2 执行细节
(1)激光灯一致性检查,与日检一致。
(2)激光灯移动准确性检查。利用距离尺测量可移动激光灯与静态激光灯之间的距离,测量值与标准值进行比较,允许值为:X轴为(2.0±0.1)cm;Y轴为(8.0±0.1)cm;Z轴为(4.0±0.1)cm。
(3)静态激光灯与射束中心的一致性检查。进行图像扫描,选择合适的层面数(至少7层),保证横断面的静态激光灯在中间层面。利用静态激光灯摆好Tomophantom(须考虑治疗床的下沉),在距离模体中心5 mm深度处插入电离室,进行MVCT扫描。扫描完成后检查模体中心与电离室中心之间的距离(建模值为5 mm),然后用白纸检查两组静态激光灯的重合度。
(4)扫描剂量检测。由于病人在治疗前都需要进行一次MVCT扫描以减少摆位误差,因此扫描剂量每次要保证在4 c Gy以下,以保证病人的剂量吸收在合理的范围内(执行细节可参考步骤3)。这时要注意的是选择的层数不能太少,建议选择20层进行扫描。
(5)输出剂量与日检一致。
1.4 月检(表3)
注:ATP为验收测试结果;DTA为每个射野的1%。
1.4.1 测量设备
电离室、平板固体水、Tomophantom圆柱形水模体、Tomo Eletronmeter静电仪、距离尺、EDR2胶片(35 cm×43 cm)。
1.4.2 执行细节
(1)激光灯检查,MVCT扫描剂量检查及安全检查等与周检方法一致。
(2)输出剂量检查。月检时输出剂量至少采用两种电离室进行检测,以确保日检与周检时采用的电离室的准确性。
(3)验证虚拟等中心。将EDR2大胶片放置在5 cm的平板等效固体水上,确保胶片处于等中心高度,即SSD=85,这里要注意的是要使胶片的对角线与横断面的静态激光灯基本一致(图1)。在胶片上标记好激光灯位置和进床方向,再放上1 cm的建成固体水,自动进床扫描。分析胶片,检查结果是否满足≤1 mm(偏移),如满足则检测通过。
(4)静态模式下束流能量检测。利用平板等效固体水在机器的虚拟等中心处进行摆位。分别测出电离室位于1.5 cm、10.0 cm和20.0 cm深度处的输出剂量,计算出百分深度剂量(PDD)PDD10/PDD1.5、PDD20/PDD1.5和PDD20/PDD10的值并与金标准进行对比。
(5)Y方向离轴曲线测量。由于Jaw的到位精度相差1 mm都会导致螺旋断层放疗系统相当明显的剂量偏差。因此需要得到Jaw为1.0 cm、2.5 cm和5.0 cm的Y方向离轴曲线,与金标准的Profile进行比较,得到射野宽度的偏差值,以确保Jaw的到位精度。沿着Y方向将平板等效固体水在虚拟等中心处摆好,将采集到的Y方向离轴曲线与机器的金标准进行比较,得到射野宽度的偏差值。其中主要要保证两个参数符合标准:γ值在2%以内,半高宽在1%以内。
(6)机架与床的同步性检测。机架与床的同步性对治疗精度有着重要影响,必须保证机架与床运动有着较好的同步性。先沿着Y方向将平板等效固体水在虚拟等中心处摆好位置,然后将胶片摆好并标记好进床方向,并放上1 cm的建成固体水,出束照射。分析胶片上的3条窄带波峰之间的距离是否与机器周期一致且间距相等(图2)。
1.5 年检
在年检中,除了月检内容外,射野的横向、纵向截面剂量分布以及PDD曲线都需要测量并与相应的建模数据相比较。还要采集每个治疗射野的纵向截面剂量分布以及PDD曲线,但只需要检查5 cm的治疗射野的横向截面剂量分布。Y轴方向铅门以及MLC校准的测量结果需与制造商的允许值相一致。
2 结束语
Tomo Therapy是高精度高适形度影像调强放疗设备中的佼佼者,为了保证其治疗精确度与安全性,需要基于传统直线加速器和其自身的特性建立完善的质量控制体系。通过一年多的努力,本中心初步建立了Tomo Therapy质量控制体系与实施方法。随着放射治疗质控设备的快速发展,需要继续探索,更好地完善Tomo Therapy质量控制体系。
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螺旋断层放疗 篇4
脑转移瘤是颅内肿瘤常见的一种类型,25%~40%的颅外恶性肿瘤患者会在病程中出现脑转移,其多来源于肺癌、肾癌、消化道肿瘤和乳腺癌等,其中肺癌占64%[1]。随着医学诊疗水平的提高和影像技术的发展,脑转移瘤的诊断率呈增加趋势。目前,脑转移瘤的治疗以放射治疗为主,传统上全脑放疗(whole brain radiotherapy,WBRT)是脑转移瘤的标准治疗手段,有效率为60%~80%,中位生存期为4~6个月,1 a生存率为14%~20%[2]。WBRT局部病灶同步加量(simultaneous integrated boost,SIB)较WBRT能提高肿瘤的局部控制率、患者的中位生存期及生存质量[3]。本研究针对10例多发脑转移瘤病例,分别设计常规调强放疗(intensity-modulated radiation therapy,IMRT)计划及螺旋断层放疗(helical tomotherapy,HT)计划,方案为WBRT局部病灶同步加量,并进行剂量学分析。
1 材料和方法
1.1 临床资料
随机选择10例多发脑转移瘤患者,转移灶≥3个,最多7个。其中男性7例、女性3例,年龄最小21岁,最大83岁,中位年龄54.5岁;其中非小细胞肺癌8例、肾癌1例、乳腺癌1例。病灶呈散在性分布,主要位于大脑半球和小脑,卡氏评分(Karnofsky performance scale,KPS)>70,均未行开颅手术治疗。
1.2 体位固定及CT扫描
所有患者均取仰卧位,双臂置于身体两侧,头垫枕,用热塑头模固定,在Philips MX8000螺旋CT上扫描,范围为颅顶至颅底下3 cm,层间距3 mm,所得影像序列经勾勒靶区及正常组织后通过网络分别传输至Tomotherapy TPS及Varian Eclipse TPS。
1.3 治疗计划系统
Tomotherapy TPS和Varian Eclipse TPS计算方法均为卷积迭代算法,射线类型为标称6 MV X线。
1.4 放疗计划的设计
1.4.1 靶区定义和危及器官勾画
2组肿瘤靶区和危及器官定义完全一致,将全脑定义为临床靶区(clinical target volume,CTV),三维方向外放3~5 mm命名为计划靶区(planning target volume,PTV),颅内转移灶靶区命名为肿瘤靶区(gross tumor volume,GTV)。危及器官主要包括双侧晶体、眼球、视神经、脑干和脊髓等。
1.4.2 处方剂量及约束条件定义
2组均给予相同的处方剂量及分割方式,PTV为40 Gy/20 f、GTV为60 Gy/20 f,并要求100%处方剂量覆盖95%的靶体积。危及器官限定剂量要求为:双侧晶体<7 Gy,视神经、脑干<54 Gy,脊髓<40 Gy,眼球<45 Gy。
1.4.3 计划设计
螺旋断层放疗计划射野宽度为2.5 cm、调制因子为2.0~2.8、螺距为0.35,采用360°旋转照射方式。常规调强放疗计划根据转移灶的数量设计为5~9野定角照射,为更好地保护敏感器官,必要时采用非共面照射,多叶准直器(multi-leaf conllimator,MLC)设为Sliding Windows模式。
1.5 观察比较指标
(1)等剂量曲线分布和PTV中剂量体积(V55、V50、V45)。(2)靶区适形度指数(conformity number,CN):CN=TVRI/TV×TVRI/VRI;TV为靶体积;TVRI为参考等剂量线面所包绕的靶体积;VRI为参考等剂量线面所包绕的所有区域的体积;CN的取值为0~1,等于1时表示等剂量线面所包绕的区域与靶体积完全一致,等于0时表示等剂量线面所包绕的所有区域与靶区没有重叠,数值越接近1说明靶区适形度越好。(3)靶区均匀性指数(homogeneity index,HI):HI=D5/D95,D5为包绕5%计划靶区的最低剂量,D95为包绕95%计划靶区的最低剂量,数值越接近1说明靶区均匀性越好。(4)危及器官最大剂量、平均剂量;(5)机器出束量及治疗时间。
1.6 统计学分析
采用SPSS 17.0软件进行统计分析,2种不同的计划系统设计的治疗计划指标的统计学分析采用配对资料t检验,P<0.05定义为具有统计学显著性差异。
2 结果
2.1 等剂量曲线分布
由等剂量曲线分布图(如图1所示)可看出HT组剂量学分布优于IMRT组,HT组V50、V45体积低于常规IMRT组,HT组的剂量梯度明显较常规IM-RT组有优势,详见表1。
ml
2.2 适形度指数(CN)和均匀性指数(HI)
研究结果显示2组计划的PTV和GTV的CN基本相同,无统计学意义,HT组中PTV和GTV的HI明显优于IMRT组,详见表2。
2.3 危及器官剂量的比较
HT组的晶体、视神经以及脑干的最大剂量与平均剂量低于IMRT组;2组计划脊髓的最大剂量无明显差别,无统计学意义;但平均剂量HT组较IM-RT组下降。从表3中可以看出,HT组的多项数值显著低于IMRT组,表明前者更好地保护了多数危及器官。
Gy
2.4 机器出束量及治疗时间
IMRT组平均出束量为(1 845.3±404.0)MU,平均治疗时间为(386.2±67.4)s(包含射野间治疗参数的切换);HT组的平均出束量为(5 187.5±222.7)MU,平均治疗时间为(350.6±37.5)s。
3 讨论
HT是一种新兴的IMRT技术,它将6 MV的直线加速器安装在环形机架上,在加速器围绕治疗床360°螺旋断层方式照射靶区时,治疗床沿轴向同步前进穿过机架,使放疗过程更加连贯。HT每旋转一圈有51个射野角度,二元气动多叶光栅在机架旋转的同时快速运动,具有靶区适形度好、剂量均匀性好及陡峭的剂量梯度等特点[4]。相关研究结论显示,对于头颈部肿瘤治疗,HT系统提供了比静态IMRT系统更加优越的剂量分布,虽然它不具备非共面照射方式,但在头颈部肿瘤治疗中,HT系统和非共面IMRT相比也表现出了相同或者略好的保护正常组织的优势[5,6,7,8]。Han等[9]对颅内肿瘤进行了HT与静态IMRT计划剂量学比较,结果表明HT具有更好的剂量适形度、剂量梯度和剂量均匀性。Yartsev等[10]和Cozzi等[11]对多种放射外科作了比较,表明HT具有更好的靶区均匀性和适形度。Bauman等[12]和Kirova等[13]报道了HT在全脑放疗+脑转移灶同步加量可提高局控率,同时降低了不良反应,未增加中枢神经系统毒性。本研究针对10例多发脑转移瘤病例,采用全脑放射治疗+局部病灶同步加量方案,分别设计常规IMRT计划及HT计划。通过比对分析2组计划的剂量分布,发现HT组显著提高了PTV与GTV靶区的均匀性,但在CN上2组无显著差异,分析原因,考虑为在常规IMRT计划设计中使用了与转移灶GTV个数相适应且足够多的射野数量,使得靶区适形度达到了与HT相当的水平。HT组中剂量体积V50、V45低于常规IMRT组,显示出HT组的剂量梯度明显较常规IMRT组有优势。同时,HT组降低了晶体、脑干等危及器官的最大剂量和平均剂量,在临床上可能为降低患者并发症的发生带来收益。
对于常规IMRT系统,治疗时间主要受制于射野及子野的数量、MU跳数、剂量率及多叶光栅叶片运动速度等参数,对于HT系统,治疗时间主要受制于射野宽度和调制因子等因素,使用较小的射野宽度和螺距比,可以提供更高的射野调制自由度,产生更好的剂量分布,降低危及器官的照射剂量,但这样做的代价是增加了治疗时间[14]。因此,治疗计划制订者之间由于受不同能力、习惯和经验的影响,可能会出现较大的差异。本研究中,10例脑转移瘤HT计划的单次治疗平均出束时间约为6 min,同Sliding Windows模式下的常规IMRT治疗时间(包含射野间参数切换)持平。由于HT具有较高的剂量率(最大剂量点约9 Gy/min),并且在整个治疗过程中出束无中断,因此出束量较常规IMRT显著提升,无疑增大了机器的损耗。
综上所述,对于多发脑转移瘤患者,HT相对于常规IMRT在剂量学分布上存在着较大的优势,在获得更为理想的靶区剂量同时更好地保护了正常组织,降低了危及器官的不良反应,是一种较为理想的治疗方式。
摘要：目的:比较多发脑转移瘤在常规调强放疗(intensity-modulated radiation therapy,IMRT)和螺旋断层放疗(helical tomotherapy,HT)2种不同治疗系统中的剂量学差异。方法:选择10例多发脑转移瘤(转移灶≥3个,最多7个)病例,分别制订IMRT及HT计划,处方剂量定义为全脑(PTV)40 Gy/20 f,局部转移灶(GTV)同步加量至60 Gy/20 f。通过对靶区的适形度指数(conformity number,CN)、均匀性指数(homogeneity index,HI)以及危及器官的最大剂量、平均剂量等指标比较2组治疗计划。结果:IMRT组对比HT组,PTVHI:(1.30±0.09)vs.(1.23±0.05)(t=4.27,P=0.00)、GTVHI:(1.06±0.01)vs.(1.05±0.01)(t=2.80,P=0.02),HT组靶区剂量均匀性优于IMRT组;左晶体最大剂量:(7.45±0.65)Gy vs.(6.08±1.05)Gy(t=4.42,P=0.00);右晶体最大剂量:(6.98±0.64)Gy vs.(5.80±0.88)Gy(t=7.12,P=0.00);脑干最大剂量:(50.74±4.52)Gy vs.(48.46±4.44)Gy(t=6.76,P=0.00),均有统计学差异,显示HT组对危及器官的保护具有显著优势。结论:对于多发脑转移瘤,相对于常规IMRT,HT可以使靶区获得更好的剂量分布,同时显著降低正常组织的受照剂量,改善了剂量学分布。计划中通过使用同步加量技术可以缩短多发脑转移瘤患者的整体疗程。
螺旋断层放疗 篇5
目前脑转移患者的治疗方式主要是手术、全脑放射治疗、立体定向外科 (stereotactic radiosurgery, SRS) 或者立体定向放射治疗 (stereotactic radiation therapy, SRT) , 临床中全脑放射治疗后给予残存肿瘤SRS或者SRT以期提高患者的生存期[1,2]。传统的二维全脑放疗受限于放疗技术和方法, 均未能有效地将剂量集中到靶区内, 病灶的靶区剂量难以提高。国外对于脑部三维放疗研究表明, 局部加量放疗相比于单纯全脑放疗, 能够得到更好的局部控制率[3]。螺旋断层放疗系统 (HT) 将一台6 MV能量的小型直线加速器安装在机架上, 病人平卧于治疗床上匀速向机架方向前进, 机架以恒定速度围绕病人旋转, 射线束沿360o从51个投射角度 (间隔大约7o) 进行剂量输出。每一射线束都经其独特的64片二元气动多叶准直器进行深强度的调节, 由此达到理想的靶区剂量分布和均匀度, 正常组织也能最大限度的得到保护, HT可以一次计划完成给予不同靶区不同的处方剂量, 实现不同靶区不同剂量的治疗模式[4,5]。
HT用逆向调强计划方式实现临床目标, 它将处方剂量建模为数学目标函数, 通过改变每个子野权重 (sinogram) 的优化算法寻找目标函数的最优值。HT的优化进程分两部分:第一部分是根据靶区的位置和长度设置铅门宽度和螺距, 计算所有的子野;第二部分是优化每个子野的权重, 得到所需的剂量分布。铅门宽度和螺距决定了子野。其中一个参数的改变将会导致所有的子野重新计算。子野计算 (Batch Beamlets) 是HT计划设计中时间最长的过程, 所以仔细合理的选择这个两个参数将节省计划进程的时间[6]。该研究拟通过设定不同的铅门宽度和螺距组合, 在满足靶区处方剂量和正常组织限制要求的前提下, 有效的缩短治疗时间, 为临床制定肺癌脑转移的HT计划提供参考。
1 材料与方法
1.1 患者资料
选择自2011年10月~2012年12月在HT治疗机治疗的7例肺癌脑转移患者, 其中男性5例, 女性2例, 年龄范围 (49~69) 岁, 中位年龄50岁。
1.2 定位方法
患者仰卧位, 双手置于身体两侧, 采用头颈肩热塑成型面网进行固定, 使用西门子16排75 cm孔径螺旋CT扫描, 扫描层厚4 mm, 层间距4 mm, 扫描范围自头顶至下颌下缘。扫描完成后通过网络传输至Focal医生工作站进行靶区和周围危及器官的勾画。
1.3 靶区和危及器官定义
在Focal医生工作站进行靶区勾画, 如果患者有PET/CT或者MR图像, 将其与定位CT图像融合, 作为勾画靶区的参考。GTV定义为脑转移病灶, 如果靶区内有多个病灶, 可将其全部命名为GTV;CTV定义为全脑组织。危及器官主要评估脑干、晶体、眼球和视神经组织。
1.4 靶区剂量和危及器官限值
统一给予GTV和CTV处方剂量分别为50 Gy和30 Gy, 要求处方剂量至少覆盖95%的靶区体积;危及器官最大剂量要求:脑干<54 Gy, 晶体<5 Gy, 眼球<35 Gy, 视神经<45 Gy。
1.5 计划设计
将勾画好的CT定位图像和结构传至HT计划系统 (Version4.0.4.17) , 每例患者均按照3个铅门宽度 (1 cm, 2.5 cm和5 cm) 和3个螺距 (0.15, 0.30和0.45) 的组合设计治疗计划, 每例患者产生9个治疗计划, 所有治疗计划的计算网格设置为精细 (0.176 cm×0.176 cm) , 调制因子为2.5, 给予相同的处方剂量、优先级、权重和约束因子进行迭代优化, 迭代次数为200次。
1.6 剂量学评估
通过剂量体积直方图 (dose volume histograms, DVH) 评估靶区和危及器官的剂量学参数。靶区的评估参数为:靶区 (GTV、CTV) 的最大剂量Dmax、平均剂量Dmean、最小剂量Dmin以及GTV的均匀度和剂量分布的适形度。均匀度由均匀性指数 (HI) 表示, HI的计算公式为[7,8]:HI=D5/D95, 其中D5为5%的GTV接受的最低剂量, D95为95%的GTV接受的处方剂量;适形度由适形度指数 (CI) 表示, CI计算公式[8,9]:其中, Vt, ref为参考等剂量线面所包绕的靶区体积, Vt为靶区体积, Vref为参考等剂量线面包绕的所有区域的体积。CI的范围介于0和1之间, 值越大, 表示适形度越好;危及器官的评估参数按照计划设计时的最大限值对其最大值进行比较分析。
1.7 统计学方法
用Graphpad Prism 5软件行Kruskal-Wallis H检验方法, 对所有数据进行单因素方差分析, P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 三种不同铅门宽度和螺距组合的放疗计划横断面剂量分布图 (图1)
注:从左到右依次为1 cm/0.45、2.5 cm/0.30和5 cm/0.15 (铅门宽度/螺距) 组合的横断面剂量分布图 (红色线为GTV, 绿色线为CTV;黑色区域为50 Gy范围)
注:FW为铅门宽度、Pitch为螺距、Max为最大剂量、Mean为平均剂量、Min为最小剂量
注:FW为铅门宽度、Pitch为螺距、brainstem为脑干、l_lens为左侧晶体、r_lens为右侧晶体、l_eye为左侧眼球、r_eye为右侧眼球、l_optic nerve为左侧视神经、r_optic nerve为右侧视神经 (以上数值均为最大剂量)
2.2 靶区剂量学参数统计分析结果 (表1)
通过Kruskal-Wallis H检验方法对靶区剂量学参数进行单因素方差分析, 结果显示GTV的最大剂量、最小剂量差异没有统计学意义 (P=0.2207, P=0.8913) , 平均剂量差异有统计学意义 (P=0.002 1) ;CTV的最大剂量、平均剂量和最小剂量差异均没有统计学意义 (P=0.234 1, P=0.651 3, P=0.585 9) 。
2.3 危及器官剂量学参数统计分析结果 (表2)
脑干和右侧晶体的最大剂量差异没有统计学意义 (P=0.876 8, P=0.344 0) , 左侧晶体、左侧视神经、右侧视神经、左侧眼球和右侧眼球的最大剂量差异均有统计学意义 (P=0.005 1, P=0.001 0, P=0.008 4, P=0.046 6, P=0.013 2) 。通过眼球和视神经组织的最大剂量可以看出更小的铅门宽度和螺距组合能够使得正常组织得到更好的保护, 这与国外学者Monica Moldovan等[5]报道的采用更小的铅门宽度和螺距组合能够获得更好的靶区适形度和危及器官组织保护的结论是一致的;但是晶体组织在相同铅门宽度的条件下, 更小的螺距0.15相比0.30和0.45的组合反而增加了其最大剂量, 这一点在计划设计时应引起剂量师和医师们的注意。
2.4 CI指数分析 (图2)
所有患者GTV的均匀性 (HI) 差异没有统计学意义, 1 cm铅门宽度的HI范围为1.01~1.04, 2.5 cm铅门宽度的HI范围为1.02~1.05, 5 cm铅门宽度的HI范围为1.02~1.04。GTV的适形度 (CI) 差异有统计学意义 (P=0.012 8) , 1cm铅门宽度的CI范围为0.73~0.96, 2.5 cm铅门宽度的CI范围为0.71~0.96, 5 cm铅门宽度的CI范围为0.56~0.85, 详细GTV的CI指数平均值差异见图2。该研究螺距对于GTV的HI和CI影响均较小, 采用Kruskal-Wallis H检验方法证明差异并没有统计学意义。
2.5 治疗时间对比 (图3)
7例患者采用1 cm、2.5 cm和5 cm的铅门宽度设计的计划平均治疗时间分别为19.87±1.39 min、8.10±0.57 min和4.45±0.39 min;同一铅门宽度不同螺距的单次治疗时间差异均在1 min以内, 采用Kruskal-Wallis H检验方法证明差异也并没有统计学意义。图3直观的说明了该研究中7例患者不同铅门宽度和螺距组合的治疗计划的单次平均治疗时间, 从图中可以看出, 治疗时间近似与铅门宽度成反比, 与螺距并没有太大影响关系。
3 讨论
铅门的大小决定了扇形束的宽度, 照射野的宽度越大, 治疗实施的效率就越高。1 cm的铅门宽度多用于小靶区如SRS治疗;2.5 cm的铅门宽度是临床较为常用的射野宽度, 因为它在满足靶区较好适形度的同时, 也不至于使治疗时间过多的延长, 可以说对于较复杂的一些病例, 2.5 cm的铅门宽度是一种比较优化的选择结果;5 cm的铅门宽度能够大幅度的降低治疗时间, 但是折中的是Y轴方向的适形度, 如果是在内外方向上变化很小的靶区, 5 cm的铅门宽度仍能产生较好的剂量分布。在该研究中, 脑转移病灶的形状相对比较规则, 1 cm和2.5 cm的铅门宽度的GTV适形度虽然优于5 cm的铅门宽度, 但是5 cm的铅门宽度的GTV的适形度也在临床可接受范围以内。
国外学者Gutierrez等[10]在对海马组织避让同步对脑转移病灶推量的全脑放疗计划研究中得出结论, 1 cm的铅门宽度和2.5 cm的铅门宽度相比, 前者能产生更卓越的治疗计划, 获得更好的剂量分布, 但却是以牺牲治疗时间为代价获取的。Woch等[11]通过增加螺距和降低调制能力来加速螺旋断层放疗的输出能力发现, 增大螺距能够显著减少治疗输出时间。然而在该研究中, 螺距对于治疗时间的影响差异均在1 min以内, 最大的时间差值为一例患者采用铅门宽度为1 cm时, 螺距由0.15增加到0.30, 治疗时间由21.78 min降低到20.98 min, 但是螺距的变化对于铅门宽度为1 cm、2.5 cm和5 cm的治疗时间差异仍然没有统计学意义 (P=0.947 7, P=0.888 7, P=0.836 5) , 这一结论与国外学者Monica Moldovan等[5]通过螺距和铅门宽度的组合来降低头颈部肿瘤患者螺旋断层放疗的输出时间的研究所得出的结论是一致的。
在实际应用中, 1 cm铅门宽度设计出的计划由于治疗时间的限制往往很难被临床接受。该研究中, 2.5 cm铅门宽度计划从适形度和危及器官保护方面要优于5 cm铅门宽度, 但是在治疗时间上, 需要额外多出约45%的治疗时间, 增加的治疗时间会无意的增加患者在治疗中的体位移动概率, 所以无论是从治疗效率还是从机器损耗方面考虑, 2.5 cm铅门宽度对于肺癌脑转移计划设计时未必是最优的选择。5 cm铅门宽度虽然损失了一部分靶区的适形度, 但是靶区和危及器官的保护要求仍在合理范围之内, 并且能提高治疗效率从而减少患者治疗中体位变化的概率、减少机器出束时间。
该研究所有计划均用同一调制因子 (2.5) , 虽然能够有效的避免由于调制因子不同而对靶区和危及器官剂量学参数以及治疗时间所造成的差异, 但是同一计划不同调制因子对于靶区和危及器官剂量学参数以及治疗时间的所造成的影响在该研究中并没有进行考虑。在以后的工作中, 如何将铅门宽度、螺距和调制因子合理组合从而提高计划设计水平仍需进一步探讨。
综合考虑, 5 cm铅门宽度仍是肺癌脑转移患者计划设计的合理选择, 但其是否能够提高肺癌脑转移患者的生存期疗效仍需进一步临床观察。
摘要：对7例肺癌脑转移患者按照铅门宽度 (1 cm, 2.5 cm和5 cm) 和螺距 (0.15, 0.30和0.45) 的组合设计螺旋断层放疗计划, 对其靶区、正常组织和治疗时间差异分析比较。所有计划均给予全脑CTV 30 Gy, 转移灶GTV 50 Gy, 计划分次为10次。结果证明靶区仅GTV的平均剂量和适形度 (CI) 差异有统计学意义 (P=0.0021, P=0.0128) , 危及器官均在正常剂量限制范围以内, 治疗时间与铅门宽度近似成反比例, 螺距对其影响较小。研究表明5 cm的铅门宽度能够有效缩短治疗时间、提高治疗效率。
关键词：螺旋断层放疗,铅门宽度,螺距,肺癌脑转移
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螺旋断层放射治疗 篇6
(Tomotherapy) 是一种使用兆伏级CT (Megavoltage Computed Tomography, MVCT) 图像实时引导的调强放疗 (Intensity-Modulated Radiation Therapy, IMRT) [1], 是本世纪放疗领域的里程碑。6MV的直线加速器安装在特制的CT滑环机架上360°旋转, 通过MVCT实时获得靶区的三维图像, 追踪靶区的位置, 执行治疗计划, 以精确的靶区定位和准确的照射剂量治疗肿瘤。
1 精确放疗的发展
常规放疗的缺点在于不能将照射剂量都集中到靶区, 靶区定位精度较差, 而三维适形放疗 (Three-Dimensional Conformal Radiation Therapy , 3D-CRT) 和IMRT克服了以上缺点。3D-CRT是在每个照射方向上的照射野形状与靶区的形状一致;IMRT是在3D-CRT的前提下利用逆向计划系统, 根据需要调节靶区内不同区域的照射剂量, 使其在形状和剂量分布上双重适形。IMRT与3D-CRT相比能更好地把剂量集中到不规则的肿瘤靶区, 更好地保护重要的临近正常组织和器官[2,3]。图像引导放疗 (Image Guided Radiation Therapy, IGRT) 是在分次治疗摆位时或治疗中采集图像, 利用这些图像引导治疗以确保摆位或治疗精确。螺旋断层放射治疗机的设计目的是实行图像引导的IMRT [4], 治疗开始前进行MVCT成像扫描, 重建靶区的三维影像, 与计划CT的影像进行比较, 从三维方向上修正摆位误差, 实现图像引导下的IMRT治疗[5]。
2 螺旋断层放射治疗机的结构特点
螺旋断层放射治疗治疗机6MV的直线加速器安装在孔径为85cm的CT滑环机架上, 治疗时机头发出的扇形束随机架旋转对人体360°旋转照射, 单次照射多达2万个子野数目使靶区的均匀性和适形度更高。治疗时治疗床缓慢跟进, 通过治疗床的连续移动能够实施全身调强治疗, 长度可达160cm。治疗时无需考虑患者和机头碰撞的危险, 也无需考虑楔形板角度、档铅、机架角度、准直器角度、床角度、MLC和托架、电子线、电子线限光筒等常规加速器需要考虑的计划因素。
治疗时加速器产生的X射线首先经窄条形的初级准直器形成窄扇形束, 在等中心处的射野大约为40cm× (1cm、2.5cm、5cm) 。一组64片二进制多叶准直器安装在初级准直器的下方, 可以实现非等中心照射技术, 每个叶片高10cm, 在等中心的投影宽度为0.625cm。准直器的叶片只有“开”和“闭”两种位置状态, 当叶片处于“闭合”状态, 该单元不允许射线穿过, 叶片处于“开放”状态时, 该照射野单元允许射线穿过。气动马达驱动叶片进出扇形束, 叶片一次开闭的时间约为20ms, 叶片开、闭时间很短不会因为叶片运动而产生散射, 超快速二元多叶光栅调制射线强度, 使治疗时能够同时照射多个靶区。叶片漏射率非常低, 叶片间漏射率低于0.5%, 叶片中漏射率低于0.3%[6], 散射少和漏射率低能够更好的保护正常组织。
螺旋断层放射治疗机进行MVCT成像时扇形束为3.5MV, 单次扫描的总剂量为0.5～3cGy, 患者做IGRT时照射剂量更低, 图像不受金属伪影的影响。在治疗前和治疗中获得的MVCT图像与计划CT图像比较, 校正患者的摆位误差并可以检测放疗过程中由于肿瘤、危险器官或体重减轻引起的解剖位置和结构的变化。根据MVCT还可以精确计算和记录每天的照射剂量分布, 这种重建的剂量分布代表了实际接受的剂量, 与计划CT显示的剂量分布对比可提供剂量验证[7,8]。Langen等[9]研究了MVCT在剂量重建中的应用, 结果显示: 根据螺旋断层放疗机的MVCT图像计算出的实际剂量分布, 其精度与根据普通KVCT所做治疗计划的剂量精度相当。兆伏级锥形束CT (MV-CBCT) 同样是利用加速器发出的MV级射线束获得治疗体位下患者的三维图像。Gayou等[10]对MV-CBCT图像进行了研究, 结果显示: 2～3cGy能够显示出骨结构而进行位置验证, 8～12cGy才能显示软组织结构进行剂量重建。另外MV-CBCT的影像视野通常只有27cm左右, 剂量重建只能应用于头颈部, 其它KV-CBCT的图像由于散射太大、变数太多等多种原因, CT值不准, 基本不能用于剂量重建计算和验证[11]。
3 螺旋断层放疗临床应用
螺旋断层放射治疗机的临床应用非常广泛, 既可以用无创、无框架的立体定向方式精确治疗颅内外的小肿瘤病灶, 也能做到对40cm直径的横断面和160cm长的全身范围进行图像引导下的调强治疗, 其适应证几乎覆盖所有适合放射治疗的病例, 如脑部多发转移瘤的同时治疗、解剖结构复杂的头颈部肿瘤、毗邻重要器官的胸腹部肿瘤、盆腔部位肿瘤行和全中枢神经系统照射以及全身多部位肿瘤同时放疗[12,13] 。
Sheng等[14]研究了10例口咽部肿瘤, 总剂量50Gy, 分次剂量2Gy, 分别用螺旋断层放疗机和常规IMRT治疗机做治疗计划, 比较靶区剂量的适形度和正常组织的保护。结果显示: 螺旋断层放射治疗机治疗舌根肿瘤与常规加速器相比危及器官剂量降低17.4%;螺旋断层放射治疗机治疗腮腺肿瘤与常规加速器相比危及器官剂量降低27.14%;腮腺正常组织并发症发生概率降低80%。螺旋断层放疗机的治疗计划的靶区剂量分布优于常规IMRT治疗机的治疗计划[15]。 Hui 等[16]用仿真膜体研究图像引导的螺旋断层放射进行全中枢照射。结果显示敏感器官的照射剂量下降到靶区剂量的35%～70%, 并可根据MVCT影像调整治疗床的位置用以校正每天的摆位误差。Mahan 等[17]研究了8名恶性肿瘤脊柱转移放疗后复发的患者, 用螺旋断层放进行第二次脊柱转移灶放疗。研究中先用圆柱体膜测试剂量梯度和脊髓最大剂量, 评估后发现采用图像引导的螺旋断层放疗无需使用特殊的立体定向头架就可以把剂量梯度控制在每毫米递减10%, 位置精度控制在1.2mm以内。Bauman 等[18]采用螺旋断层放疗小儿扩散性室管膜瘤, 结果显示螺旋断层放疗在全脊髓照射时: 患者可以仰卧位接受治疗, 消除了接野造成的冷点和热点, 剂量分布均匀性非常好。
Kron等[19]公布了螺旋断层放疗Ⅲ期不适合手术的非小细胞肺癌的结果, 15例患者接受了研究。淋巴引流区的处方剂量为46Gy, 原发灶处方剂量为60Gy, 与普通IMRT计划相比螺旋断层放疗计划的剂量分布适形度和剂量均匀性都好, 而且能更好的保护正常肺组织。Ramsey等[20]研究了7例肺肿瘤螺旋断层自适应放疗, 结果显示: MVCT扫描可以测量肿瘤的消退, 整个治疗过程中GTV缩小60%～80%, 在每天做影像引导的基础上进一步采用自适应放疗技术即每周更改治疗计划, 正常肺组织接受20Gy剂量平均减少了21%。在肺部肿瘤的放疗中同时采用治疗前图像引导和自适应放疗计划, 有可能使肺毒性降到最低, 同时提高了肿瘤照射剂量。
Aoyama等[21]研究了前列腺癌患者同时用6MV和20MV能量的常规直线加速器设计3D-CRT计划和IMRT计划与螺旋断层放疗计划比较。研究发现常规加速器的3D-CRT计划和IMRT计划的正常组织照射剂量差别很小, 螺旋断层放射治疗计划对直肠壁与精囊的保护要比传统加速器的调强计划和适形计划更有优势, 而正常组织的总照射剂量要比6MV的适形计划要少。Madsen等[22]总结了40例前列腺癌螺旋断层放疗效果及急、慢性毒副反应, 随访期为21～60个月, 结果显示: 1～2级胃肠道和泌尿系统急性毒副反应分别为48.5%和39%, 1例3级胃肠道毒副反应;1～2级胃肠道和泌尿系统慢性毒副反应分别为45%和37%, 没有3级以上的毒副反应。作者认为, 在前列腺癌的螺旋断层放疗中, 急、慢性毒副反应较轻微, 可提高肿瘤照射剂量。 360°旋转照射的照射方式, 并没有增加正常组织的受照射剂量。Kupelian等[23] 研究了10例前腺癌螺旋断层自适应放疗, 总照射剂量78Gy, 分次剂量2Gy, 每日治疗前用MVCT对病灶进行扫描, 获取MVCT图像并进行剂量重建, 分析每次病灶D95的照射剂量及直肠和膀胱接受2Gy照射的体积。结果显示: 病灶D95的照射剂量的变化范围为1.79～2.20Gy, 直肠接受2Gy照射的体积范围为0.1～67.3cm3, 膀胱接受2Gy照射的体积变化范围为0.3～36.8cm3。由于直肠和膀胱位置及体积的变化, 可导致靶区及直肠和膀胱所受的剂量变化较大, 螺旋断层放疗可以在每日治疗前获得靶区的MVCT图像, 进行剂量重建, 进行自适应放疗。
总之, 断层放疗是一个不同于现有任何一种放疗技术, 它不但突破了传统放疗的诸多局限, 将图像引导的调强放疗技术推到了一个前所未有的境界, 而且实现了图像引导下的自适应放疗, 它的使用标志着真正精确放疗的开始。