国内专家论坛

    影像指导五维适形放疗

    山东省肿瘤医院放疗科 于金明 岳金波

    放射治疗是影像指导过程, 影像手段涉及到放

    疗过程中的每一关键环节, 从肿瘤分期、 定位、 治疗

    计划设计、 照射到随访。放射治疗每一次革新都离

    不开影像的发展。随着 CT 三维影像的出现, 放疗

    进入 了 三 维 适 形 放 疗 ( 3-dimentional conformal

    radiotherapy, 3DCRT) 时代。而近几年, 靶区解剖在

    线影像如 KV 锥形 CT 的出现,功能影像如正电子发

    射断层显像( positron emission tomography, PET)、 单

    光子发射断层显像( single photon emission computed

    tomography, SPECT) 的发展, 放射治疗已从 3DCRT

    进入包含时间因素、 生物学信息五维个体化、 适应性

    精确放疗时代。笔者综合解剖和功能影像指导精确

    放疗研究热点以及我院的相关研究作一综述。

    3DCRT 靶区不确定因素

    3DCRT 是使剂量分布在三维方向上,与靶区的

    形状一致, 最大程度上杀灭肿瘤细胞的同时,尽量保

    护周 围 正 常 组 织 和 器 官, 应 用 适 形 调 强 放 疗

    ( intensity modulated radiotherapy, IMRT) 技术, 可以

    获得高度物理适形的剂量分布和陡峭的剂量梯度,这需要精确靶区定位、 精确靶区计划设计、 精确靶区

    照射, 而 3DCRT放疗靶区存在着靶区内生物活性的

    不匀质性、 靶区运动、 摆位误差等不确定因素。按照

    国际辐射单位和测量委员会( ICRU) 62 号报告1

    ,放

    疗靶 区 包 括: 大 体 肿 瘤 区 ( gross target volume,GTV) , 其通常由解剖影像如 CT、 MRI 确定, 然而

    GTV 内存在不同生物学活性的亚区域、 乏氧区域,无法通过解剖影像判断。临床靶区( clinical target

    volume, CTV) 的确定往往通过群体患者肿瘤解剖影

    像如 CT、 MRI 等与手术或尸检病理切片下最大浸润

    范围对比确定, 无法通过解剖影像直接设定,缺乏个

    体化。内靶区( internal target volume, ITV) 是补偿

    器官/靶区运动,包括放疗分次间运动和放疗分次内

    运动; 放疗分次间运动包括每日器官/靶区充盈, 例

    如直肠或膀胱, 体重丢失或增加,放疗剂量诱导的器

    官/靶区运动, 如肿瘤生长或缩小, 肺膨胀不全后的

    再膨胀, 放疗剂量引起的器官充盈以及因患者意识

    状态和配合程度引起器官/靶区形状和位置变化。

    放疗分次内运动, 包括呼吸、 蠕动、 心脏搏动而导致

    的运动, 对于肺肿瘤, 尤其临近横隔, 肿瘤在头尾方

    向上运动可达 2 ～3 cm2。计划靶区( planning target

    volume, PTV) 则考虑摆位误差, 包括系统和随机误

    差。另外危及器官计划靶区( planning risk organ

    volume, PRV) 也存在考虑靶区运动和摆位误差的

    安全外放。目前 ITV、 PTV、 PRV 主要建立在群体患

    者靶区平均运动和靶区生长位置的基础上, 缺乏个

    体化, 而且 3DCRT 建立在单次 CT 定位基础上,CTV、 ITV、 PTV 的安全外放将可能持续至放疗结束,忽略其能随时间而改变。

    器官/靶区运动和摆位误差等不确定因素影响

    了 3DCRT给予:

    ( 1 )潜在的降低了靶区给定剂量和治疗增益。

    Ghilezan 等3

    给予 22 例前列腺癌患者放疗过程中平

    均 17 次 CT 扫描和每次放疗射野成像。应用等效

    均匀剂量参数与传统计划( 建立在单次 CT 影像的

    3DCRT计划, 常规分割, PTV 为 GTV 外方 1 cm) 对

    比靶区剂量体积关系, 研究表明, 9%患者( 2 /22) 出

    现严重的靶区低剂量, 25%患者出现中等低剂量,因

    此对于前列腺癌常规 IMRT 计划中 PTV 应用 1 cm

    统一外放或更小外放提出质疑。

    ( 2 )导致剂量 - 体积效应的不确定性。建立在

    单次 CT影像的 3DCRT 放疗计划存在很大弊端, 其

    假设给予单次 CT 影像上的靶区/器官在整个放疗

    5 1 1 英国医学杂志中文版 2006 年 9 月增刊国内专家论坛

    过程中接受处方剂量, 然而 3DCRT 定位时的 CT图

    像只代表器官/靶区某一时刻的位置,有一定的偏见

    性, 尤其当定位时靶区处于异常形态或结构。

    ( 3 ) PTV 外放增大。为弥补器官运动、 摆位误

    差而增大 CTV 到 PTV 外放,导致正常组织不必要照

    射。

    影 像 指 导 放 疗 ( image guide radiotherapy,IGRT) 的发展为克服 3DCRT 过程中上述靶区不确

    定因素提供了契机, 其时间和生物学因素的引进,减

    少了器官运动和摆位误差, 避免了标准式外放。考

    虑了靶区生物不匀质性, 实现了放疗靶区个体化、 适

    应性放疗。其包含解剖影像指导的四维适形放疗、功能影像指导五维生物适形调强放疗。

    解 剖 影像 指导 的四 维适 形 放疗 ( 4-

    dimentional conformal radiotherapy, 4DCRT)

    是在 3DCRT基础上加入了时间因素,充分考虑

    了器官/靶区在放疗过程中的运动和放疗分次间的

    摆位误差, 在患者治疗前、 治疗中利用各种先进的影

    像设备对肿瘤和危及器官进行实时的监控, 并能根

    据器官/靶区位置和形状变化调整治疗条件使照射

    野紧紧 “追随” 靶区, 以使肿瘤完全在治疗计划系统

    所设计的剂量范围内, 实现肿瘤的真正意义上的精

    确放射治疗。

    IGRT设备:

    目前临床应用的 IGRT 设备主要包括电子射野

    影像系统( Electronic Portal Imaging Devices, EPID) 、KV X 线摄片和透视、 MV 断层 CT、 放疗室内 CT、 KV

    或 MV 锥形 CT( cone beam CT, CBCT) 、 机架上的

    KV-KV 系统或 KV-MV 系统等, 研究热点集中在

    CBCT、 机架上的 KV-KV 系统或 KV-MV 系统, 这些

    系统能联合 X 线透视监测和靶区三维成像, 提供了

    放疗时实时射线监测和软组织靶区影像, 使放疗靶

    区的确定建立在体内靶区的基础上, 而不是建立在

    体表标记或印记上, 对放疗过程的在线或离线校正

    中起着重要作用。

    IGRT过程

    解剖影像引导的 4DCRT 涉及放射治疗过程中

    的所有步骤, 包括患者 4D 图像获取、 治疗计划设

    计、 摆位验证和校正、 计划给予等各方面。其目的是

    减少了靶区不确定因素, 将放疗过程中器官/靶区随

    时间而运动的全部信息整合到放疗计划中, 提高放

    疗过程的精确性。

    4D 图像获取与4DCRT计划设计:

    传统 CT定位采用单次 CT 扫描, 随机获得 “瞬

    间” 靶区和正常组织器官位置, 建立在此静态模型

    基础上进行剂量计算, 往往并非代表实际的受照剂

    量; 另外计划 CT 图像会因为呼吸运动而失真, 而导

    致靶区和危及器官形状、 位置、 容积信息不正确 ......