影像引导的放射治疗(IGRT)

1、 管迅行 影像引导的放射治疗 IGRT 是一种四维的放射治疗技术 它在三维放疗技术的基础上加入了时序的概念 IGRT充分考虑了解剖组织在治疗过程中的运动和分次治疗间的位移误差 如呼吸运动 小肠蠕动 膀胱充盈 胸腹水 日常摆位误差 肿瘤增大 缩小等引起放疗剂量分布的变化和对治疗计划的影响等 IGRT可从定位 计划到治疗实施和验证等方面创造各种解决方案 患者进行治疗前 治疗中利用各种先进的影像设备对肿瘤及正常器官进行实时的监控 并能根据器官位置的变化调整治疗条件使照射野紧紧 追随 靶区 使之能做到真正意义上的精确治疗 目前临床应用的主要几种IGRT技术 包括使用B超采集与靶区定位系统 治疗室CT 加速器CT 容积CT和CT加速器 断层治疗 计划 利用在每次治疗时的验证CT图像对治疗计划的剂量分布进行重新计算和评估 并实时修正治疗 还有利用在加速器上匹配的X线成像系统 电子射野影像系统 EPID 等设备在每次治疗时进行位置和剂量强度验证等 实时CT验证和计算实际剂量是未来几年的发展方向 下面介绍几种IGRT设备 赛博刀 Cyberknife 赛博刀是一种影像引导的立体定向治疗机 将6MeV直

2、线加速器置于一6自由度的大型机器人手臂上 以图像导引系统取代刚性的立体定向用的框架 加速器的等中心可以随靶区的变化而同步变化 核心技术是机器人和图像导引系统 优点目前唯一能够提供非等中心治疗计划的立体定向外科系统 1 具有逆向计划功能 2 不用头盔和框架 3 可单次 singlefraction 分次 multifractions 治疗 4 图象实时验证和高精度跟随系统 5 雕刻式精确靶区 6 一次可同时治疗多个位置的肿瘤 7 有治疗全身肿瘤的可能性 8 是目前世界上唯一能在实际治疗时对病人的移动作出精确调整的放射治疗手术系统 缺点1 价格比较昂贵 维护和维修条件要求很高 2 验证系统为X线 属二维 精度 3 定位参照物为身体骨骼结构 躯干肿瘤治疗受限 1 每次治疗时间长 机器利用率低 2 机器人承荷能力有限 只能提供6MV光子 3 系统多用于颅内 头颈部和脊椎治疗 92 4 多用于治疗小肿瘤 治疗大肿瘤费时费力 可能力不从心 易复发 赛博刀治疗中 最新发展最新改型的Cyberknife立体定向放射治疗 手术 系统带有一种特有的基准追踪装置 该装置经皮埋在需治疗的目标附近外围 通过六个

3、数据追踪 用作肿瘤定位的参考点 放射治疗时 图像导引系统跟随该基准装置的位置 肿瘤的位置就被传送到机器人臂 由此配合患者位置的变化对加速器重新定位 应用情况该产品在发达国家有较好的应用前景 美国乔治敦大学医院 花费290万美元 和旧金山医学中心已安装了这套新系统 该产品在日本也比较受欢迎 已有四台在使用 10个医院在安装设备 还陆续有一些医院在订购新设备 日本的一家医院已使用13个月 治疗患者270余人 他们比较感兴趣的是无创伤治疗 断层治疗机 TomotherapyHI ART TomotherapyHI ART由美国威斯康星大学医学物理系的研究小组经过十多年的研究完成 外表与CT扫描机相似 在其环形机架内原先装X线球管的地方安装了6MV直线加速器 将加速管的能量降低到3MV进行断层扇形束扫描成象 据此修正摆位及计划 治疗时患者躺在治疗床上 治疗床连续移动的同时环形机架旋转 直线加速器发射出扇形光子束 射束成螺旋状围绕患者 可以治疗大体积肿瘤以及同时治疗多个部位 其照射野最大可达160cm 40cm 主要组成环状机架上原先装X线球管的地方安装了6MV直线加速器 MLC实现扇形束调强治

4、疗 MV级电子射野影像设备 EPID 做剂量验证和位置验证 激光定位系统 有独特的验证 登记计算机断层 VRCT 优点1 精确规划 配有治疗计划优化器 比传统治疗计划系统更方便 2 精确定位 在对患者的肿瘤实施每个断层治疗之前 使用特殊的兆伏级 3MV CT精确验证其位置 使得医生能够及时调整计划 保证射线束流真正作用于病灶 3 适形与适形避免放疗 与传统放疗比较 可采用束流的螺旋传送实现复杂的调强放疗 使放射剂量完全集中于肿瘤 避免对周围健康组织的伤害 4 精确验证 使医生在治疗过程中验证放射剂量 根据需要调整剂量 5 系统集成 将传统的加速器中的模拟机 治疗计划系统用计算机 适形块和补偿器及部分图像系统集成在一起 简化了流程 降低了成本 提高了效率 6 CT孔径大 加速器在机架中 减少了病人的恐惧心理 缺点加速器能量仅6MV 临床应用可能受限 没有呼吸门控技术 还不能纠正照射过程中的靶区移动 CT也未达到时序CT的程度 应用情况典型的模拟治疗病例有 乳腺癌 前列腺癌 鼻咽癌 目前全美已有20多台开始治疗病人 我国301医院 上海的中山医院 山东等三家医院已使用 最新发展真三维空间锥

5、形束CT消除了层的概念 可实现真正意义上的三维空间成像 这种CT与Tomo结合将发展成三维立体治疗放疗机 实现真正意义的三维适形调强放疗 肿瘤定位 治疗一体化装置系统 一 概述该系统是一个结合了医用直线加速器和CT的系统 体现了影像技术与放疗技术的完美结合 在加速器治疗室内安装一台CT CT与加速器共用同一治疗床 使定位与治疗一体化 大大提高了治疗的准确性 采用这种CT影像引导的放射治疗技术有力地保证了局部剂量增强治疗的实施 另外 这一治疗系统集影像获取 计划设计 模拟定位及治疗实施多环节为一体 极大地提高了放疗过程的集成度 方便了放疗医生 物理师和技术员的工作 优点1 每次治疗前都可以对靶区快速三维定位 使得调强治疗 疗效评估成为可能 2 能够纠正摆位误差和摆位时肿瘤位置的移动 3 病人在CT上完成图像采集 建立座标系进行TPS后 可立即转入加速器治疗 缺点不能纠正治疗过程中肿瘤的瞬时移动 应用情况美国有几家医院已成功地将肿瘤定位 治疗一体化装置系统用于临床 我国也有多家放疗中心开始考虑引进这一放射治疗系统 德国癌症研究中心 DKFZ 和海德堡大学医院利用系统已经收肿瘤定位 治疗一体

6、化装置治了500多名癌症患者 发展该系统配套灵活 可以根据医院的不同需求采用不同的配套 新装系统对治疗室的尺寸要求一般9 8m 8 5m 肿瘤定位与治疗一体化系统 最新发展传统上放射治疗的进行都要依赖于治疗前所获得的图像 有了这种肿瘤定位与治疗一体化装置后 肿瘤的分期 治疗计划的拟定 病人的定位 治疗情况的验证等一系列的措施就能得到更好地协调 这些工作流程会在一种更加连续 更加理想化的环境中完成 电子射野影像 EPID 系统 在放射治疗工作中 射野位置的准确性对于提高肿瘤局部控制率有着极其重要的作用 特别是随着适形放疗 调强放疗等复杂治疗技术在临床上的推广应用 对射野位置精度的要求越来越高 为解决放疗过程中器官移动和摆位误差带来秒的脱靶和正常组织过量照射 医科达公司将影像与采集系统集成到传统的直线加速器上 在2003年10月美国放疗协会 ASTRO 年会上 推出ESTM系统 提供了IGRT平台 并于当月获得FDA的510k认证 主要组成1 数字化直线加速器 2 MV级锥形束CT 具有容积图像 X rayVolumeImage XVI 功能 可以拍X片 连续图像和X线容积图像 3 kV级

7、常规高性能X射线球管 安装在伸缩臂上 可从滚筒上伸出 4 X射线球管对面的电动臂上安装了平板X线探测器 1 一次旋转即可采集到治疗位置的三维容积数据 对比度和CT一样 能分辨肿瘤和重要器官等软组织结构 2 0 2cGy生成正交放射片 较MV级图像剂量低 3 透视图像功能 定位运动频率高的靶区 在治疗位置评价病人运动的影响 4 可进行常规放疗 缺点1 由于增加了伸缩臂 系统平衡与稳定不容忽视 2 KV级二维扫描图像三维立体重建 EPID属二维验证 无法反映摆位时的三维误差 应用情况美国密歇根州 荷兰阿姆斯特丹 加拿大多伦多 英国曼切斯特和美国费城等地的多家医院成为首批研究小组 研究表明 重复扫描肿瘤的位置和运动 可以将系统误差从4 13mm减少到2 6mm 治疗前列腺癌靶区扩充由10mm减至5mm 电子射野影像 EPID系统治疗中 目前使用最多的射野位置验证方法就是拍摄射野胶片 要想有效减少摆位误差 就需要增加验证的频度 这样既费时也费力 有时还因机器跳数不适合导致爆光过量或欠量 同时胶片法是一种非数字化的影象系统 很难进行射野几何位置偏差的定量分析 如今随着这种电子射野影象系统 EPI

8、D 的问世 便可获取实时的 数字化的射野影象 如此便可彻底克服胶片法的不足 因此电子射野影象系统将逐步成为当今放射治疗重要的质量保证工具之一 瓦里安的三合一的直线加速器 概述在同一平台上综合高分辨率kV级X射线影像技术 包括治疗床在内的全部运动的自动遥控及可实施所有放射治疗技术 三维适形 调强 立体定向 的新一代加速器 主要组成 1 常规X射线 2 电子线辐射头 3 实时治疗影像系统 4 遥控机械手 150kVX射线发生器和对侧非晶硅影像平板探测器 MV兆伏级锥形束影像包 预见未来的IGRT技术 IGRT实现方式1 影像系统能够精确显示解剖标志 追踪其运动 使医生精确了解靶区及周围器官在治疗过程中的生理移动幅度 2 机架旋转时150kV球管产生大范围 高质量CT影像 通过控制软件对影像器和治疗床位置实时遥控 实施IGRT 目前 IGRT的主要挑战是如何在治疗的同时从3D图象中轻松获取软组织信息 当我们拥有兆伏级锥型束影象包时 通过这种装置扫描盆腔 我们可以清晰的看到前列腺 膀胱等组织器官 此时我们意识到 这是真正意义上的重大突破 高质量的3D兆伏级图象将显示出它在评估两次治疗间摆位误差方面的临床价值 通过这种装置使我们开始拥有真正的实时治疗验证工具 在治疗中我们可以对治疗方案进行确认而无需中断治疗过程 毫无疑问 对于患者的治疗将更加精确 更加安全 从而提高治愈率 减少并发症的发生

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