放疗技术学

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 螺旋断层放疗系统
Tomotherapy


现代高新科学技术的代表:螺旋断层放疗(Tomotherapy)系统将调强、图像引导和自适应放疗兼容为一体,被国内外同行专家公认为放射治疗近50年来最激动人心的发展之一。

该治疗可以做到:
1.准确地区分患者需要接受放射治疗的范围
2.计算最佳的射线束分布和剂量
3.追踪肿瘤形状和位置的转变
4.将射线束集中在肿瘤的位置
5.尽量减低对周围正常组织及器官的损伤及副作用

Tomotherapy利用360度光子入射角及治疗床的同步移动,避开正常组织,集中攻击癌细胞。它可以设计出多至51个角度的螺旋式强度调控放射治疗技术(Helical Intensity Modulated Radiation Therapy,IMRT),加上3D电脑逆算式优化处理治疗计划系统、电脑断层的确合性影像导引放射治疗(Adaptive Image Guided Radiotherapy, IGRT)系统、精确的病患位置定位系统及品质确认系统,形成完整的治疗系统。凭借电脑断层影像,Tomotherapy结合逆算式优化处理治疗计划系统与确合性影像引导放射治疗,以螺旋的方式全方位给予照射,故肿瘤组织的剂量最集中,正常组织接受的剂量则最小。Tomotherapy有效保护正常组织,避免不必要的副作用,为病人提供优良的生活品质。 

调强适形放射治疗
Intensity Modulated Radiation Therapy
不但在照射方向上,照射野的形状与病变(靶区)的形状一致,而且通过调节照射野内个点的输出剂量率确保靶区内部及表面剂量处处相等的放射治疗技术称作调强适形放射治疗(intensity modulated radiation therapy),简称调强治疗、IMRT。

IMRT是一种先进的高精度放射线疗法,它利用计算机控制的X光加速器去向恶性肿瘤或肿瘤内的特定区域发射精确的辐射剂量。IMRT可根据肿瘤的3D形状通过调节(或控制)辐射的强度使辐射剂量更加准确。IMRT也可对肿瘤内的区域通过聚焦施加更高的辐射剂量,而使周围的正常组织接收最小的辐射剂量。这种放疗需要通过CT的3D重建图像与患者的协同被小心地设计、决定最适于肿瘤形状的放射剂量强度图形。一般方法是结合几个已调制的来自不同方向的放射线束产生一个自定义的单一辐射,在使肿瘤的辐射剂量最大化的同时保护临近的正常组织。
因为IMRT的这种放疗方法使肿瘤周围组织遭到的剂量达到最小,所以它比传统的放疗更安全、副作用更小。在放射剂量不增加的前提下IMRT也有再减少治疗副作用的可能。IMRT要求日治疗时间更长,与传统放疗相比,正常组织遭受的辐射相对低。目前IMRT已在临床被广泛应用于恶性肿瘤的根治性治疗,也被有限的应用于恶性肿瘤转移病灶和恶性肿瘤的姑息性治疗。 

旋转容积调强放疗
Volumetric Modulated Arc Therapy

作为目前国际最先进的放射治疗技术,VMAT以其“快、准、优”的特点为肿瘤放射治疗病人提供更全面、科学、精准的技术解决方案,应用于各种肿瘤的精确治疗。
与常规调强放射治疗技术(IMRT)不同, VMAT通过高速动态多叶光栅、连续可变剂量率、可变机架旋转速度等,以优化的连续单次(或多次)弧形照射完成治疗。相对于IMRT,VMAT治疗时间更短,剂量输出的效率更高,患者的治疗质量更好。VMAT治疗技术从IMRT调强治疗的15—30分钟,大幅缩减到2—6分钟,治疗速度快,让受照肿瘤没有喘息的机会,有效提高了肿瘤控制率。还能调整控制放射线在肿瘤上的强度。
该技术可在360度单弧或多弧设定的任何角度范围内对肿瘤进行旋转照射,比传统治疗方式照射范围更大,更灵活,更精准,此外,VMAT治疗技术不仅让放射线随着肿瘤厚度调弱、增强,还能考虑肿瘤体积各部位的厚薄不同,给予最适合的放射线强度,同时闪开躲藏在肿瘤中间或凹陷处的重要器官如眼球、脊髓、小肠等,增加肿瘤控制率,降低正常组织并发症的机率,减少治疗后的副作用。真正体现了“以人为本”的理念。
VMAT治疗技术可满足全身各部位肿瘤治疗的需要,更适合早期癌症的治疗。

立体定向放射治疗
一.概念
(一)立体定向放射手术(stereotactic radio surgery, SRS)
指使用小野集束的电离射线精确聚集于靶区,给予一次大剂量照射。导致病变组织坏死的一种放射治疗技术。由于高剂量区集中于靶区,而靶区外围组织因剂量迅速递减而免受累及,从而在其边缘形成一如刀割样的界面。射线起到手术刀的作用。故称为放射手术或放射刀。
凡以产生γ射线的60Co为能源来实现SRS的就称为γ刀,而以产生X射线的直线加速器为放射能源来实施SRS的则称为X刀。由于X射线属于光子线,因此,也有人将X刀称为光子刀。
(二)立体定向放射治疗(stereotactic radiation therapy, SRT)
指利用定向技术,使用小野集束射线对靶区施以分次较大剂量照射,此技术也称为分次立体定向放射治疗(fractionated stereotactic radiation therapy, FRST)。对恶性肿瘤而言,采用分次照射符合放射生物学的要求,有利于正常组织的保护和肿瘤组织剂量的提高,可使肿瘤乏氧细胞获得更高剂量的杀灭。

二.γ刀与X刀的工作原理及特点
(一)γ刀
头部γ刀的工作原理是将201个60Co源按一定的经纬线排列在盔形壳体上,使各个60Co源的射线定向聚焦成一点形成一个球形照射野(直径≤18mm),虽然每一个60Co源放射出的剂量很小,但定向集中到一点之后,使该点接受的剂量因累积而明显增加,从而达到治疗的目的,同时又不会损伤该点周围的正常结构。
1998年,我国自主研制开发了世界首创的全身γ刀,把γ刀的治疗范围从头部扩展到全身。它采用旋转式聚焦,γ刀60Co源由201个减少为30个,降低表皮吸收剂量与中心吸收剂量之比,从而显著降低了正常组织的受损程度,更有利于实现一次或多次立体定向放射治疗的目的。
(二)X刀
X刀的工作原理是通过直线加速器的机架旋转、X射线(6~15MV)剂量的输出控制、照射野的再次准直(即加设辅助性准直器以小野照射)和治疗床的角度改变,形成非共面多弧度小野照射(如图1)。由于靶点固定在旋转的等中心处,因此在旋转运动中靶点始终接受高剂量的X射线照射,而靶点周围结构仅受到很少剂量的射线,从而获得与γ刀相同的效果。

三.γ(X)刀的适应症
1.不能手术或不适合手术者:如年老体弱、小孩、不能接受麻醉、病变深在、手术危险性太大等情况;
2.术后复发、残留、未控的颅内病变;
3.患者拒绝开颅手术者;
4.将γ(X)刀作为与术、放、化结合的一种综合治疗手段。
但从体积大小看,γ刀只适合治疗3cm以下者,X刀只能治4cm以下者,对4~5cm,可酌情用X刀系统做分次治疗。

四.适应治疗的疾病
主要用于治疗颅内肿瘤,如垂体腺瘤、脑胶质细胞瘤、脑膜瘤、非多灶性的脑转移瘤、听神经瘤、松果体瘤、实质性颅咽管瘤等。对脑动静脉畸形、海绵状血管瘤等脑血管病变,亦有很好的治疗效果。另外,还适用于治疗功能性脑病变,如帕金森病等。
部分取代脑外科手术,治疗颅内良性或恶性肿瘤;除使用一次性固定头环实施立体定向放射治疗手术治疗外,还提供可重复定位的分次治疗头环,用于实施分次立体定向放射治疗,对不能手术的脑瘤及头面部其它肿瘤,如颅底肿瘤、鼻咽肿瘤、副鼻窦肿瘤等,提供了极为安全有效的补充治疗手段。还可用来治疗脑外科手术后残余的肿瘤,或与其它放射疗法相结合进行综合治疗。
SRT在鼻咽癌治疗中的应用范围为:1.常规外照射后,对鼻咽局部原发灶区追加照射,以提高局部控制率;2.鼻咽癌放疗后鼻咽局部和咽旁复发,或颅底复发、转移性病灶。
我院在1998年与深圳柯瑞特公司合作,引进一台X-刀治疗系统,开始X-刀治疗。2010年引进更为先进的德国BrainL A B公司的X-刀治疗系统。


影像引导放射治疗
Image Guide Radiation Therapy
影像引导放射治疗(IGRT,Image Guide Radiation Therapy)是这样一种技术, 它在分次治疗摆位时和(或)治疗中采集图像和(或)其他信号,利用这些图像和(或)信号,引导此次治疗和(或)后续分次治疗。采集的图像可以是二维X射线透视图像或三维重建图像, 或有时间标记的四维图像;也可以是超声二维断层图像或三维重建图像。其他信号可以是体表红外线反射装置反射的红外线,或埋在患者体内的电磁波转发装置发出的电磁波等。引导的方式可以是校正患者摆位或调整治疗计划或者引导射线束照射。
IGRT的实现方式:
1.在线校位: 是指在每个分次治疗过程中,摆位后采集患者二维或三维图像, 通过与参考图像(模拟定位图像或计划图像)比较,确定摆位误差和(或)射野位置误差,实时予以校正,然后实施射线照射。
2.自适应放疗(ART):自疗程开始每个分次治疗时获取患者二维或三维图像, 用离线方式测量每次摆位误差; 根据最初数次( 5~ 9 次)的测量结果预测整个疗程的摆位误差, 然后据此调整 PTV和 C TV 的间距,修改治疗计划, 按修改后计划实施后续分次治疗。除了根据个体的摆位误差调整间距, 近年自适应放疗技术还可扩展到更高层面,如根据患者每个分次实际照射剂量累积情况, 调整后续分次照射剂量, 或者根据疗程中肿瘤对治疗的响应情况, 调整靶区和(或)处方剂量。
3.屏气和呼吸门控技术: 对受呼吸运动影响的靶区, 屏气可使靶区暂时停止运动。如果只在此时照射靶区, 则在计划设计、 由 PTV外放生成 CTV 时可设定更小间距, 因靶区运动对间距贡献可忽略。另外,如果在吸气末屏气, 可显著增大肺体积,减少肺受照体积。
4.四维放疗:在患者治疗时,采用四维影像所用的相同的呼吸监测装置监测患者呼吸。当呼吸进行到某个呼吸时相时, 治疗机即调用该时相的射野参数实施照射。因为从监测到呼吸时相变化、 调用新射野参数、 完成新参数设置需要时间, 也就是治疗实施对呼吸时相的变化有响应时间, 所以需要预测软件以减少响应时间引入的误差。
5.实时跟踪技术:尽管四维治疗技术可完成运动靶区的不间断照射, 但使用它有一个前提条件,即治疗时靶区运动以及周围危及器官的运动完全与影像定位时各自的运动相同。这个前提只能近似成立,至少有两个原因。首先,人的呼吸运动并不是严格重复的,即使是连续的 2个周期之间, 也会有周期长度、 呼吸幅度等差别; 其次,由于治疗时间往往要比影像定位时间长,尤其是采用复杂技术(如 IMRT)或大分割技术(如立体定向放疗技术)时, 患者身体会发生不自主运动,难以保持固定不变姿势。对于这些不能预先确定的运动,只能采用实时测量、 实时跟踪技术, 即实时跟踪治疗技术。目前最常用的实时测量方法是 X 线摄影。由于不断地摄影可能会使患者接受过量照射,该方法往往与其他方法(如体表红外线监测装置)结合,以减少摄影频率,减少累积剂量。