（江苏省肿瘤医院放疗科 江苏 南京 210008）
【摘要】图像引导放射治疗（IGRT）是实现精确放射治疗的一种重要方法，医学成像技术在放疗中的广泛应用使IGRT从最初的二维X射片发展到四维CT引导，从单模态发展到多种模态影像引导，从在线校位发展到自适应放疗及实时追踪，IGRT在临床应用上的飞速发展，提高了放射治疗的准确性。本文就以综述的形式介绍下基于不同医学成像技术的IGRT实现方式。
【关键词】图像引导；放射治疗；肿瘤
【中图分类号】TP391.41 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752（2017）36-0200-03
放射治疗是治疗恶性肿瘤的三大主流手段之一，60%的肿瘤患者需要接受放疗。高疗效和低副作用是放射治疗不懈追求的目标。调强放射治疗通过设计每个照射野的剂量分布使肿瘤得到完整均匀照射剂量，同时对周边器官起到更好的保护作用[1]，对以鼻咽癌为代表的头颈部肿瘤，局部控制率达到90%以上，然而，大多数胸腹部肿瘤却未取得较好的进展，除了有各类临床肿瘤的特性差异外，治疗位置的不确定性是一个重要的物理因素。通常该类患者体部固定性差，内部肿瘤易形变，呼吸运动及脏器蠕动也会影响肿瘤的位置，因此治疗时摆位误差大。为了进一步提高治疗的准确性和疗效，采用图像作为引导来纠正摆位误差从而提高放射治疗准确性的图像引导放射治疗技术越来越多的用于放射治疗中。IGRT的出现使得正常组织损伤大大减少，从而使患者的生活质量明显提高，被美国及欧洲同道评价为放射肿瘤学史上的一次变革，并被认为是2l世纪放射治疗技术的主流。本文就阐述下基于不同医学成像IGRT技术的实现方式。
1.图像引导放射治疗的实现方法
1.1 在线校正
通过在单次治疗中。在患者正常摆位后采集X线或CT图像，通过与计划CT图像或计划CT图像生成的DRR图像对比，确定摆位误差或射野误差后进行修正，然后再采集图像重复上述过程，直至摆位误差在允许范围后实施照射。
1.2 离线校正
即自适应放疗，是使用图像数据、剂量以及其他信号作为反馈进而对治疗计划进行修正，从而提高放疗准确性和精确性。在最初数次治疗过程中观测患者器官或剂量的变化，改进放射治疗计划；根据已接受照射剂量实际累积情况，调整后续照射剂量或根据治疗程中所产生的效果调整靶区大小或处方剂量，实现精确放疗。目前的发展趋势是实现在线自适应放疗，即根据当次的影像信息，调整放疗计划，确保每次放射治疗的准确性[2]。
1.3 实时跟踪
通过照射野或治疗床的移动使肿瘤靶区与照射野保持相对位置固定，达到动态追踪的效果，进而减少呼吸运动对胸腹肿瘤放疗的影响，有效保护正常组织。
2.不同医学成像技术的IGRT实现方式
2.1 电子射野影像系统引导
电子射野影像系统由射线探测和射线信号的计算机处理两部分组成。当直线加速器发出的射线照射到靶区时，在加速器机头对侧的成像装置可获取数字图像。de Neve等在1992年报道采用EPID系统采集正侧位图像的方法检查每次摆位；当误差大于允许值时，通过移动床板予以校正，然后再做治疗。射野影像系统在位置验证方面有三种形式即治疗前校正患者摆位、离线评价患者摆位、治疗前校正射野，可实现在线校正[3]。
2.2 X线摄影和透视
X线摄片和透视设备常与治疗设备结合在一起。通过在体内植入金豆，可用治疗室内的X线透视系统实时追踪该标志，以监测治疗时肿瘤和周围正常组织的运动情况。这些设备的有机结合满足了：摆位重复性好；不增加摆位次数；设备与治疗计划配合度高；治疗时间短的四个临床要求。KV级X线摄片能较清晰的辨认肿瘤及周围正常组织结构，但对放疗过程中软组织的相对形态变化难以检测。
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2.3 KV级扇形束CT
KV级扇形束CT具有扫描速度快,成像清晰，较高的空间、密度分辨率等特点。通常将CT和直线加速器都安装在治疗室内，两者之间通过滑轨相连接，患者可在一台治疗床上实现在线校正，其精确度可达1mm，是目前离线自适应放疗较成熟的方式。但该系统不能在治疗时成像，无法对治疗时的肿瘤运动进行实时追踪，造价较昂贵，使用该技术的医院较少。
2.4 KV级锥形束CT
CBCT具有重量轻，体积小、架构开放优点，可直接整合到医用直线加速器上。CBCT图像是采集患者周围不同角度的投射图像重建而成，可在治疗过程中提供三个旋转和三个平移共六个自由度的摆位误差数据。最近CBCT实现了4D的功能，对于肺癌，肝癌等部位可实现动态成像，通过与4D-CT的配合可更准确地判断肿瘤的位置和运动范围，进一步提高了图像引导的精度。CBCT能实现在线校正和离线自适应，无法实施实时追踪技术，但是目前应用最广泛的IGRT方式。
2.5 MV级扇形束CT
MV扇形束CT以螺旋断层放射治疗系统为代表。螺旋断层放疗类似多层螺旋CT的扫描模式，360度聚焦断层照射肿瘤。患者治疗前可直接利用螺旋断层放疗加速器进行MVCT扫描，确认治疗体位与计划体位一致或误差在允许范围后再用该加速器进行治疗。该系统将治疗和成像集成在一起，提高了效率降低了系统误差。但是由于采用MV级CT在成像时主要发生康普顿效应，成像质量差是其亟待解决的问题。
2.6 超声图像引导
超声具有无创、无电离辐射、操作简便等优点；超声探头尺寸较小，可在加速器治疗区域内使用，因此在腹部和前列腺肿瘤的动态跟踪研究中表现出优异的应用前景。超声图像引导系统可对软组织、乳腺、前列腺等部位肿瘤进行定位，并且超声无电磁辐射，可降低使患者在治疗过程中的辐射伤害。
2.7 磁共振引导放疗
磁共振与其他影像设备相比，具有多重优势，它没有辐射且价格适中，可以形成三维立体动态的图像，对软组织的对比度非常清晰。而且磁共振不仅有形态学，还具备功能学，可以形成分子影像。磁共振成像在放疗计划制定和实施过程中可更精准地确定靶区的范围；在肿瘤放疗过程中的监测肿瘤变化、评估治疗反应以及预后；可减少近距离治疗过程操作者依赖，量化并增加治疗的精确性；可实现在线校位，在线自适应放疗并可在治疗过程中成像实现对运动肿瘤的追踪，该技术将对目前放疗产生巨大的影响。
2.8 红外探测的引导技术
通过采用红外线对体表标记点的实时跟踪实现对患者位置信息的校准与监测。标记物主要分为被动式和主动式，被动式是反射红外光，主动式是通过内置的红外发光二极管产生红外光。在临床上通常采用被动式的标记物，主要是表面涂有反射红外光的小球，被动式相较于主动式的视角更大，并且使用时无需考虑供电问题[4]。
2.9 电磁导航磁粒监测技术
通过将永久磁粒应答器植入患者的肿瘤组织或者周边组织，利用电磁导航技术实时跟踪在放射治疗过程中肿瘤的位置变动情况。在治疗过程中监测调控系统将肿瘤影像、患者位置情况、方位变动管理、射线成形和射线剂量这些参数以10毫秒的监测调控频率实时动态地精确地同步控制在最佳水平，可以使射线能够聚焦于肿瘤而尽可能小的损伤周边组织，目前在前列腺癌和肺癌中表现出一定的优势。
上面阐述了目前在图像引导放射治疗中实现的几种图像引导方式及现状，不同的方式有自己的优缺点，有些独立使用，但通过联合使用可实现更高的图像引导精度或更多功能。例如超声图像可以很好地分辨软组织而CBCT图像的缺点是软组织分辨率差，超声和CBCT配合可以精确的确定腹部肿瘤的位置，如前列腺癌；红外线探测技术监测患者治疗时体表位置的变化而肿瘤部位植入磁引导粒子的电磁导航技术可以精确跟踪肿瘤的呼吸运动，两者结合可防止患者治疗中的意外移动得同时还可精确地监测肿瘤的位置及运动；电磁导航技术与呼吸门控技术相结合，实现动态追踪技术，在受呼吸运动影响的肿瘤治疗中有较大意义。图像引导的放射治疗应用于广泛应用于常见病种如鼻咽癌，食管癌、前列腺癌、肺癌、宫颈癌等摆位误差较大的肿瘤治疗中，在保证治疗精度的同时进一步降低靶区的外放边界，降低并发症的发生率起了重要的作用。 IGRT已在三个方面获得了发展：从离线校正向在线校正发展；从模糊显像向高清晰显像发展；从单一显像向集成显像发展。医学成像技术在放射治疗中的作用也越来越重要。
【参考文献】
[1]胡逸民.肿瘤放射物理学[M].北京：原子能出版社，1999：2-26.
[2]于金明，袁双虎.图像引导放射治疗研究及其发展[J].中华放射肿瘤学杂志；2006,28（2）：81-83。
[3]戴建荣,胡逸民.图像引导放疗的实现方式[J].中华放射肿瘤学杂志;2006,15(2):132-135.
[4]贾婧.基于红外和X射线的图像引导精准放射治疗系统关键技术研究[D].中国科学与技术大学；2015:10-14.
论文作者:郭昌,汪琪
论文发表刊物:《医药前沿》2017年12月第36期
论文发表时间:2018/3/21
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