螺旋斷層放療系統(tǒng)的臨床應(yīng)用

馬林

中國人民解放軍總醫(yī)院 放療科，北京100853

螺旋斷層放療系統(tǒng)的臨床應(yīng)用

馬林

中國人民解放軍總醫(yī)院 放療科，北京100853

本文闡述了螺旋斷層放療（TomoTherapy）系統(tǒng)的發(fā)展情況及特點，并闡述了其在臨床治療中的優(yōu)勢，指出螺旋斷層放療的不斷發(fā)展將會為腫瘤病人帶來福音。

螺旋斷層放療；劑量引導(dǎo)放療；自適應(yīng)放療；調(diào)強放療

1 螺旋斷層放療系統(tǒng)簡介

螺旋斷層放療（Tomotherapy）機(jī)的外形和結(jié)構(gòu)就是一臺兆伏級的螺旋CT機(jī)，只是將傳統(tǒng)CT機(jī)X線球管換成了一個小型6MV直線加速器。該加速器可產(chǎn)生雙能兆伏級X射線，既可以像傳統(tǒng)螺旋CT一樣掃描病人，也可以用調(diào)強后的射線來治療腫瘤病人。治療過程相當(dāng)于逆向CT重建，可以產(chǎn)生非常精確的、按照腫瘤形狀分布的理想劑量分布。

傳統(tǒng)加速器的核心技術(shù)和構(gòu)架在過去40年里幾乎沒有實質(zhì)性的改變，但是放療技術(shù)本身和臨床需要已經(jīng)從初期粗放的二維治療方式，發(fā)展到三維適形，再到調(diào)強放療（IMRT），現(xiàn)在已進(jìn)入影像引導(dǎo)放射治療（IGRT）時代，下一步將是自適應(yīng)劑量引導(dǎo)放療（ART）或劑量引導(dǎo)放療（DGRT）。而斷層放療的發(fā)明順應(yīng)了放射腫瘤學(xué)的發(fā)展方向，顛覆了傳統(tǒng)的C型臂加速器技術(shù)，給放射治療帶來了革命。

與此相對應(yīng)，螺旋斷層放療機(jī)從一開始就被視為是為調(diào)強放療而出生的，加上它本身就是CT機(jī)，因而也被視為天生的IGRT設(shè)備[1-3]。除此之外，它能在治療前產(chǎn)生MVCT圖像，然后根據(jù)該CT圖像快速計算出當(dāng)天患者所受劑量，如有必要可依據(jù)腫瘤及器官解剖的變化重新進(jìn)行計劃優(yōu)化，進(jìn)而產(chǎn)生自適應(yīng)后的新計劃[4-6]。

螺旋斷層放療機(jī)由美國威斯康辛州HI ART（High Integrated Adaptive Radiation Therapy）公司生產(chǎn)，2002年通過美國FDA批準(zhǔn)，于2004年在美國正式銷售用于臨床治療，目前全球裝機(jī)超過450臺。我院為我國首家引進(jìn)螺旋斷層放療系統(tǒng)的單位，于2007年9月份開始治療患者，至2012年8月底共治療患者2253例，其中頭頸部腫瘤占40.7%，盆腔腫瘤占27.2%，腹部腫瘤占17.0%，胸部腫瘤占7.7%，其他部位腫瘤占7.4%；并對不同部位腫瘤螺旋斷層放療的計量學(xué)特點及臨床療效進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究和觀察。

2 螺旋斷層放療的獨特性

如何理解螺旋斷層放療的調(diào)強理念？或者為什么說螺旋斷層放療機(jī)就是為調(diào)強放療而生？我們可以簡單地回顧一下放療技術(shù)的發(fā)展歷史。

從三維適形放療開始看：放射線從多個角度經(jīng)過按照腫瘤形狀切割的二維鉛擋塊或多葉光柵后進(jìn)行照射，形成的劑量分布大致在三維方向上符合腫瘤的形狀。因為在射野區(qū)域射線強度是均勻的，所以三維適形放療技術(shù)也可認(rèn)為是二維調(diào)強技術(shù)，適用于形狀及解剖關(guān)系簡單腫瘤的放療。

設(shè)想，如果射線投射角度很多（如每2°一個投射，360°形成180個投射），就變成幾乎連續(xù)地改變鉛擋塊孔徑形狀（通常用MLC連續(xù)移動）進(jìn)行適形照射，此為拉弧照射（Arc Therapy）的實質(zhì)。投射角度增多使得優(yōu)化自由度增大，從而可達(dá)到很好的適形度。但這樣做的前提是腫瘤形狀（靶區(qū)）不能太復(fù)雜，因為射線在每個投射角度上，只有適形而沒有調(diào)強[7-10]。

從三維適形放療發(fā)展到調(diào)強放療（三維調(diào)強，IMRT），可以通過固定式三維鉛擋塊或可變式MLC兩種途徑來實現(xiàn)。前者鉛塊被切割成凹凸不平的厚度，使得每個射野中的強度不再均一，最后多個角度的投射疊加在一起實現(xiàn)了三維調(diào)強放療。后者在每個投射角度MLC葉片多次變換位置，既可以是葉片到位后再出射線（停-射式），也可以是葉片邊運動邊出射線（動態(tài)調(diào)強），在幾個固定的投射角度上形成非均勻的劑量通量圖，與三維鉛擋塊所產(chǎn)生的效果相同。增加投射角度可以提高適形優(yōu)化的自由度，而在每個角度上提高調(diào)強能力，則可以提高劑量分布的適形度和均勻度。但由于MLC葉片移動的速度有限（通常在2 cm/s左右），加上需要驗證葉片到位精度，如在每個投射角度上形成高度調(diào)強或復(fù)雜的劑量通量，會耗費很多時間。所以現(xiàn)代加速器在每個投射角上的調(diào)強程度一般不會太大（5～7級），投射角度（主野數(shù)）不會太多（5～9個）。要獲得調(diào)強放療的理想境界，既有大量的投射角度可用，又能在每個投射角度上實現(xiàn)高度調(diào)強，就必須改變傳統(tǒng)MLC調(diào)強的方式。這也是螺旋斷層放療系統(tǒng)的獨特優(yōu)勢以及核心技術(shù)之一：二元氣動多葉光柵[11-13]。

螺旋斷層放療系統(tǒng)采用的氣動MLC，其葉片移動的速度為250 cm/s，是傳統(tǒng)MLC葉片速度的125倍，因此在相同時間內(nèi)，對射線的調(diào)制能力也是傳統(tǒng)MLC的100倍以上。雖然螺旋斷層放療在360°中有51個投射角，但由于是螺距比（Pitch）為0.2～0.4之間的螺旋掃描，每一個斷層可以接受到3～4次的重復(fù)照射。因此對每一個斷層總的投射可達(dá)150～250次，對每一次投射的劑量調(diào)制可達(dá)100個層級（即在每個照射角度上有百倍的調(diào)強能力）。由此螺旋斷層放療系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)照射的過程中，既有大量的投射角度可以選擇，又能在每個角度上實現(xiàn)高度調(diào)強。

除此之外，螺旋斷層掃描的治療方式還可以突破傳統(tǒng)加速器治療范圍的局限性。如傳統(tǒng)加速器通常一次治療40 cm以內(nèi)的區(qū)域，做復(fù)雜調(diào)強放療時范圍更小；而螺旋斷層放療系統(tǒng)可以像螺旋CT掃描那樣，一次治療的長度可達(dá)160 cm，橫斷面（直徑）最大可達(dá)60 cm，所以可以對多處病灶、大體積或長形腫瘤實施調(diào)強放療，無須進(jìn)行多野銜接。

再從IGRT的觀點來看，螺旋斷層放療系統(tǒng)的CT掃描功能是與生俱來的。因為它本身就是一臺CT機(jī)，可以在每次治療前進(jìn)行極低劑量的CT掃描，驗證病人的擺位精度。另外，由于螺旋斷層放療系統(tǒng)的MVCT圖像和傳統(tǒng)的CT圖像本質(zhì)一樣，其CT值與電子密度之間呈精確的線性關(guān)系，因而可以用來做準(zhǔn)確的劑量計算。這又使得螺旋斷層放療系統(tǒng)走進(jìn)了DGRT或自適應(yīng)放療（ART）的新境界。

3 螺旋斷層放療的臨床優(yōu)勢

3.1 解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜的腫瘤

如臨近重要器官腫瘤（鼻咽癌等頭頸部腫瘤，前列腺癌、宮頸癌等盆腔腫瘤等）的首程放療或腫瘤復(fù)發(fā)后的再程放療[14-17]。

我院的計量學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，螺旋斷層放射治療鼻咽癌，靶區(qū)的適形度、劑量的均勻性，以及對腮腺、顳頜關(guān)節(jié)和喉-氣管-食管的保護(hù)性均優(yōu)于常規(guī)加速器靜態(tài)調(diào)強放療。2007年9月～2009年9月，73例初治鼻咽癌患者接受螺旋斷層放療。處方劑量：原發(fā)腫瘤及轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)計劃靶區(qū)70～74 Gy/33F，高危計劃靶區(qū)60～62.7 Gy/33F，低危計劃靶區(qū)52～56 Gy/33F。出束治療時間平均為468.8 s，較常規(guī)加速器靜態(tài)調(diào)強放療至少縮短近5 min。急性反應(yīng)主要為1～2級。口干癥隨時間逐漸緩解，至放療結(jié)束后1年無≥2級口干。中位隨訪時間14.8個月。1年無復(fù)發(fā)生存率、無遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移生存及總生存率分別為95.6%、97.2%和94.8%。

3.2 解剖結(jié)構(gòu)特殊的腫瘤

如雙側(cè)乳腺癌、胸膜間皮瘤的放療及頭皮惡性腫瘤的全頭皮放療。

3.3 長度與范圍較大的腫瘤

如全中樞神經(jīng)系統(tǒng)（全腦及脊髓）放療，全骨髓放療（TMI）全淋巴放療（TLI），大范圍的腹-盆腔放療。

在全中樞神經(jīng)系統(tǒng)放療中無需常規(guī)放療所需的接野。以全骨髓放療代替骨髓移植前的全身放療，可顯著降低正常組織受照劑量，從而使患者的耐受性得到提高，所以可望通過提高照射劑量來提高白血病的治療效果。在大范圍的腹-盆腔放療時，可有效地保護(hù)腎臟、肝臟、脊髓等正常器官。

3.4 多發(fā)病灶腫瘤

如對顱內(nèi)多發(fā)轉(zhuǎn)移瘤的放療，可一次完成治療，無需因更換靶點而中斷放療，同時也免了三維適形放療由于照射野過少導(dǎo)致劑量重疊而造成的“熱點”。

3.5 DGRT或ART

很多研究顯示，在腫瘤的放療過程中，不但腫瘤的體積和位置會發(fā)生改變，而且鄰近的正常器官的體積和位置也會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致包括脊髓在內(nèi)的正常器官的實際照射劑量高于原治療計劃。每一次螺旋斷層放療前的圖像引導(dǎo)不但可以校正擺位誤差，而且可以計算出每一次治療的實際劑量分布，從而可以及時調(diào)整治療計劃，避免正常器官受到高劑量照射[18-22]。

在我院對5例接受螺旋斷層放療的局部晚期鼻咽癌的初步研究中，每間隔3次放療，在MVCT圖像上重新勾畫腮腺，共45次，每隔1次治療校正脊髓位置，共85次。通過螺旋斷層放療系統(tǒng)自帶的自適應(yīng)軟件計算腮腺及脊髓實際受照劑量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，左右腮腺的平均體積在治療結(jié)束時分別縮小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%，脊髓最大劑量平均升高1.23%。

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Clinical Application of Tomotherapy System

MA Lin
Department of Radiotherapy, The General Hospital of PLA, Beijing 100853, China

This paper mainly introduces the development situation and characteristics of tomotherapy system, and through analyzing its advantages in clinical treatment, the importance of its continuous development to tumor patients is highlighted.

tomotherapy; dose-guided radiation therapy; adaptive radiation therapy; intensity-modulated radiation therapy

R741.05

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.10.004

1674-1633(2014)10-0012-03

2014-03-05

2014-05-09

作者郵箱：malinpharm@sina.com