運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在乳腺癌精確放療中的研究進(jìn)展

程冬，朱斌，劉文敏，付振明

武漢大學(xué)人民醫(yī)院 腫瘤中心，湖北 武漢 430060

引言

乳腺癌已成為全世界女性中最常見的癌癥[1]。放射治療被證明是乳腺癌綜合治療的有效手段之一[2]。乳腺癌放療主要分為全乳房照射（Whole-Breast Irradiation，WBI）和部分乳房照射（Partial-Breast Irradiation，PBI）2大類[3]。盡管乳腺癌和其他部位腫瘤放療的主要目標(biāo)均為在保護(hù)正常組織的同時(shí)給予腫瘤靶區(qū)最大劑量的照射，但由于受到一些不確定因素的影響（如器官運(yùn)動(dòng)），難以達(dá)到更好的治療效果，尤其針對(duì)左側(cè)乳腺癌患者，因左側(cè)乳腺更靠近心臟這一危險(xiǎn)器官，這個(gè)問題顯得尤為嚴(yán)重，且還應(yīng)注意的是，對(duì)于右側(cè)乳腺癌患者而言靶區(qū)運(yùn)動(dòng)并不規(guī)律，這主要是因?yàn)榕c左側(cè)病例相比，心臟與靶區(qū)之間的距離更大[3]。器官運(yùn)動(dòng)一般分為分次內(nèi)運(yùn)動(dòng)和分次間運(yùn)動(dòng)2種[4]。其中分次內(nèi)運(yùn)動(dòng)主要包括呼吸運(yùn)動(dòng)、心臟大血管的搏動(dòng)、肌肉放松/緊張、直腸/膀胱充盈情況等，導(dǎo)致目標(biāo)靶體的表觀尺寸增加，從而使輻照體積增大；另一方面，分次內(nèi)運(yùn)動(dòng)也會(huì)增加患繼發(fā)性癌癥的風(fēng)險(xiǎn)[5]。與胸腹部其他腫瘤放療相比，目前臨床上關(guān)于乳腺癌放療中器官運(yùn)動(dòng)管理的研究較少，基于此，本文旨在概述乳腺癌放療中靶區(qū)運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并指出存在的不足及該領(lǐng)域未來的發(fā)展方向，以期為提高臨床乳腺癌放療精度提供參考。

1 器官運(yùn)動(dòng)對(duì)乳腺癌放療的影響

乳腺癌放療過程中由于受器官運(yùn)動(dòng)（主要是呼吸運(yùn)動(dòng)）等影響，腫瘤靶區(qū)隨之產(chǎn)生偏移，進(jìn)而產(chǎn)生較大的劑量學(xué)差異，造成部分正常組織和器官受到高劑量的照射，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重并發(fā)癥；同時(shí)也可能導(dǎo)致部分腫瘤靶區(qū)劑量照射不足，降低放療療效[6]。通常情況下，大多數(shù)乳腺癌患者由于受到基線偏移和呼吸等引起的局部運(yùn)動(dòng)影響，乳房產(chǎn)生1～20 mm的位移[7]，因此器官運(yùn)動(dòng)的影響也應(yīng)成為臨床制定放療計(jì)劃時(shí)必須考慮的因素。此外，有研究表明，大部分乳房腫瘤（約78%）移動(dòng)峰值位移小于10 mm，且這種運(yùn)動(dòng)是非線性的[8]。其中Smith等[9]的研究顯示，當(dāng)天任何患者的照射野中心肺距離（Central Lung Distance，CLD）變化的最大范圍為2.5 mm，可以作為設(shè)置不確定性的最佳預(yù)測(cè)指標(biāo)；治療期間肺和心臟面積的最大變化分別為270 mm2和360 mm2。Saliou等[10]和 Bhmer等[11]通過使用 CLD，測(cè)得隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的平均值分別為3.2 mm和3.8 mm。此外，乳房在呼吸時(shí)沿前后（Anterior-Posterior，AP）方向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)量為0.8～10 mm。Latifi等[12]在基于基準(zhǔn)質(zhì)心的平均變化的研究中發(fā)現(xiàn)，呼吸引起的基準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)為（0.8±0.6） mm，范圍為0～2.2 mm。Qi等[13]研究發(fā)現(xiàn)，在左側(cè)乳房照射中，由呼吸運(yùn)動(dòng)引起的心臟移位導(dǎo)致傳遞到心臟的劑量變化高達(dá)39%。Darby等[14]進(jìn)行的一項(xiàng)基于乳腺癌放療的人群回顧性研究發(fā)現(xiàn)，心臟平均劑量每增加1 Gy，心臟病的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)增加7.4%。各項(xiàng)研究之間的差異源于多個(gè)因素，例如，年齡、體重指數(shù)、測(cè)量技術(shù)的準(zhǔn)確性和乳房運(yùn)動(dòng)測(cè)量的方向等，但總體上AP方向相比左右（Left-Right，LR）和頭腳（Superior-Inferior，SI）方向目標(biāo)運(yùn)動(dòng)范圍更大。因此，器官運(yùn)動(dòng)在乳腺癌放療過程中每個(gè)環(huán)節(jié)均需要做好管控。

2 常見的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在乳腺癌放療中的應(yīng)用

放療中應(yīng)用運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的目的是通過監(jiān)測(cè)腫瘤靶區(qū)的運(yùn)動(dòng)情況，來進(jìn)一步提高腫瘤放療精度。目前，臨床上乳腺癌放療中常見的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)主要有光學(xué)表面成像、超聲成像、磁共振成像、標(biāo)記物實(shí)時(shí)定位成像、X線成像、CT成像和新興的人工智能技術(shù)等。

2.1 光學(xué)表面成像

光學(xué)表面成像是一種在胸壁照射和乳腺癌放療中很有前景的局部運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)方案[15]，通過使用三臺(tái)光學(xué)相機(jī)和燈光投影儀，則可以實(shí)時(shí)生成患者的三維體表形狀，并允許在任何位置對(duì)患者進(jìn)行可視化成像。目前臨床上應(yīng)用該技術(shù)的設(shè)備主要有瑞典C-RAD公司的Catalyst 系統(tǒng)，英國(guó)VisionRT公司的AlignRT系統(tǒng)和德國(guó)Humediq公司生產(chǎn)的Identify系統(tǒng)等。

光學(xué)表面成像可以在乳房照射的情況下提供移動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)，具有使用方便、無創(chuàng)且無輻射等優(yōu)點(diǎn)。它可以與多種放療技術(shù)（如屏氣和呼吸門控）相匹配，以減少分次照射過程中設(shè)置的閾值范圍，從而降低靶區(qū)移動(dòng)范圍和正常組織的受照量。多項(xiàng)研究表明[16-17]，光學(xué)表面成像應(yīng)用于乳房屏氣放射治療分次內(nèi)的監(jiān)測(cè)效果顯著。光學(xué)表面成像的其他優(yōu)點(diǎn)包括：① 減少分次間設(shè)置誤差；② 監(jiān)測(cè)分次內(nèi)運(yùn)動(dòng)；③ 可以選擇使用讓患者更加舒適的固定技術(shù)。然而，光學(xué)表面成像也有一定的局限性，如患者皮膚表面完整性是否可見、形成的體表影像和內(nèi)部腫瘤之間的相對(duì)位置關(guān)系有待進(jìn)一步驗(yàn)證、模型的構(gòu)建及實(shí)時(shí)影像的延時(shí)問題等均需要對(duì)硬件和軟件的不斷改進(jìn)。Hamming等[18]研究表明，在基于光學(xué)表面成像實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)的乳腺癌放療中，表面引導(dǎo)放療技術(shù)（Surface Guided Radiation Therapy，SGRT）與乳腺癌患者的錐形束CT（Cone Beam Computer Tomography，CBCT）數(shù)據(jù)對(duì)比具有良好的一致性。同時(shí)該研究中，使用SGRT持續(xù)監(jiān)測(cè)左側(cè)乳腺癌可以將位置誤差控制在5 mm以內(nèi)。此外還有學(xué)者[19]將SGRT與深吸氣屏氣聯(lián)合應(yīng)用于乳腺癌患者放療，對(duì)心臟和肺的保護(hù)更好。此外，目前光學(xué)表面成像依賴屏氣、呼吸門控和實(shí)時(shí)腫瘤跟蹤技術(shù)等手段，在機(jī)器學(xué)習(xí)或深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)放射治療（Adaptive Radiotherapy，ART），大大提高了靶區(qū)照射的精確度。

2.2 超聲成像

超聲成像因具備快速成像、精度高、無輻射等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于在計(jì)劃和模擬階段評(píng)估分次內(nèi)運(yùn)動(dòng)。實(shí)時(shí)超聲成像在乳房成像中也受到了臨床廣泛的關(guān)注，主要原因?yàn)槿榉拷M織缺乏骨性結(jié)構(gòu)，容易獲得相應(yīng)的器官信息。實(shí)時(shí)超聲成像可提供動(dòng)態(tài)的3D圖像數(shù)據(jù)，并用于乳房的4D成像。此外，超聲成像通常具有良好的軟組織對(duì)比，且乳房的3D/4D超聲能提供冠狀面的診斷信息，因此可以輔助乳腺腫瘤的靶區(qū)勾畫。但目前國(guó)內(nèi)外大部分超聲，因缺乏必要的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，受探頭壓力、掃描范圍/頻次、操作者自身因素不同等影響，圖像質(zhì)量不佳。此外，成像偽影也限制了實(shí)時(shí)超聲成像的應(yīng)用[20]。盡管超聲在診斷、目標(biāo)追蹤和治療前定位方面的應(yīng)用已得到廣泛認(rèn)可，但實(shí)時(shí)超聲成像用于乳腺癌放療分次內(nèi)運(yùn)動(dòng)評(píng)估和追蹤仍較少，尚無專用的商用系統(tǒng)[21]。目前唯一的商用系統(tǒng)是瑞典Elekta公司的Clarity系統(tǒng)，它通過與經(jīng)會(huì)陰超聲聯(lián)合形成4D超聲技術(shù)，集成了機(jī)械掃描的自動(dòng)掃描探頭，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)靶區(qū)分次內(nèi)運(yùn)動(dòng)，該系統(tǒng)主要應(yīng)用于監(jiān)測(cè)前列腺分次內(nèi)運(yùn)動(dòng)[22]。早期Wong等[23]嘗試將Clarity系統(tǒng)應(yīng)用于乳房成像，以評(píng)估Clarity圖像與治療前CT圖像之間的誤差，并觀察到這些誤差在臨床上不明顯。綜上，由于實(shí)時(shí)超聲成像技術(shù)受諸多因素影響，如噪聲較大、操作者水平不一等，圖像在評(píng)估乳房分次內(nèi)運(yùn)動(dòng)方面無明顯優(yōu)勢(shì)，未來還需進(jìn)一步改進(jìn)。

2.3 磁共振成像

基于磁共振引導(dǎo)的實(shí)時(shí)磁共振成像（Magnetic Resonance Image，MRI）技術(shù)因其不產(chǎn)生額外的輻射劑量，被認(rèn)為是圖像引導(dǎo)放療(Image-guided Radiation Therapy，IGRT)的未來[24]。目前市面上的MRI引導(dǎo)放療（MRI-Guided Radiation Therapy，MRgRT）設(shè)備主要有瑞典Elekta公司的Unity系統(tǒng)和美國(guó)ViewRay公司的MRIdian系統(tǒng)，其中最先進(jìn)的MRgRT設(shè)備集成多項(xiàng)技術(shù)可以在乳腺癌放射治療中提供靶區(qū)的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)[25]。但集成式MRgRT機(jī)架的一個(gè)主要問題是安裝成本過高，限制了其在臨床實(shí)踐中的應(yīng)用。早期有學(xué)者通過0.35 T MR-IGRT系統(tǒng)分析乳腺癌分次內(nèi)運(yùn)動(dòng)情況，并評(píng)估照射劑量與計(jì)劃劑量，發(fā)現(xiàn)使用MR電影成像引導(dǎo)進(jìn)行加速部分乳房照射（Accelerated Partial Breast Irradiation，APBI）靶區(qū)照射時(shí)，計(jì)劃劑量和照射劑量之間的平均差異小于1%；同時(shí)發(fā)現(xiàn)乳腺癌在MR引導(dǎo)放療下，計(jì)劃靶區(qū)（Planning Target Volume，PTV）邊界的減少可導(dǎo)致V50%和V100%顯著降低。同時(shí)當(dāng)未增加PTV外放邊界時(shí)，平均位移在AP和SI方向上分別達(dá)到（0.6±0.4）mm和（0.6±0.3）mm[26]。

在2019 年Nachbar等[27]通過在 1.5 T MRI引導(dǎo)直線加速器（MR-linac）上使用 7 野調(diào)強(qiáng)放療（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）計(jì)劃對(duì)乳腺癌進(jìn)行首次人體 PBI治療獲得成功，且1.5 T磁場(chǎng)下的空氣電子流效應(yīng)（Electron Streaming Effect，ESE）和電子返回效應(yīng)（Electron Returning Effect，ERE）不會(huì)增加額外的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)基于模擬的電影MRI數(shù)據(jù)的PTV邊緣個(gè)性化，也是一種可能的運(yùn)動(dòng)緩解方法。雖然該方法目前尚未實(shí)施，但基于實(shí)時(shí)電影模式的MRI的光束門控仍然是一個(gè)有前景的解決方案。MRI引導(dǎo)相較于CBCT技術(shù)而言除無輻射外還有很多優(yōu)點(diǎn)，如軟組織成像對(duì)比度高、無創(chuàng)傷等。但一個(gè)明顯需要考慮的問題是在空氣-組織界面中劑量的不確定性，另外電子反射和電子流效應(yīng)是集成式MR-直線加速器治療計(jì)劃傳輸中的兩個(gè)主要問題[28]。目前，盡管面臨一些挑戰(zhàn)，如MRIgRT治療乳腺癌患者的臨床有效性研究尚有限，但Berlangieri等首次[29]使用APBI技術(shù)聯(lián)合集成MR-linac成功治療乳腺癌。此外，磁場(chǎng)由于使用了較小的射野，使得APBI相對(duì)于WBI表面劑量受到的負(fù)面影響降低[30]。以上國(guó)內(nèi)外的研究表明，MR-linac將是早期乳腺癌患者APBI治療的最有效的手段，可進(jìn)行在線治療并減少對(duì)健康乳腺組織的照射[31]。

2.4 標(biāo)記物實(shí)時(shí)定位成像

標(biāo)記物實(shí)時(shí)定位成像是一種利用體內(nèi)腫瘤與體內(nèi)/體外標(biāo)記物之間的相對(duì)位置關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤靶區(qū)移動(dòng)的實(shí)時(shí)追蹤的技術(shù)，常通過機(jī)架角、動(dòng)態(tài)多葉準(zhǔn)直器或床的移動(dòng)來執(zhí)行[32]，主要分為輻射成像和非輻射成像，前者為提高靶區(qū)的定位效果，通常考慮在腫瘤靶區(qū)或靶區(qū)附近植入人工標(biāo)記物以便在X射線圖像中顯示清晰的輪廓，其中植入的人工標(biāo)記物多由高原子序數(shù)材料制成（如金、鉑、碳涂層氧化鋯等）；后者多通過植入腫瘤靶區(qū)內(nèi)部的3個(gè)具有各種共振頻率（300～500 kHz）的轉(zhuǎn)發(fā)器反饋的電磁信號(hào)，來實(shí)時(shí)追蹤腫瘤靶區(qū)的移動(dòng)，目前臨床上應(yīng)用最廣泛的是瓦里安公司的Calypso 4D電磁追蹤系統(tǒng)[33]。

由于乳房腫瘤屬于表淺性腫瘤，因此便于標(biāo)記物的植入，早期Kinoshita等[6]在17例接受保乳放療的乳腺癌患者的乳頭附近皮膚上放置1個(gè)2.0 mm的金屬標(biāo)記物進(jìn)行放療運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，RL、SI和AP方向的呼吸運(yùn)動(dòng)范圍分別為（1.0±0.6）、（1.3±0.5）和（2.6±1.4）mm；同時(shí)在所有病例中，AP方向的運(yùn)動(dòng)范圍最大。Korreman[34]和Bert等[35]研究報(bào)道，通過內(nèi)置金標(biāo)來觀察靶區(qū)和標(biāo)記物之間的運(yùn)動(dòng)模式，發(fā)現(xiàn)腫瘤位移和標(biāo)記物之間具有良好的相關(guān)性。然而，乳房運(yùn)動(dòng)不僅能通過內(nèi)部/外部金標(biāo)在X射線影像上得到實(shí)時(shí)準(zhǔn)確體現(xiàn)，還可以借助外部替代物或內(nèi)部基準(zhǔn)標(biāo)記的無線信號(hào)來直接評(píng)估射束傳輸期間的器官位移和實(shí)時(shí)定位精度，其中Calypso 4D系統(tǒng)中的電磁轉(zhuǎn)發(fā)器作為高原子序數(shù)標(biāo)記物的替代品，可在非輻射成像的情況下用于實(shí)時(shí)檢測(cè)基準(zhǔn)標(biāo)記位置，提供目標(biāo)位置的連續(xù)實(shí)時(shí)3D定位[36]。

雖然標(biāo)記物實(shí)時(shí)定位成像技術(shù)已被證實(shí)是安全可行的，且對(duì)腫瘤靶區(qū)的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)具有精度高等優(yōu)點(diǎn)[37]。但它們的使用仍受到諸多因素的限制，例如，普通的金屬標(biāo)記物雖然在乳腺癌放療中有廣泛應(yīng)用，但是金標(biāo)的植入是有創(chuàng)的、需要電離輻射成像才能定位，此外成像過程中還會(huì)產(chǎn)生一定的圖像偽影等；而電磁追蹤系統(tǒng)除有創(chuàng)性外，另一明顯缺點(diǎn)是無法單獨(dú)使用，且對(duì)患者有嚴(yán)格準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，如對(duì)有金屬植入物和裝有心臟起搏器的患者影響較大[38]。因此臨床在應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的同時(shí)，需充分考慮其局限性，并不斷改進(jìn)，才能達(dá)到最佳的實(shí)時(shí)定位效果。

2.5 KV/MV（Kilovoltage/Megavolt）級(jí)X射線成像

KV/MV級(jí)X射線成像中目前應(yīng)用最多的是電子射野影像系統(tǒng)（Electronic Portal Imaging Device，EPID），該射野影像裝置不僅可以在治療前對(duì)靶區(qū)位置進(jìn)行校準(zhǔn)，還可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)跟蹤，其中最早的電子射野影像系統(tǒng)是通過在治療條件下的MV級(jí)光束來獲取射野影像，但是其輻射劑量高且圖像分辨率低。近年來，采取安裝KV級(jí)X射線球管或?qū)⒅本€加速器光束能量從MV降低到KV范圍的方法，通過使用2個(gè)KV源與2個(gè)平板探測(cè)器耦合提供立體成像，使放療設(shè)備具備了實(shí)時(shí)X線攝影和透視的功能，并以此來進(jìn)行動(dòng)態(tài)腫瘤追蹤，其中應(yīng)用最多的設(shè)備主要包括日本三菱重工的Vero系統(tǒng)、德國(guó)Brainlab公司的ExcaTrac系統(tǒng)和安科瑞公司的 CyberKnife系統(tǒng)[39]。

射野影像的采集因其快速且易于使用的優(yōu)點(diǎn)，可以用于測(cè)量乳腺癌患者放療期間的運(yùn)動(dòng)情況。早期Jones等[40]研究表明，在EPID跟蹤乳房運(yùn)動(dòng)中測(cè)得的最大運(yùn)動(dòng)幅度為0.8～2.2 mm，平均為1.5 mm。在另一項(xiàng)工作中，有學(xué)者用EPID研究了日常治療期間受呼吸運(yùn)動(dòng)影響的肺受照厚度，結(jié)果顯示，每例患者在治療當(dāng)天的分次內(nèi)變化很小，每天最大范圍為2.5 mm，說明可以用EPID來評(píng)估乳房分次內(nèi)和分次間運(yùn)動(dòng)[9]。Kron等[41]研究表明，最大的變化是在SI方向，分次內(nèi)和分次間運(yùn)動(dòng)分別為（1.3±0.4）mm和（2.6±1.3）mm。在最近一項(xiàng)基于射波刀的立體成像的研究中，Hoekstra等[42]評(píng)估了呼吸運(yùn)動(dòng)對(duì)APBI照射的PTV邊緣的影響，結(jié)果表明，PTV邊界取決于治療時(shí)間長(zhǎng)短。此外，根據(jù)AAPM 75號(hào)報(bào)告[43]，基于KV級(jí)X線成像的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的一個(gè)顯著缺點(diǎn)是在患者皮膚表面產(chǎn)生額外的劑量；其中在任何KV級(jí)X線成像技術(shù)中，每張圖像的劑量為1～3 mGy。

2.6 CT成像系統(tǒng)

CT成像系統(tǒng)對(duì)腫瘤位置的監(jiān)測(cè)主要包括在計(jì)劃執(zhí)行階段的錐形束CT和放療計(jì)劃制定階段的4D CT。前者主要包含KV/MV級(jí)3D CBCT和4D CBCT，雖然定位精度高，且可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)腫瘤靶區(qū)運(yùn)動(dòng)情況，但因輻射劑量高，多用于放療前糾正擺位誤差和離線數(shù)據(jù)分析。后者可對(duì)胸部腫瘤放療的患者在計(jì)劃階段提供高空間和時(shí)間分辨率的區(qū)域圖像，以用于構(gòu)建管理呼吸誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)的呼吸模型，即4D CT可以實(shí)現(xiàn)4D治療計(jì)劃。在4D CT中，呼吸周期首先由外部設(shè)備監(jiān)測(cè)，如實(shí)時(shí)位置管理（Real-Time Position Management，RPM）系統(tǒng)，然后將呼吸周期劃分為10個(gè)時(shí)相來設(shè)定治療計(jì)劃。Richter等[44]發(fā)現(xiàn)，在4D CT掃描中由呼吸運(yùn)動(dòng)引起的胸部運(yùn)動(dòng)振幅約為（1.8±0.9） mm，目標(biāo)覆蓋率的誤差降至5%以內(nèi)。

與呼吸相關(guān)的4D CT成像雖是一種很有潛力的獲取時(shí)間分辨率CT圖像的解決方案，但其代價(jià)是輻射劑量大大增加。Chan等[13]的研究表明，對(duì)乳腺癌患者使用4D CT成像可以更好地估算出輻射場(chǎng)中心臟的實(shí)際受量。Qi等[45]提出通過2個(gè)指標(biāo)，即最大心臟深度（Maximum Heart Depth，MHD）和從4D CT數(shù)據(jù)集提取的左升主動(dòng)脈深度，來評(píng)估呼吸誘導(dǎo)的心臟運(yùn)動(dòng)，結(jié)果顯示，心臟的劑量變化與左側(cè)乳腺癌門控放療的這2個(gè)指標(biāo)高度相關(guān)。4D CT掃描觀察到更大的呼吸誘發(fā)心臟移位（近1 cm）。此外，在使用4D CT掃描時(shí)，IMRT相較于三維適形放療，左心室的平均最大劑量從49.14 Gy 減少到33.97 Gy。以上研究表明，基于4D CT的心臟保護(hù)很有必要。為評(píng)估乳腺癌IMRT中的心臟保護(hù)情況，F(xiàn)rancolini等[47]在放射治療模擬中使用4D CT成像通過形變配準(zhǔn)對(duì)呼吸引起的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模，以計(jì)算累積的心臟劑量，從而實(shí)現(xiàn)臨床計(jì)劃的最優(yōu)化。與常規(guī)CT相比，4D CT在放療中的主要缺點(diǎn)是增加了患者的輻射劑量，但4D CT成像的額外劑量可以通過大量減少對(duì)危及器官的照射來補(bǔ)償。

2.7 人工智能

人工智能（Artificial Intelligence，AI）在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用主要是通過機(jī)器學(xué)習(xí)（Machine Learning，ML）來實(shí)現(xiàn)的。ML的一個(gè)重要分支領(lǐng)域是深度學(xué)習(xí)（Deep Learning，DL）[48]。AI在放射治療工作流程中提供了一系列關(guān)鍵的應(yīng)用，包括圖像重建、圖像分割（靶區(qū)和危及器官勾畫）、圖像配準(zhǔn)、放射組學(xué)、治療反應(yīng)評(píng)估和預(yù)測(cè)等。同時(shí)可以在DL基礎(chǔ)上僅利用MR治療計(jì)劃從4D MRI數(shù)據(jù)集創(chuàng)建合成4D CT圖像。AI除上述應(yīng)用外，還可以用于腫瘤實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與跟蹤進(jìn)行4D放療。在放射治療中，如果不采用運(yùn)動(dòng)管理方法，患者或內(nèi)部器官運(yùn)動(dòng)可能會(huì)增加正常組織的劑量。對(duì)于乳腺癌精確放療，AI不僅可以通過建立深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，提升乳腺癌篩查的效率及準(zhǔn)確率，輔助乳腺癌放療中的靶區(qū)勾畫、計(jì)劃優(yōu)化、圖像配準(zhǔn)以及療效的預(yù)測(cè)，還可用于生成針對(duì)患者的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)管理模型，提前預(yù)測(cè)呼吸運(yùn)動(dòng)引起的腫瘤運(yùn)動(dòng)軌跡，改善腫瘤跟蹤中射束調(diào)整可能帶來的系統(tǒng)延遲，并在靶位置不適當(dāng)時(shí)中斷照射[49]。這些算法可以自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)整復(fù)雜的呼吸模式，從而準(zhǔn)確地提前跟蹤和預(yù)測(cè)腫瘤位置[48]。Sahiner等[50]將深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Deep Convolutional Neural Network，DCNN）與運(yùn)動(dòng)跟蹤相結(jié)合，利用單個(gè)投影X線圖像實(shí)時(shí)生成解剖位置，可以預(yù)測(cè)治療期間的腫瘤運(yùn)動(dòng)。同時(shí)AI在動(dòng)態(tài)/4D乳腺成像、圖像配準(zhǔn)和自適應(yīng)治療計(jì)劃等方面的應(yīng)用引起了人們的廣泛關(guān)注。

雖然，當(dāng)前的AI技術(shù)尚不成熟，仍存在很多不確定性，如現(xiàn)有的數(shù)據(jù)模型是否適用于所有腫瘤、模型的穩(wěn)定性和精確性是否有保障，以及AI發(fā)展伴隨的數(shù)據(jù)和隱私問題是否安全等，都是其在發(fā)展中需要思考的問題[51]。但是未來隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，相信AI的應(yīng)用必將在放射腫瘤學(xué)領(lǐng)域帶來前所未有的變化。

3 總結(jié)與展望

放射治療中腫瘤的運(yùn)動(dòng)一直是胸腹部腫瘤放療中必須考慮的問題，特別對(duì)離心臟比較近的左側(cè)乳腺癌患者來說尤為重要。隨著放療技術(shù)的不斷發(fā)展，腫瘤運(yùn)動(dòng)管理技術(shù)也在不斷提高。本文綜述了幾種常見的用于乳腺癌放療分次內(nèi)器官運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展，例如，基于表面成像、4D CT、4D MRI、4D超聲和AI等一些直接或間接的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，進(jìn)一步提高了人們對(duì)腫瘤運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的認(rèn)識(shí)，以及利用這些技術(shù)提高乳腺癌放療的精確度。然而每項(xiàng)技術(shù)都存在其局限性，臨床上應(yīng)考慮將幾種技術(shù)聯(lián)合使用，如表面引導(dǎo)技術(shù)通常與屏氣或呼吸門控聯(lián)合使用，X線成像通常與內(nèi)/外標(biāo)記物聯(lián)合使用，進(jìn)而提升治療效果。同樣，乳腺癌放療體位的選擇，仰臥位還是俯臥位，治療計(jì)劃的優(yōu)化方式都是需要考慮的問題。但是上述技術(shù)僅從光子束的層面展開介紹，未對(duì)粒子束下乳腺癌靶區(qū)運(yùn)動(dòng)中情況進(jìn)行描述，因此，后續(xù)還需要進(jìn)一步的研究和開發(fā)工作，以充分利用現(xiàn)有方法的優(yōu)勢(shì)，解決與乳腺移動(dòng)靶區(qū)照射相關(guān)的技術(shù)和臨床問題。未來隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于乳腺癌放療中器官運(yùn)動(dòng)管理的相應(yīng)研究會(huì)越來越多，腫瘤放療中的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)也會(huì)變得更加成熟，并向著無輻射、精度高、療效好的方向發(fā)展。