“精準放療”時代下圖像引導放射治療(IGRT)技術介紹

2020-06-08    7859

一、摘要

在精準醫學時代,放射治療在圍繞“精準放療”的終極目標,全球的設備廠商和科研機構推出了各種各樣的新技術來滿足這一臨床要求。而圖像引導放射治療(IGRT)無疑是在精準放療發展道路上最重要的技術之一。


圖像引導放射治療(IGRT),是在患者進行治療前、治療中利用各種影像設備,對腫瘤及正常器官進行監控,并根據器官位置的變化調整治療位置、治療條件,使照射野緊緊“追隨”靶區。所以圖像引導對于放射治療的重要性,好比瞄準鏡對于狙擊步槍。


由于圖像引導放射治療(IGRT)是近年來放療發展的主要趨勢之一,各設備廠商分別推出了各種各樣的圖像引導放療技術,從電子射野影像系統(EPID)到KV級錐形束CT(CBCT);從In-room CT+直加組合到直加CT一體機,從MV級CBCT到超聲引導放療,從MR圖像引導放療到未來的PET/CT圖像引導放療,我們看到技術的迭代和圍繞精準定位的同時,還要考慮到劑量精準管理的需求。下面我們就臨床常用的幾種圖像引導放療技術做簡要介紹。


二、電子射野影像系統(EPID)


電子射野影像系統這種成像技術出現比較早,也是目前應用最廣的成像技術之一。一般以6MV兆伏級X線進行拍片驗證,可用較少的劑量獲得較好成像質量。具有體積小、分辨率高、靈敏度高、能響范圍寬等優點,臨床上攝片操作簡單,成本低、容易實現。既可以離線校正驗證射野的大小、形狀、位置和患者擺位,也可以直接測量射野內劑量,是一種簡單實用的二維影像驗證設備。其缺點是攝野片骨和空氣對比度都較低,軟組織顯像不清晰,太依賴操作人員主觀判斷。


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隨著X線探測技術的發展,基于MV級非晶硅平板探測器的EPID,可以得到頭部、胸部、盆腔等部位的非常清晰的影像。EPID技術可以直接測量射野內劑量,是一種快速的二維劑量測量系統。由于EPID技術的同源性,其在未來的技術發展中將會在位置校準、計量學驗證等方面始終占據優勢,業內專家也對該技術的發展前進非常看好。


三、KV級錐形束CT(Cone Beam CT,CBCT)


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CBCT成像技術是目前應用最廣的圖像引導技術,它使用大面積非晶硅數字化X射線探測板,機架旋轉一周就能獲取和重建一定體積范圍內的CT圖像。這個體積內的CT影像重建后的三維影像模型,可以與治療計劃系統(TPS)的患者模型匹配比較,并自動計算出治療床需要調節的參數。


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從上上圖可以看到CBCT具有體積小、重量輕、開放式架構的特點,可以直接整合到直線加速器上。CBCT的圖像質量空間分辨率高,操作簡單快捷。放療中最常使用的容積成像功能,可以快速完成在線校正治療位置,深得技師喜愛。同時它也具有在治療位置進行X線透視、攝片等功能,不過這些臨床功能使用不多。


KV級CBCT的缺點是密度分辨率較低,尤其是低對比度密度分辨率與先進的臨床診斷CT相比,還有一定差距。與MV級 CBCT相比,它的KV級圖像與MV級治療不是同源,非等中心旋轉誤差也給定位校準增加了系統誤差。


四、In-Room CT+直加組合系統


In-Room CT這種成像技術是西門子ONCOR機器的圖像引導解決方案,在一臺ONCOR直線加速器配備一臺多排Somatom CT機,CT機與加速器共用治療床。該解決方案的優勢在于大幅提高了影像的空間分辨率和成像質量,在精準定位上做到了極致,不過該系統相對KV級CBCT復雜很多,由于該解決方案在追求精準的同時大大提高了設備成本,加之西門子醫療在2012年就退出放療業務,該技術在國內并不多見。但這種解決方案在重粒子治療的固定治療室或旋轉機架治療室里面,我們看到日本多家重粒子治療中心,仍舊采用這種定位解決方案。


五、其它影像圖像引導技術

超聲成像放療引導技術是將無創三維超聲成像技術與直線加速器相結合,通過采集靶區三維超聲圖像,輔助靶區的定位并減小分次治療的擺位誤差、分次治療間的靶區移位和變形的技術。超聲引導在如乳腺癌、前列腺癌、婦科腫瘤和膀胱癌中具有非常大的優勢。


核磁圖像引導放療技術主要是瑞典公司Elekta研發的核磁加速器和美國公司ViewRay研發的核磁伽馬刀。這種成像技術有高于CT數倍的軟組織分辨能力,圖像中對于軟組織的對比度可以提高1-3個等級度;成像不會產生CT檢測中的骨性偽影;不用造影劑就可得到很好的軟對比度,而且還避免了造影劑可能引起的過敏反應;不會像CT那樣產生對人有損傷的電離輻射。磁共振不僅有形態學,還具備功能學,可以形成分子影像,影像診斷中很熱門的磁共振彌散加權成像(DWI)、磁共振彌散張量成像(DTI)等功能磁共振也可以與放射治療相結合。


六、結論與展望

通過上面幾種成熟技術的介紹,EPID技術和CBCT技術無疑是目前最常用的臨床圖像引導技術的選擇,根據臨床開展放療經驗和成本核算,EPID技術和CBCT都足以滿足臨床圖像引導的基本需求,相較CBCT而言,EPID技術更加體現高性價比的實用性。


對于追求技術極致的大三甲醫院,可能會在MR圖像引導放療上做出嘗試和選擇,但MR成像原理相對于真正的分子影像PET/CT的而言,MR還有很大的差距,目前我們還沒看到用PET/CT的功能和解剖融合圖像進行放療定位的實際臨床應用,而相對于真正的精準放療,專家們認為PET/CT引導的精準放療或許是未來的主流趨勢,當然這一技術實現和臨床應用仍需要很長的研發道路,這也是很多臨床專家夢寐以求的技術追求吧。



撰稿 | 王海兵

供圖 | 王海兵

排版 | 沈夢韻

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