深度解讀:圖像引導放射治療(IGRT)3個常見的認識誤區

2020-06-28    4490
無論是在傳統光子放療領域還是在粒子放療領域,圖像引導放射治療(IGRT)的重要性日益凸顯。IGRT技術不再是一種只有最高端設備上才有的錦上添花的高級選項;相反地,它已成為中端設備甚至入門級設備的標準配置。

隨著精準放療發展理念的進一步強化,圖像引導放射治療(IGRT)成為臨床治療的法規強制要求也將預料可期。將來的放療,沒有定位的精準和劑量的精確、沒有IGRT技術支撐的精準放療都是不可想象的。

由于涉及臨床、放療、影像、信息化/軟件等多學科交叉和多領域結合,很多人對IGRT并不真正了解。本文將對三個常見認識誤區進行深度和多角度解讀,以期促進IGRT概念的正確理解和傳播。由于作者經驗和知識所限,文中錯誤或遺漏之處在所難免,歡迎批評指正,或與之聯系以便進一步深入探討。

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▎誤區一:
IGRT就是放療中的影像設備

IGRT其實是一個系統級的解決方案,實現過程涉及眾多硬件、軟件算法和臨床流程操作等完整鏈條的不同環節。在這個鏈條中,影像設備起關鍵作用,對IGRT整體性能影響重大。然而,雖然影像設備是占C位的“大明星”、用其代言以更好宣傳IGRT亦無不可,但不可輕視甚至忽略“背后團隊“的力量。

從放療臨床流程的角度,IGRT 涉及到的環節至少包括:用于制定放療計劃的成像,治療照射前病人擺位/定位成像,兩次成像的圖像配準,擺位校正,治療照射過程中運動監控成像及校正,治療照射后的影像評估等。這里有IGRT系統的“眼睛“ (成像模塊,或稱為信息獲取模塊)、”大腦“(算法/軟件模塊和控制系統模塊,或稱為信息分析處理模塊)和“雙手”(執行模塊,比如治療床等);“眼”-“腦”-“手”的無縫銜接和完美配合(系統高度集成、閉環和智能化)才能達到最好的IGRT整體性能。

解讀一:

IGRT不是“單項賽”而是“綜合賽”;IGRT“團隊”的“明星隊員”對提升“團隊”整體能力至關重要,但僅靠“明星隊員”并不能站上領獎臺。 

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“眼-腦-手”協同配合的閉環IGRT系統                                                           IGRT發展,不同的人有不同的認識

▎誤區二:
影像質量越高,IGRT性能就越好

如上所述,由于IGRT是一個系統級的解決方案,所涉鏈條的任一環節的誤差都會傳遞、累積到IGRT的系統誤差之中;越是短板之處,影響越大。任一環節性能的提升并不必然導致IGRT整體系統性能的提升,需要其他環節的調整配合以發揮出其最大潛能。

從IGRT發展的歷史來看,影像質量曾在很長一段時間內是IGRT的最大瓶頸之一。對很多人而言,解決這個短板也就成為提升IGRT性能、提高產品定位的當務之急和重中之重。比如,相比最初的2D MV EPID,2000年左右開始出現的3D kV CBCT (Volume Imaging) 的圖像質量有了質的飛躍,放療正式進入了IGRT時代。

而相比CBCT,診斷級扇形束CT(簡稱CT)圖像更清晰、軟組織分辨力更強,MR比CT又進一步提升了軟組織分辨力和功能成像,CT-IGRT和MR-IGRT不僅能使定位更精準,其圖像質量也足以用來制定/修改放療計劃,引領放療進入自適應放療(Adaptive Radiation Therapy, ART)時代。此外,還有不少團隊在做PET-CT等分子影像IGRT、多模態結合影像IGRT等相關研究。可以說,IGRT系統的影像質量已有了長足的進步、甚至“過剩”之憂(幸福的煩惱)。

當影像質量不再是問題之后,原本不是瓶頸的鏈條中的其他環節就會凸顯出來,成為新的瓶頸,比如圖像配準算法、或治療床的運行精度、或IGRT各模塊的集成程度等。IGRT就像是一場進行中的“接力賽”,還未到完全滿足臨床對精準放療需求的終點。也許有人剛跑第一棒,也有人在跑第二或第三棒,甚至有人開始跑第四棒。

解讀二:

是不是“影像質量越高,IGRT性能就越好“?不同人的答案或有不同,取決于人們所關注的焦點在哪、所面臨的最大問題在哪。

▎誤區三:
只有放療設備上裝了影像設備才算有IGRT

這其實涉及到IGRT的另一個關鍵問題:IGRT鏈條上各模塊在空間和時間上的集成程度,及其對IGRT系統性能的影響。解讀這個誤區之前,我們先看一下IGRT的分類及權威定義:


IEC定義

出處:IEC 60976,ed.2.0 (2007-10)

中國國標委定義

出處:GB15213-2016 (IEC 60976等效轉化)

IGRT

radiotherapy process by which the location of a   radiotherapy beam relative to the intended target volume within a patient’s   anatomy is determined by imaging of the target volume and surrounding   anatomical structures at the time of treatment, so as to enable any necessary   positional corrections to the intended relative location of beam to target   volume

圖像引導放射治療(IGRT

一種放射治療過程。在治療時采集靶區和其周圍解剖結構的圖像來確定患者體內治療射束相對于預定靶區的位置,從而對射束相對靶區的預定位置進行必要的修正


IEC定義

出處:IEC 60601-2-68,ed.1.0   (2014-09)

中國國標委定義

出處:YY **** (IEC 60601-2-28等同轉化,尚未出版)

Off-line   IGRT

IGRT for the purpose of patient setup and/or treatment plan adjustment   to be applied in subsequent treatment delivery

離線IGRT

一種IGRT,其目的是對患者擺位和/或治療計劃進行調整,并應用到后續的治療實施中

On-line IGRT

IGRT for the purpose of patient setup   or treatment plan adjustment immediately prior to or during the therapeutic   irradiation session requiring operator initiated adjustments.

Note 1 to entry: The patient stays on the patient   positioning device and is immobile during and in-between imaging and   treatment.

在線IGRT

一種IGRT,其目的是在治療輻照過程開始前或進行中對患者擺位和/或治療計劃進行調整,需要由操作者發起調整

注1:在成像和治療期間,患者停留在患者擺位裝置上,處于不可移動狀態

Real-time IGRT

IGRT that images throughout therapeutic irradiation and based upon   that information, allows automatic adjustments of treatment parameters   throughout the therapeutic irradiation without operator intervention

實時IGRT

一種IGRT,在治療輻照過程中成像,并基于此信息,允許在沒有操作者干預的情況下在治療輻照過程中對治療參數進行自動調節



但需要指出的是,將影像設備和放療設備裝配在一起并不是唯一的選擇。比如,醫科達Clarity超聲IGRT并不是將超聲裝配到放療設備上,安科銳賽博刀的x射線交叉雙平板IGRT的球管和探測器固定在了天花板和地板上,但這并不影響它們成為典型的在線或實時IGRT。

此外,影像設備和放療設備裝配在一起并不必然帶來系統誤差大幅降低的結果。比如,從CT-on-rail方案或CT、放療設備放置病床兩端的方案衍生出來CT-放療設備背靠背緊密固定在一起的方案并非革命性的改進,而是將病床移動距離縮短控制誤差的技術難度降低的一種改良,未實現成像平面和治療平面共面的問題從而真正實現一體化,仍高度依賴病床移動的超高精度,治療床也還仍是關鍵路徑或瓶頸。


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解讀三:
從不同房間到同一房間,從分體到一體,從非共面到共面,從非同源到同源,都是IGRT的發展的中間技術路線,并不是IGRT的終極目標。能夠實現精準放療才是IGRT的終極目標。

▎結論:

IGRT技術仍在快速發展中。在技術螺旋上升的過程中,鏈條中的不同環節可能扮演著瓶頸或引領者的角色、且可能在不同時期在兩角色間切換,鏈條中的其他環節以不同的形式重組、解構,然后再重組,IGRT方案也會以不同的形式呈現。但無論怎樣,其本質目標是服務臨床過程、滿足臨床需求,實現更精準的放療。


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撰稿 | 張紀莊
審校 | 王海兵
排版 | Simon

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