“精准放疗”时代下图像引导放射治疗(IGRT)技术介绍

2020-06-08    6113

一、摘要

在精准医学时代,放射治疗在围绕“精准放疗”的终极目标,全球的设备厂商和科研机构推出了各种各样的新技术来满足这一临床要求。而图像引导放射治疗(IGRT)无疑是在精准放疗发展道路上最重要的技术之一。


图像引导放射治疗(IGRT),是在患者进行治疗前、治疗中利用各种影像设备,对肿瘤及正常器官进行监控,并根据器官位置的变化调整治疗位置、治疗条件,使照射野紧紧“追随”靶区。所以图像引导对于放射治疗的重要性,好比瞄准镜对于狙击步枪。


由于图像引导放射治疗(IGRT)是近年来放疗发展的主要趋势之一,各设备厂商分别推出了各种各样的图像引导放疗技术,从电子射野影像系统(EPID)到KV级锥形束CT(CBCT);从In-room CT+直加组合到直加CT一体机,从MV级CBCT到超声引导放疗,从MR图像引导放疗到未来的PET/CT图像引导放疗,我们看到技术的迭代和围绕精准定位的同时,还要考虑到剂量精准管理的需求。下面我们就临床常用的几种图像引导放疗技术做简要介绍。


二、电子射野影像系统(EPID)


电子射野影像系统这种成像技术出现比较早,也是目前应用最广的成像技术之一。一般以6MV兆伏级X线进行拍片验证,可用较少的剂量获得较好成像质量。具有体积小、分辨率高、灵敏度高、能响范围宽等优点,临床上摄片操作简单,成本低、容易实现。既可以离线校正验证射野的大小、形状、位置和患者摆位,也可以直接测量射野内剂量,是一种简单实用的二维影像验证设备。其缺点是摄野片骨和空气对比度都较低,软组织显像不清晰,太依赖操作人员主观判断。


微信截图_20200628140925


随着X线探测技术的发展,基于MV级非晶硅平板探测器的EPID,可以得到头部、胸部、盆腔等部位的非常清晰的影像。EPID技术可以直接测量射野内剂量,是一种快速的二维剂量测量系统。由于EPID技术的同源性,其在未来的技术发展中将会在位置校准、计量学验证等方面始终占据优势,业内专家也对该技术的发展前进非常看好。


三、KV级锥形束CT(Cone Beam CT,CBCT)


image005


CBCT成像技术是目前应用最广的图像引导技术,它使用大面积非晶硅数字化X射线探测板,机架旋转一周就能获取和重建一定体积范围内的CT图像。这个体积内的CT影像重建后的三维影像模型,可以与治疗计划系统(TPS)的患者模型匹配比较,并自动计算出治疗床需要调节的参数。


image010


从上上图可以看到CBCT具有体积小、重量轻、开放式架构的特点,可以直接整合到直线加速器上。CBCT的图像质量空间分辨率高,操作简单快捷。放疗中最常使用的容积成像功能,可以快速完成在线校正治疗位置,深得技师喜爱。同时它也具有在治疗位置进行X线透视、摄片等功能,不过这些临床功能使用不多。


KV级CBCT的缺点是密度分辨率较低,尤其是低对比度密度分辨率与先进的临床诊断CT相比,还有一定差距。与MV级 CBCT相比,它的KV级图像与MV级治疗不是同源,非等中心旋转误差也给定位校准增加了系统误差。


四、In-Room CT+直加组合系统


In-Room CT这种成像技术是西门子ONCOR机器的图像引导解决方案,在一台ONCOR直线加速器配备一台多排Somatom CT机,CT机与加速器共用治疗床。该解决方案的优势在于大幅提高了影像的空间分辨率和成像质量,在精准定位上做到了极致,不过该系统相对KV级CBCT复杂很多,由于该解决方案在追求精准的同时大大提高了设备成本,加之西门子医疗在2012年就退出放疗业务,该技术在国内并不多见。但这种解决方案在重粒子治疗的固定治疗室或旋转机架治疗室里面,我们看到日本多家重粒子治疗中心,仍旧采用这种定位解决方案。


五、其它影像图像引导技术

超声成像放疗引导技术是将无创三维超声成像技术与直线加速器相结合,通过采集靶区三维超声图像,辅助靶区的定位并减小分次治疗的摆位误差、分次治疗间的靶区移位和变形的技术。超声引导在如乳腺癌、前列腺癌、妇科肿瘤和膀胱癌中具有非常大的优势。


核磁图像引导放疗技术主要是瑞典公司Elekta研发的核磁加速器和美国公司ViewRay研发的核磁伽马刀。这种成像技术有高于CT数倍的软组织分辨能力,图像中对于软组织的对比度可以提高1-3个等级度;成像不会产生CT检测中的骨性伪影;不用造影剂就可得到很好的软对比度,而且还避免了造影剂可能引起的过敏反应;不会像CT那样产生对人有损伤的电离辐射。磁共振不仅有形态学,还具备功能学,可以形成分子影像,影像诊断中很热门的磁共振弥散加权成像(DWI)、磁共振弥散张量成像(DTI)等功能磁共振也可以与放射治疗相结合。


六、结论与展望

通过上面几种成熟技术的介绍,EPID技术和CBCT技术无疑是目前最常用的临床图像引导技术的选择,根据临床开展放疗经验和成本核算,EPID技术和CBCT都足以满足临床图像引导的基本需求,相较CBCT而言,EPID技术更加体现高性价比的实用性。


对于追求技术极致的大三甲医院,可能会在MR图像引导放疗上做出尝试和选择,但MR成像原理相对于真正的分子影像PET/CT的而言,MR还有很大的差距,目前我们还没看到用PET/CT的功能和解剖融合图像进行放疗定位的实际临床应用,而相对于真正的精准放疗,专家们认为PET/CT引导的精准放疗或许是未来的主流趋势,当然这一技术实现和临床应用仍需要很长的研发道路,这也是很多临床专家梦寐以求的技术追求吧。



撰稿 | 王海兵

供图 | 王海兵

排版 | 沈梦韵