深度解读:图像引导放射治疗(IGRT)3个常见的认识误区

2020-06-28    3472
无论是在传统光子放疗领域还是在粒子放疗领域,图像引导放射治疗(IGRT)的重要性日益凸显。IGRT技术不再是一种只有最高端设备上才有的锦上添花的高级选项;相反地,它已成为中端设备甚至入门级设备的标准配置。

随着精准放疗发展理念的进一步强化,图像引导放射治疗(IGRT)成为临床治疗的法规强制要求也将预料可期。将来的放疗,没有定位的精准和剂量的精确、没有IGRT技术支撑的精准放疗都是不可想象的。

由于涉及临床、放疗、影像、信息化/软件等多学科交叉和多领域结合,很多人对IGRT并不真正了解。本文将对三个常见认识误区进行深度和多角度解读,以期促进IGRT概念的正确理解和传播。由于作者经验和知识所限,文中错误或遗漏之处在所难免,欢迎批评指正,或与之联系以便进一步深入探讨。

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▎误区一:
IGRT就是放疗中的影像设备

IGRT其实是一个系统级的解决方案,实现过程涉及众多硬件、软件算法和临床流程操作等完整链条的不同环节。在这个链条中,影像设备起关键作用,对IGRT整体性能影响重大。然而,虽然影像设备是占C位的“大明星”、用其代言以更好宣传IGRT亦无不可,但不可轻视甚至忽略“背后团队“的力量。

从放疗临床流程的角度,IGRT 涉及到的环节至少包括:用于制定放疗计划的成像,治疗照射前病人摆位/定位成像,两次成像的图像配准,摆位校正,治疗照射过程中运动监控成像及校正,治疗照射后的影像评估等。这里有IGRT系统的“眼睛“ (成像模块,或称为信息获取模块)、”大脑“(算法/软件模块和控制系统模块,或称为信息分析处理模块)和“双手”(执行模块,比如治疗床等);“眼”-“脑”-“手”的无缝衔接和完美配合(系统高度集成、闭环和智能化)才能达到最好的IGRT整体性能。

解读一:

IGRT不是“单项赛”而是“综合赛”;IGRT“团队”的“明星队员”对提升“团队”整体能力至关重要,但仅靠“明星队员”并不能站上领奖台。 

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“眼-脑-手”协同配合的闭环IGRT系统                                                           IGRT发展,不同的人有不同的认识

▎误区二:
影像质量越高,IGRT性能就越好

如上所述,由于IGRT是一个系统级的解决方案,所涉链条的任一环节的误差都会传递、累积到IGRT的系统误差之中;越是短板之处,影响越大。任一环节性能的提升并不必然导致IGRT整体系统性能的提升,需要其他环节的调整配合以发挥出其最大潜能。

从IGRT发展的历史来看,影像质量曾在很长一段时间内是IGRT的最大瓶颈之一。对很多人而言,解决这个短板也就成为提升IGRT性能、提高产品定位的当务之急和重中之重。比如,相比最初的2D MV EPID,2000年左右开始出现的3D kV CBCT (Volume Imaging) 的图像质量有了质的飞跃,放疗正式进入了IGRT时代。

而相比CBCT,诊断级扇形束CT(简称CT)图像更清晰、软组织分辨力更强,MR比CT又进一步提升了软组织分辨力和功能成像,CT-IGRT和MR-IGRT不仅能使定位更精准,其图像质量也足以用来制定/修改放疗计划,引领放疗进入自适应放疗(Adaptive Radiation Therapy, ART)时代。此外,还有不少团队在做PET-CT等分子影像IGRT、多模态结合影像IGRT等相关研究。可以说,IGRT系统的影像质量已有了长足的进步、甚至“过剩”之忧(幸福的烦恼)。

当影像质量不再是问题之后,原本不是瓶颈的链条中的其他环节就会凸显出来,成为新的瓶颈,比如图像配准算法、或治疗床的运行精度、或IGRT各模块的集成程度等。IGRT就像是一场进行中的“接力赛”,还未到完全满足临床对精准放疗需求的终点。也许有人刚跑第一棒,也有人在跑第二或第三棒,甚至有人开始跑第四棒。

解读二:

是不是“影像质量越高,IGRT性能就越好“?不同人的答案或有不同,取决于人们所关注的焦点在哪、所面临的最大问题在哪。

▎误区三:
只有放疗设备上装了影像设备才算有IGRT

这其实涉及到IGRT的另一个关键问题:IGRT链条上各模块在空间和时间上的集成程度,及其对IGRT系统性能的影响。解读这个误区之前,我们先看一下IGRT的分类及权威定义:


IEC定义

出处:IEC 60976,ed.2.0 (2007-10)

中国国标委定义

出处:GB15213-2016 (IEC 60976等效转化)

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

图像引导放射治疗(IGRT

一种放射治疗过程。在治疗时采集靶区和其周围解剖结构的图像来确定患者体内治疗射束相对于预定靶区的位置,从而对射束相对靶区的预定位置进行必要的修正


IEC定义

出处:IEC 60601-2-68,ed.1.0   (2014-09)

中国国标委定义

出处:YY **** (IEC 60601-2-28等同转化,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

离线IGRT

一种IGRT,其目的是对患者摆位和/或治疗计划进行调整,并应用到后续的治疗实施中

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.

在线IGRT

一种IGRT,其目的是在治疗辐照过程开始前或进行中对患者摆位和/或治疗计划进行调整,需要由操作者发起调整

注1:在成像和治疗期间,患者停留在患者摆位装置上,处于不可移动状态

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

实时IGRT

一种IGRT,在治疗辐照过程中成像,并基于此信息,允许在没有操作者干预的情况下在治疗辐照过程中对治疗参数进行自动调节



但需要指出的是,将影像设备和放疗设备装配在一起并不是唯一的选择。比如,医科达Clarity超声IGRT并不是将超声装配到放疗设备上,安科锐赛博刀的x射线交叉双平板IGRT的球管和探测器固定在了天花板和地板上,但这并不影响它们成为典型的在线或实时IGRT。

此外,影像设备和放疗设备装配在一起并不必然带来系统误差大幅降低的结果。比如,从CT-on-rail方案或CT、放疗设备放置病床两端的方案衍生出来CT-放疗设备背靠背紧密固定在一起的方案并非革命性的改进,而是将病床移动距离缩短控制误差的技术难度降低的一种改良,未实现成像平面和治疗平面共面的问题从而真正实现一体化,仍高度依赖病床移动的超高精度,治疗床也还仍是关键路径或瓶颈。


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解读三:
从不同房间到同一房间,从分体到一体,从非共面到共面,从非同源到同源,都是IGRT的发展的中间技术路线,并不是IGRT的终极目标。能够实现精准放疗才是IGRT的终极目标。

▎结论:

IGRT技术仍在快速发展中。在技术螺旋上升的过程中,链条中的不同环节可能扮演着瓶颈或引领者的角色、且可能在不同时期在两角色间切换,链条中的其他环节以不同的形式重组、解构,然后再重组,IGRT方案也会以不同的形式呈现。但无论怎样,其本质目标是服务临床过程、满足临床需求,实现更精准的放疗。


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撰稿 | 张纪庄
审校 | 王海兵
排版 | Simon