图像引导放射治疗技术的现状与展望

图像引导反射治疗技术展望
❖ 2.动态跟踪治疗系统 在图像设备的实时引 导下，通过治疗床的运动或照射野的运动, 使照射野与运动的肿瘤(靶区)保持相对位 置固定，达到动态适形。这种治疗模式对 于受呼吸、心跳等影响较大的胸腹部肿瘤 的放射治疗具有重要的意义。外放的边界 进一步缩小，没有了设备门控间期的停滞 时间，照射时间将缩短，机器的利用率提 高，放疗将更加精确、高效。
图像引导放射治疗（IGRT)）技术的 现状与展望
21世纪放射治疗技术的主流—影像引 导放射治疗（IGRT）
图像引导反射治疗的现状
❖ IGRT是在国外刚刚开始的新技术，它的 发展是以图像引导设备的发展为基础的， 目前临床应用的图像引导设备状况代表了 IGRT的现状. 所谓影像引导放疗，就是通 过放疗前以加速器自带的CT进行扫描，采 集并重建三维图像，与治疗计划图像配准 后再实施治疗。这样可以克服因治疗摆位 和肿瘤位置移动所造成的误差，确保在精 确照射肿瘤的同时，将其周围正常组织的 损伤降到最低限度，全方位提高效果。
结语
❖ 所以，影像引导放射治疗IGRT与传统放疗技术 相比，既能明显提高疗效，又能极大限度地减 少正常组织损伤，使患者的后遗症大大减少， 减轻患者日后生活的痛苦。它适于各种恶性肿 瘤的放射治疗，如鼻咽癌、喉癌、脑瘤等多种 头颈部肿瘤；肺癌、食管癌、纵隔肿瘤、乳腺 癌、胃癌、肝癌、直肠癌、前列腺癌、肾癌、 宫颈癌、淋巴系统恶性肿瘤等。
Fra Baidu bibliotek像引导反射治疗的现状
❖ （2）MV-CBCT Pouliot 用低剂量MVCBCT获得无脉冲伪影的三维图像,融合计 划KV CT图像并进行位置校正，椎管和鼻 咽融合精确到1mm。Nagawaka等[9]也 应用MV-CBCT进行在线校正。MVCBCT的X线源和治疗束同源是其优点。 而且MV X线具有旁向散射少的特点，适 用于评估精确电子密度，故可以同时作为 剂量学监测设备。但与KV-CBCT相比， 它在图像分辨率、信噪比和成像剂量上处 于明显劣势。
图像引导反射治疗的现状
❖ 赛博刀(Cyber-knife)系统就是使用治疗室内两 个交角安装的kV级X线成像系统等中心投照到 患者治疗部位，根据探测到的金属标志的位置 变化，或者根据拍摄的低剂量骨骼图像与先前 储存在计算机内的图像比对，以便决定肿瘤的 正确位置，并将数据输送至控制加速器的计算 机，具有6个自由度运动功能的机械臂随时调整 6MV-X照射束的方向，从非共面的不同角度照 射肿瘤，机械臂非常灵活是该系统的突出优点 。
结语
❖ 而影像引导放射治疗IGRT是一种四维的放射治 疗技术，它在三维适形调强放疗(IMRT)放疗技 术的基 础上加入了时间因数的概念，充分考虑 了解剖组织在治疗过程中的运动和分次治疗间 的位移误差，如呼吸和蠕动运动、日常摆位误 差、靶区收缩等引起放疗剂量分布的变化和对 治疗计划的影响等方面的情况，在患者进行治 疗前、治疗中利用各种先进的影像设备对肿瘤 及正常器官进行实时的监控，并能根据器官位 置的变化调整治疗条件使照射野紧紧“追随” 靶区，使之能做到真正意义上的精确治疗。
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❖ 5.集成图像系统 引导放疗的成像设备应该同时 具备容积显像位置校正和实时靶区监测三维比 对的能力。近来KV-MV集成图像引导系统正在 研发。这将是一个高度结合的系统，多种成像 和放疗设备装在一台机器上，可以根据需要在 治疗位置进行实时透视、摄片、容积成像，红 外线监测等，并提供限制患者的主动呼吸控制 和限制机器的呼吸引导门控等多种模式照射受 呼吸运动影响大的肿瘤。但是复杂的成像设备 与加速器的结合在机械学上难度加大，制造和 维护成本提高。
❖ 在治疗室内安装四套X线成像系统，无论 直线加速器的机架臂如何旋转，都可以进 行持续的立体监测。用金豆植入体内作为 基准标志，应用治疗室内的X线透视系统 实时跟踪标志，是监测治疗时肿瘤和正常 组织运动的有效方式。安装在直线加速器 机架臂上的单球管X线成像系统只有在机 架臂旋转的过程中才能获得这些结构的三 维信息。这些设计都是用于定位骨性结构 或基准标志。kV级X线摄片较清晰，足以 辨认这些结构,但是难以检测放疗过程中软 组织的相对形态变化。
图像引导反射治疗的现状
❖ 1.电子射野影像系统 电子射野影像系统 (electronic portal imaging device， EPID)是当射线束照射靶区时，采用电子 技术在射线出射方向获取图像的工具。基 于非晶硅平板探测器的EPID可用较少的 剂量获得较好的成像,具有体积小、分辨率 高,灵敏度高、能响范围宽等优点,并且是 一种快速的二维剂量测量系统 ，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。 EPID应用能量为兆伏
图像引导反射治疗的现状
❖ （megavoltage，MV）的X线，摄野片骨和 空气对比度都较低，而且骨的对比度比空气的 低，软组织显像不清晰，一些靶区校正需结合 内植标志才能进行[4]，这也激发了直线加速器 上能量为千伏（kilovoltage,kV） 的X线成像 设备的发展。
图像引导反射治疗的现状
图像引导反射治疗技术展望
❖ IGRT发展方向 ❖ 从图像引导设备的发展过程来看，IGRT在三个
方面获得了发展：从离线校正向在线校正发展； 从模糊显像向高清晰显像发展；从单一显像向 集成显像发展。其目的是通过赋予放疗医师更 精确的确定靶区和跟踪肿瘤的能力，以提高肿 瘤治疗的精确性和有效性。展望未来，IGRT有 望在以下三个方面获得重大进展。 ❖ 1.剂量引导的放射治疗 现在应用MV X射线的 EPID系统已经不是传统意义上的成像设备，同 时具有剂量检测设备的作用，显示出剂量引导 放疗设备的雏形。MVCT未来的发展方向是提 高软组织显像的清晰度和精准的实时剂量监测 能力，照射时进行照射野与计划照射野的形状、 剂量的双重比对校正。
图像引导反射治疗的现状
❖ 3.kV CT 诊断用kV级CT经过了多年的发展，扫描速 度快，成像清晰，具有较高的空间分辨率和密度分辨 率,软组织显像清晰。因此，在治疗室安装kV级CT引 导放疗也是一种很好的选择。模拟机、kV级CT和直 线加速器都安装在治疗室内，共用一张床，患者通过 床沿轨道移动在这三者间转换，进行在线校正，几何 精度可达1mm。但该系统不是在治疗位置成像，无 法对治疗时的肿瘤运动进行实时监测管理。而传统KV 级CT的环形探测器排列和相对小的孔径决定了其不可 能直接安装在加速器上，系统占用空间很大。
❖ 与传统放射治疗技术明显不同，影像引导放射 治疗IGRT是一种高精尖的放疗技术，要求精确 定位、精确设计、精确治疗，全程进行严密的 质量控制和质量保证。
谢谢
❖ 301宿舍 ❖ 马志尚 杜少君 霍雨佳 张兆岩 侯春
雨 张建峰 毛行健
❖ CBCT
图片
CBCT
❖ IMRT
图片
❖ 2. kV级X线摄片和透 视 诊断X线的能量范 围是30～150KV， 1cm厚的骨和空气对 比度都很高，并且骨 的对比度比空气的高。 因此，有许多kV级 X 线摄片和透视设备与 治疗设备结合在一起 的尝试。有的把kV级 X线球管安装治疗室 壁上，有的安装在直 线加速器的机架臂上。
图像引导反射治疗的现状
图像引导反射治疗的现状
❖ （1）kV-CBCT 平板探测器的读数装置和探测 器结合在一起,本身就具有提高空间分辨率的优 势，因此kV-CBCT可以达到比传统的CT更高 的空间分辨率, 密度分辨率也足以分辨软组织结 构，可以通过肿瘤本身成像引导放疗。而且该 系统的射线利用效率高,患者接受的射线剂量少, 使它可以作为一种实时监测手段。因此， CBCT具有在治疗位置进行X线透视、摄片和容 积成像的多重功能，对在线复位很有价值，成 为目前IGRT开发和应用的热点。但其密度分辨 率尤其是低对比度密度分辨率和先进的CT比还 有差距；同时平板探测器CT 系统中散射的影响 较大。
结语
❖ IGRT是多学科交叉的产物，近年来很多 先进的成像设备和技术用于引导放疗。以 CBCT为代表的在线容积成像技术可以通 过多个途径确定和跟踪靶区并引导放疗， 大大提高了IGRT的精度。IGRT的优势在 于提高肿瘤的控制的同时又减少对正常组 织的损伤，确保形状复杂并处于运动状态 的肿瘤投照准确的剂量，是调强放射治疗 得到精确实施的技术保证，有望进一步提 高肿瘤放疗疗效。
结语
❖ 众所周知，放射治疗的目的是最大可能的提高 肿瘤组织的剂量和尽可能的降低正常组织的照 射剂量。但如何去保证治疗时做到“精确”呢？ 一种新的放射治疗技术--影像引导放射治疗 （IGRT）技术可以保证对肿瘤进行精确的治疗。 调强放疗(IMRT)是指通过改变靶区内的射线强 度，使靶区内的任何一点都能得到理想均匀的 剂量，同时还可按医生的要求将各要害器官 （如脊髓、脑干、晶体、腮腺、肺、心脏、肝、 肠等）所受剂量限制在可耐受范围内，使紧邻 的正常组织受量降到最低。
图像引导反射治疗的现状
❖ 无论采用哪种CT技术，如果在CT扫描和加速器 照射时加进了时间变量因素，就称为四维放射 治疗（four dimensional radiotherapy， 4DRT），相应的加进了时间变量因素的CT扫 描，称之为四维CT（four dimensional computed tomography，4DCT）。4DCT 扫描截取患者在某一时段内不同时刻的CT扫描 序列，图像按相位重建得到该时段内肿瘤和重 要器官的3D图像随时间变化的序列。应用 4DCT模拟定位，治疗时再应用CBCT获得的肿 瘤或重要器官的3D图像与4DCT序列的3D图像 比较后的结果，控制加速器进行实时照射，完 成4DRT。
结语
❖ 放射治疗是恶性肿瘤治疗的三大重要手段之一， 在恶性肿瘤综合治疗中，扮演着非常重要的角 色，70%以上的恶性肿瘤患者在其治疗的某个 阶段都需要接受放射治疗。随着计算机技术、 医学影象技术、图像处理技术的迅猛发展，以 及放射治疗设备的不断更新，放射治疗技术已 从简单的传统二维常规放疗发展到高精尖的立 体定向放射治疗、三维适形调强放疗以及IGRT， 使得放疗效果明显提高，而正常组织损伤大大 减少,从而使患者的生活质量明显提高。尤其是 图像引导放疗（IGRT），被美国及欧洲同道评 价为放射肿瘤学史上的一次变革，是21世纪放 射治疗技术的主流，目前该技术国内仅有少数 单位能开展。
图像引导反射治疗的现状
❖ 4.锥形束CT 近年发展起来的基于大面积非晶硅 数字化X射线探测板的锥形束CT（cone beam CT,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。机架 旋转一周就能获取和重建一个体积范围内的CT 图像。这个体积内的CT影像重建后的三维病人 模型可以与治疗计划的病人模型匹配比较并得 到治疗床需要调节的参数。根据采用的放射线 能量的不同分为两种：采用KV级X射线的kVCBCT和采用MV级X射线的MV-CBCT。
图像引导反射治疗技术展望
❖ 3.图像引导放射治疗 上述讨论的图像引导技术 重点在于减少PTV边界，而以正电子发射断层 (PET) 、单光子发射断层(SPECT) 和核磁波谱 (MRS)等为代表的功能影像技术将进一步深化 我们对靶区的认识，有望对靶区中功能和代谢 程度不同的区域实施个体化的剂量分布，并可 能在肿瘤很早期发现病变，用很小的照射野和 较低的照射剂量就可以达到根治。但功能影像 的缺点是空间分辨率低，未来的图像引导设备 既要采集肿瘤的三维解剖结构和运动信息，又 要采集肿瘤的生物信息，如乏氧及血供、细胞 增殖、凋亡、周期调控、 癌基因和抑癌基因改 变、 侵袭及转移特性等，并和计划信息进行比 对校正，即图像引导放射治疗。