影像如何引导精确放射治疗

过去十年间，影像引导放射治疗技术取得了根本性的进展，而且已在临床中得到应用。能实时指导和确保射野准确性的成像技术也得到了紧锣密鼓的研究和发展。最近，这些图像数据又被用于对计划的每日治疗剂量进行评估和修正。应用IGRT的目的是提高肿瘤控制率和降低正常组织的副反应，这也是放射治疗的最终目标。IGRT的最重要优势在于避免治疗过程中出现照射剂量不足或者过高等意外情况的发生，因此其已经被整合到许多临床放射治疗的计划设计和实施中。

影像引导放射治疗（IGRT）的基本原理

影像引导放射治疗技术已经取得了根本性进步，正在临床治疗中得到应用。然而，关于如何有效地利用IGRT技术仍然存在很多问题需要探讨。为了准确引导和确证放射治疗中射束的准确性，业已对影像技术展开了深入地研究并获得了巨大进展。最近，这些图像数据又被用于评估和修正每日的放射治疗剂量。影像引导技术已经被迅速整合到用到放射治疗的各种软/硬件中，为日常使用提供了诸多机会，但同时也导致了在与放疗日常工作流程的优化整合方面的问题。从临床上对目前IGRT技术的应用结果进行评估可以为后续基础技术研究和临床应用探索提供指导，而且将实际地影响新一代IGRT技术的发展。在本书的其它章节中已经回顾了IGRT技术当前的局限和面对的挑战，本章将主要从临床医生的角度探讨IGRT技术及其在临床中的应用。

影像引导放射治疗的需求

从三维适形放疗（3D-CRT）发展到调强放射治疗(IMRT)，提高治疗效益比始终都是放疗技术不断完善的目的。放射剂量沉积愈趋集中则更有助于提高肿瘤区的剂量和/或减少正常组织的受照。技术的进步已经显著地降低了邻近的重要正常组织的接受剂量，改善了头颈部及某些其它肿瘤患者的生活质量。采用IGRT进行治疗的目的亦是如此，与IMRT或3D-CRT的结合，提高了治疗的可靠性和准确性。IGRT的目标是减少实际治疗中靶区对位和治疗实施的不确定性，即残余几何不确定性（residual geometric uncertainties），以期将实际实施剂量与计划设计剂量间的误差减少到最小乃至可以忽略不计（或不具临床意义），使IMRT和3D-CRT的治疗优势得以体现。

治疗时进行影像采集可以显示肿瘤的位移程度和范围，从而确定了IGRT在放射治疗中的核心作用。在分割放射治疗中，由于呼吸运动、肠道蠕动及其它功能性运动引起的器官移动，以及肿瘤退缩或患者体重减轻所致的器官几何或解剖形状的改变或可非常显著。IMRT和3D-CRT比二维放射治疗对这些移动和改变更加敏感，由此所致的潜在临床风险是靶区实际所受剂量低于计划而邻近正常组织接受的剂量过高。如果没有图像引导，IMRT和3D-CRT技术的实际治疗获益可能比普通放射治疗还低。有效地应用IGRT可以在治疗时避免与计划不一致的过高或过低剂量，这也是IGRT最重要的优势。在许多临床放射治疗中，IGRT已成为应用先进放疗计划和实施技术时的必不可少的组成部分。

IGRT技术从三个方面为开展新的放疗实践提供了机会：（a）正如前述，如果能够实现放疗剂量与肿瘤靶区的高度适形，则可以在降低正常组织受量的同时提高肿瘤组织的照射量，进而改善肿瘤的局部控制率，减少毒副反应；（b）可以减少治疗的分隔次数，更安全地实施大剂量低分隔治疗。体部立体定向放疗(SBRT)是最常见的大剂量低分割治疗方式，这种治疗的实施必须有严密的影像引导，否则微小的误差都可能显著影响临床治疗结果。虽然SBRT的应用还很局限，但低分割治疗和剂量递增的原则则适用范围广泛。事实上，由于IGRT和其它相关技术的发展，全部或者绝大多数肿瘤的放射治疗剂量与分割模式将可能会在一定程度上出现变化；（c）低分割治疗方案可以降低治疗成本，提高治疗疗效以及增加治疗患者量。居住于远离治疗中心的患者可能无法接受传统的疗程较长的放疗方案，随着治疗次数的下降，这些患者的放射治疗将成为可行。总之，这些都是支持IGRT与其它先进放疗计划和实施技术相结合使用的有力依据。

放射治疗实践：降低照射剂量的波动

IGRT的潜在优势在于可以减少实际投照剂量与计划处方剂量之间的差异，这对于以相同治疗方案（相同剂量和相同技术）接受放疗的成组患者尤其重要。为了减少患者间实际投照剂量的变异，需要从以下三个方面着手：（a）进一步明确控制肿瘤所需的剂量；（b）更好地理解与毒副反发生相关的剂量-体积关系；（c）明确放疗调节剂（如放射增敏剂）在治疗中的效用。在临床试验中，放疗方案在对照组和试验组内实施的一致性的提高，可以减少各研究组内临床反应的不均一性，从而有助于发现研究组间的结果差异。

降低放疗投照剂量的变异亦有助于改善治疗结果，这类似与治疗计划的变异对治疗结果的影响。在一项针对头颈部肿瘤的大型随机临床试验中，所有的治疗计划都经由专家组审阅。计划方案偏差越大，肿瘤控制的效果越差。上述结果反映了治疗计划质量控制（QC）和质量保证（QA）的重要性。但是，如果临床试验中出现的剂量变异是由于治疗实施过程的不一致所导致，那么IGRT的应用将便于对治疗计划实施的过程执行质量控制及保证。因此，在今天的放射治疗中，针对放疗计划和实施过程的每一步都有质量控制的标准以及质量控制执行和审查的标准。

IGRT更具潜在意义的临床价值在于提高了医生对肿瘤组织和正常组织的实际受照剂量的关注，从而有助于更好地理解受照剂量与正常组织毒副反应和肿瘤控制率（tumor control probabilities，TCP）之间的关系。但随着IGRT技术充分地整合应用于临床试验和相关结果的成熟，对上述关系的认识或将不同于既往。随着对正常组织剂量/体积毒性反应风险关系的深入理解，将有助于确定需要保护的器官及体积，从而更好地发挥IMRT的治疗优势。目前，临床医师面临的问题之一是需要在对正常组织部分体积受照时的耐受量认识有限或不完整的基础上决定对组织的保护和规避。

放射治疗实践：影像引导放射治疗信息的应用

IGRT是一个动态的过程。在遵守肿瘤放射治疗基本原则的同时，治疗的监控和基于IGRT的放射治疗决策需要大量训练和技巧培训。为了审慎治疗，需要对治疗靶区有清晰的认识，这通常借助于先进的影像技术。影像参与了IGRT的各个主要环节，包括放疗计划设计、实施以及监测肿瘤对治疗的反应等。根据影像资料，可以对患者的治疗进行在线评估（每次治疗开始前）、实时评估（在治疗中）和离线评估（在两次治疗间进行。通常在几次分割照射后对前后采集的多个图像进行分析）。通过每次评估，可以获得更多的患者信息，必要时可以对临床治疗进行干预。这种干预可以是简单地在评估当天于治疗前对患者进行重新摆位；也可能因为发现肿瘤退缩或者增大，或者是出现了新的转移灶，而需要对整个治疗方案和治疗目标进行重新考虑或彻底调整。在IGRT时代，治疗过程中的影像所见可以从三个方面影响干预决策：（a）PTV的边界；（b）放疗计划设计，包括重新调整计划，剂量分布调整和处方剂量；（c）总体治疗目标。具体的实施方式可能因治疗机构不同及其治疗的患者群体不同而有差异。

总结了IGRT技术在放射治疗过程中的作用。左边的圈代表了对患者持续的医疗评估和治疗。首先，接诊患者，明确治疗目标：控制肿瘤，降低复发风险或者姑息减症治疗。然后设计治疗方案，开始治疗。在治疗过程中，通过临床评估和诊断性影像对患者进行监测。监测的重点根据不同情况可能是正常组织的毒副反应或者是肿瘤组织的反应。IGRT在此过程中居于核心位置。首先IGRT影像将用于对治疗计划的准确性进行评估，组织变化（肿瘤或正常组织）影像信息可能会导致对治疗计划进行调整或重新设计。影像评估可以离线、在线或实时等方式进行。总之，影像评估的结果可能要求对治疗进行修正，包括改变照射技术、调整计划甚至改变治疗的总体目标。如果能够对IGRT进行有效应用，其可以在放射治疗中乃至肿瘤的整体治疗中发挥至关重要的作用。

影像引导放射治疗的发展

尽管对IGRT的了解和应用主要发生在过去的十年中，但“影像引导”并非一个新概念。X线透视和平片影像早已存在，数十年前就已经引入到放疗机房辅助对患者的治疗。图2为1958年安装于多伦多一台配有kV级射野成像功能的钴治疗机及其原理图。虽然当时已经可以进行治疗室内kV级成像，但该功能并未得到很好的利用，这与当时的放疗技术比较简单、计划适形度和治疗剂量均比较低等有关，几何不确定性对治疗效果的影响较小。此外，当时图像采集和分析的过程远不如现在先进和快速，无法达到临床工作所需的效率和能力。现在，很多成熟的IGRT技术已经触手可得，更多融合了图像引导功能的先进治疗装置也在不断发展中。或许如何最好地应用现在的技术以最大程度造福患者已经超出了我们的能力范围。

过去的十年中，IGRT技术取得了惊人的进展，对出现在不同患者间的摆位不确定性效应已经有了很多了解；而对在放疗过程中肿瘤或正常组织的变化程度和类型则才刚刚开始认识。对患者连续的三维容积影像数据进行观察分析有助于发现可能存在的几何形变。