圖像引導(dǎo)的自適應(yīng)放療

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1、夏邦傳Nov19，2011圖像引導(dǎo)放療進(jìn)展--自適應(yīng)放射治療何為自適應(yīng)放療？自適應(yīng)放療（adaptiveradiationtherapy,ART）是圖像引導(dǎo)放療（image-guidedradiationtherapy,IGRT）發(fā)展延伸出得一種新型放療技術(shù)。其實(shí)施是通過照射方式的改變來實(shí)現(xiàn)對(duì)患者組織解剖或腫瘤變化的調(diào)整，即通過引導(dǎo)圖像（如CT、EPID等）評(píng)判患者解剖和生理變化，或治療過程中所反饋信息如腫瘤大小、形態(tài)及位置變化，分析分次治療與原計(jì)劃設(shè)計(jì)之間的差異，從而指導(dǎo)后續(xù)分次治療計(jì)劃的重新設(shè)計(jì)。目的提高腫瘤放療的精準(zhǔn)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤靶區(qū)高劑量照射的同時(shí)，最大限度地減少周圍正常組織

2、受到高劑量照射的可能性，進(jìn)而降低并發(fā)癥發(fā)生概率。內(nèi)容提要一、ART概述二、自適應(yīng)優(yōu)化的考慮三、自適應(yīng)放療的過程四、自適應(yīng)放療的臨床應(yīng)用五、結(jié)語自適應(yīng)放療（ART）概述一、ART概述自適應(yīng)放療：新鮮？陳舊？Mackie等于1993年發(fā)表了螺旋斷層治療（HT）設(shè)計(jì)思路的同時(shí)，就從理論上提出了利用其CT影像及劑量重建來修正對(duì)患者后續(xù)分次治療的設(shè)想，這是第1次提及劑量重建和基于治療時(shí)CT圖像所獲取信息的自適應(yīng)放療思想。特別是近年來隨著三維適形放療和調(diào)強(qiáng)放療的開展，越來越多的研究者關(guān)注于腫瘤靶區(qū)定義的精確性和對(duì)正常組織器官位置、大小和形狀的改變都會(huì)影響到放療的精準(zhǔn)性。靶區(qū)外加邊界的形成為了確保

3、臨床靶體積（CTV）獲得足夠處方劑量，最簡單方法是在CTV外加一個(gè)邊界形成計(jì)劃靶體積（PTV），而這一邊界則必須考慮到患者治療過程中的擺位誤差、器官運(yùn)動(dòng)以及器官變形。但這種外加邊界方法同時(shí)很有可能會(huì)增加正常組織受照射體積，從而引發(fā)靶區(qū)周圍關(guān)鍵器官的放射性反應(yīng)，進(jìn)而增加并發(fā)癥可能。ART概念的提出很多研究者希望能在不漏射靶體積條件下最大限度減少外擴(kuò)邊界。為解決這一難題，1997年YAN等正式提出了ART概念。經(jīng)過10多年研究以及放療中影像設(shè)備的快速發(fā)展，ART技術(shù)已逐步成熟并正相繼開展中。ART的定義通過歸納總結(jié)可定義ART為一個(gè)閉循環(huán)的放療過程，能通過圖像來檢測系統(tǒng)的變化，繼而根據(jù)變

4、化的反饋信息相對(duì)應(yīng)地重新優(yōu)化治療計(jì)劃。IGRT與ART的異同IGRT與ART的異同圖1分別表示出IGRT和ART的流程圖，從中可發(fā)現(xiàn)雖然它們各自的時(shí)間順序有所改變，但在獲取患者診斷影像、計(jì)劃設(shè)計(jì)以及治療的基本功能方面是沒有區(qū)別的；ART所表現(xiàn)出的復(fù)雜性主要在于根據(jù)患者影像變化而改變治療計(jì)劃的反復(fù)循環(huán)工作流程上，其中的影像驗(yàn)證和計(jì)劃變換是實(shí)時(shí)、在線的就是在線式ART，非實(shí)時(shí)性的則是離線式ART。在IN-ROOMCT上的應(yīng)用CTVISION系統(tǒng)中所獲得的診斷級(jí)定位圖像可實(shí)現(xiàn)類似往常一樣的靶區(qū)及敏感器官勾畫。同時(shí)，這些圖像也可用于與治療時(shí)所獲取的日常驗(yàn)證圖像相關(guān)聯(lián)，從而予以執(zhí)行在線或離線式

5、處理。圖2列出了自適應(yīng)放療中在CTVISION系統(tǒng)上使獲取圖像的流程圖自適應(yīng)處理流程二、自適應(yīng)優(yōu)化的考慮基于患者四維影像的計(jì)劃設(shè)計(jì)是ART中關(guān)鍵性的組成部分之一。本質(zhì)上，治療計(jì)劃設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)當(dāng)是一種四維處理過程。當(dāng)治療期間擺位和（或）組織器官結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)考慮時(shí)間（一維）相位。這些變化也許發(fā)生在分次放療內(nèi)（分次內(nèi)組織器官或擺位變化），或分次放療間（分次間組織器官或擺位變化）。傳統(tǒng)計(jì)劃設(shè)計(jì)的局限性傳統(tǒng)上講，通過采用代表患者的三維輪廓（典型CT圖像）實(shí)現(xiàn)了治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)，并假定治療期間這種輪廓將得以保持。該方法考慮到了組織器官和（或）擺位可能的改變，導(dǎo)致靶區(qū)和（或）敏感器官的外擴(kuò)邊界增

6、加。即使在一些病例治療中此方法可能足夠，但在靶區(qū)覆蓋和正常組織避讓之間也許不能達(dá)到最后的權(quán)衡，從而患者總劑量可能導(dǎo)致增加。時(shí)間變量的考慮隨著圖像引導(dǎo)及其處理過程的有效性，放療中除實(shí)際沉積劑量外還取得了患者體位的時(shí)間變化參數(shù)，治療計(jì)劃優(yōu)化已本質(zhì)上獲得一種新維數(shù)，或者分次間（內(nèi)）可將時(shí)間合并作為可變量之一，從而用于確定如何和什么時(shí)候?qū)嵤?duì)治療的調(diào)整。1、治療分次內(nèi)的考慮治療分次內(nèi)的變化是指在各分次治療過程中靶區(qū)位置或形狀隨時(shí)間的變化。臨床中從四維圖像系列可獲得呼吸運(yùn)動(dòng)時(shí)相，在計(jì)劃中形成出四維治療模式，并同時(shí)考慮患者位置和組織器官的改變。1、治療分次內(nèi)的考慮該問題的最后表現(xiàn)就是運(yùn)用患者處于

7、呼吸狀態(tài)中的信息形成治療計(jì)劃，然后將最優(yōu)化四維計(jì)劃予以治療實(shí)施，其應(yīng)當(dāng)考慮患者位置和組織器官的反復(fù)改變狀態(tài)。對(duì)不同時(shí)相而言，當(dāng)組織器官變化導(dǎo)致其照射劑量增加時(shí)可通過腫瘤控制和組織并發(fā)癥發(fā)生概率間取得一種較好的折衷，即以這樣方式形成治療計(jì)劃。1、治療分次內(nèi)的考慮另外一種重要考慮就是也應(yīng)通過采用可變形的劑量配準(zhǔn)覆蓋組織的改變。因此，在四維計(jì)劃設(shè)計(jì)和治療實(shí)施討論特定執(zhí)行前應(yīng)描述出需取得該目標(biāo)的一些可變形配準(zhǔn)能力。1、治療分次內(nèi)的考慮圖3描述了不同時(shí)相圖像變形配準(zhǔn)