螺旋断层放疗系统的临床应用

马林

中国人民解放军总医院 放疗科，北京100853

螺旋断层放疗系统的临床应用

马林

中国人民解放军总医院 放疗科，北京100853

本文阐述了螺旋断层放疗（TomoTherapy）系统的发展情况及特点，并阐述了其在临床治疗中的优势，指出螺旋断层放疗的不断发展将会为肿瘤病人带来福音。

螺旋断层放疗；剂量引导放疗；自适应放疗；调强放疗

1 螺旋断层放疗系统简介

螺旋断层放疗（Tomotherapy）机的外形和结构就是一台兆伏级的螺旋CT机，只是将传统CT机X线球管换成了一个小型6MV直线加速器。该加速器可产生双能兆伏级X射线，既可以像传统螺旋CT一样扫描病人，也可以用调强后的射线来治疗肿瘤病人。治疗过程相当于逆向CT重建，可以产生非常精确的、按照肿瘤形状分布的理想剂量分布。

传统加速器的核心技术和构架在过去40年里几乎没有实质性的改变，但是放疗技术本身和临床需要已经从初期粗放的二维治疗方式，发展到三维适形，再到调强放疗（IMRT），现在已进入影像引导放射治疗（IGRT）时代，下一步将是自适应剂量引导放疗（ART）或剂量引导放疗（DGRT）。而断层放疗的发明顺应了放射肿瘤学的发展方向，颠覆了传统的C型臂加速器技术，给放射治疗带来了革命。

与此相对应，螺旋断层放疗机从一开始就被视为是为调强放疗而出生的，加上它本身就是CT机，因而也被视为天生的IGRT设备[1-3]。除此之外，它能在治疗前产生MVCT图像，然后根据该CT图像快速计算出当天患者所受剂量，如有必要可依据肿瘤及器官解剖的变化重新进行计划优化，进而产生自适应后的新计划[4-6]。

螺旋断层放疗机由美国威斯康辛州HI ART（High Integrated Adaptive Radiation Therapy）公司生产，2002年通过美国FDA批准，于2004年在美国正式销售用于临床治疗，目前全球装机超过450台。我院为我国首家引进螺旋断层放疗系统的单位，于2007年9月份开始治疗患者，至2012年8月底共治疗患者2253例，其中头颈部肿瘤占40.7%，盆腔肿瘤占27.2%，腹部肿瘤占17.0%，胸部肿瘤占7.7%，其他部位肿瘤占7.4%；并对不同部位肿瘤螺旋断层放疗的计量学特点及临床疗效进行了较系统的研究和观察。

2 螺旋断层放疗的独特性

如何理解螺旋断层放疗的调强理念？或者为什么说螺旋断层放疗机就是为调强放疗而生？我们可以简单地回顾一下放疗技术的发展历史。

从三维适形放疗开始看：放射线从多个角度经过按照肿瘤形状切割的二维铅挡块或多叶光栅后进行照射，形成的剂量分布大致在三维方向上符合肿瘤的形状。因为在射野区域射线强度是均匀的，所以三维适形放疗技术也可认为是二维调强技术，适用于形状及解剖关系简单肿瘤的放疗。

设想，如果射线投射角度很多（如每2°一个投射，360°形成180个投射），就变成几乎连续地改变铅挡块孔径形状（通常用MLC连续移动）进行适形照射，此为拉弧照射（Arc Therapy）的实质。投射角度增多使得优化自由度增大，从而可达到很好的适形度。但这样做的前提是肿瘤形状（靶区）不能太复杂，因为射线在每个投射角度上，只有适形而没有调强[7-10]。

从三维适形放疗发展到调强放疗（三维调强，IMRT），可以通过固定式三维铅挡块或可变式MLC两种途径来实现。前者铅块被切割成凹凸不平的厚度，使得每个射野中的强度不再均一，最后多个角度的投射叠加在一起实现了三维调强放疗。后者在每个投射角度MLC叶片多次变换位置，既可以是叶片到位后再出射线（停-射式），也可以是叶片边运动边出射线（动态调强），在几个固定的投射角度上形成非均匀的剂量通量图，与三维铅挡块所产生的效果相同。增加投射角度可以提高适形优化的自由度，而在每个角度上提高调强能力，则可以提高剂量分布的适形度和均匀度。但由于MLC叶片移动的速度有限（通常在2 cm/s左右），加上需要验证叶片到位精度，如在每个投射角度上形成高度调强或复杂的剂量通量，会耗费很多时间。所以现代加速器在每个投射角上的调强程度一般不会太大（5～7级），投射角度（主野数）不会太多（5～9个）。要获得调强放疗的理想境界，既有大量的投射角度可用，又能在每个投射角度上实现高度调强，就必须改变传统MLC调强的方式。这也是螺旋断层放疗系统的独特优势以及核心技术之一：二元气动多叶光栅[11-13]。

螺旋断层放疗系统采用的气动MLC，其叶片移动的速度为250 cm/s，是传统MLC叶片速度的125倍，因此在相同时间内，对射线的调制能力也是传统MLC的100倍以上。虽然螺旋断层放疗在360°中有51个投射角，但由于是螺距比（Pitch）为0.2～0.4之间的螺旋扫描，每一个断层可以接受到3～4次的重复照射。因此对每一个断层总的投射可达150～250次，对每一次投射的剂量调制可达100个层级（即在每个照射角度上有百倍的调强能力）。由此螺旋断层放疗系统在旋转照射的过程中，既有大量的投射角度可以选择，又能在每个角度上实现高度调强。

除此之外，螺旋断层扫描的治疗方式还可以突破传统加速器治疗范围的局限性。如传统加速器通常一次治疗40 cm以内的区域，做复杂调强放疗时范围更小；而螺旋断层放疗系统可以像螺旋CT扫描那样，一次治疗的长度可达160 cm，横断面（直径）最大可达60 cm，所以可以对多处病灶、大体积或长形肿瘤实施调强放疗，无须进行多野衔接。

再从IGRT的观点来看，螺旋断层放疗系统的CT扫描功能是与生俱来的。因为它本身就是一台CT机，可以在每次治疗前进行极低剂量的CT扫描，验证病人的摆位精度。另外，由于螺旋断层放疗系统的MVCT图像和传统的CT图像本质一样，其CT值与电子密度之间呈精确的线性关系，因而可以用来做准确的剂量计算。这又使得螺旋断层放疗系统走进了DGRT或自适应放疗（ART）的新境界。

3 螺旋断层放疗的临床优势

3.1 解剖结构复杂的肿瘤

如临近重要器官肿瘤（鼻咽癌等头颈部肿瘤，前列腺癌、宫颈癌等盆腔肿瘤等）的首程放疗或肿瘤复发后的再程放疗[14-17]。

我院的计量学研究发现，螺旋断层放射治疗鼻咽癌，靶区的适形度、剂量的均匀性，以及对腮腺、颞颌关节和喉-气管-食管的保护性均优于常规加速器静态调强放疗。2007年9月～2009年9月，73例初治鼻咽癌患者接受螺旋断层放疗。处方剂量：原发肿瘤及转移性淋巴结计划靶区70～74 Gy/33F，高危计划靶区60～62.7 Gy/33F，低危计划靶区52～56 Gy/33F。出束治疗时间平均为468.8 s，较常规加速器静态调强放疗至少缩短近5 min。急性反应主要为1～2级。口干症随时间逐渐缓解，至放疗结束后1年无≥2级口干。中位随访时间14.8个月。1年无复发生存率、无远处转移生存及总生存率分别为95.6%、97.2%和94.8%。

3.2 解剖结构特殊的肿瘤

如双侧乳腺癌、胸膜间皮瘤的放疗及头皮恶性肿瘤的全头皮放疗。

3.3 长度与范围较大的肿瘤

如全中枢神经系统（全脑及脊髓）放疗，全骨髓放疗（TMI）全淋巴放疗（TLI），大范围的腹-盆腔放疗。

在全中枢神经系统放疗中无需常规放疗所需的接野。以全骨髓放疗代替骨髓移植前的全身放疗，可显著降低正常组织受照剂量，从而使患者的耐受性得到提高，所以可望通过提高照射剂量来提高白血病的治疗效果。在大范围的腹-盆腔放疗时，可有效地保护肾脏、肝脏、脊髓等正常器官。

3.4 多发病灶肿瘤

如对颅内多发转移瘤的放疗，可一次完成治疗，无需因更换靶点而中断放疗，同时也免了三维适形放疗由于照射野过少导致剂量重叠而造成的“热点”。

3.5 DGRT或ART

很多研究显示，在肿瘤的放疗过程中，不但肿瘤的体积和位置会发生改变，而且邻近的正常器官的体积和位置也会发生变化，从而导致包括脊髓在内的正常器官的实际照射剂量高于原治疗计划。每一次螺旋断层放疗前的图像引导不但可以校正摆位误差，而且可以计算出每一次治疗的实际剂量分布，从而可以及时调整治疗计划，避免正常器官受到高剂量照射[18-22]。

在我院对5例接受螺旋断层放疗的局部晚期鼻咽癌的初步研究中，每间隔3次放疗，在MVCT图像上重新勾画腮腺，共45次，每隔1次治疗校正脊髓位置，共85次。通过螺旋断层放疗系统自带的自适应软件计算腮腺及脊髓实际受照剂量。结果发现，左右腮腺的平均体积在治疗结束时分别缩小42%和33%，腮腺的V1平均升高26.0%和31.4%，D50平均升高15.8%和17.3%，脊髓最大剂量平均升高1.23%。

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Clinical Application of Tomotherapy System

MA Lin
Department of Radiotherapy, The General Hospital of PLA, Beijing 100853, China

This paper mainly introduces the development situation and characteristics of tomotherapy system, and through analyzing its advantages in clinical treatment, the importance of its continuous development to tumor patients is highlighted.

tomotherapy; dose-guided radiation therapy; adaptive radiation therapy; intensity-modulated radiation therapy

R741.05

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.10.004

1674-1633(2014)10-0012-03

2014-03-05

2014-05-09

作者邮箱：malinpharm@sina.com