sIMRT与IMRT调强放疗技术在临床中的应用

sIMRT与IMRT调强放疗技术在临床中的应用

随着放射物理、放射生物、临床肿瘤学等理论的发展，尤其是医学影像设备和计算机技术的不断进步，使放疗技术得以不断完善和发展，更好地满足临床的要求。从最开始的普通放疗技术到三维适形放疗(3DimensionalConformalRadiationTherapy，3DCRT)，是一次飞跃，从此放疗进入了精确放疗时代，肿瘤局部复发及正常组织并发症的发生率大为降低。在三维适形放疗技术基础上发展起来的调强放疗技术(Intensity-modulatedRadiationTherapy,IMRT)更好地实现了靶区的适形，同时更好地保护了靶区周围的危及器官，尤其是在凹形靶区有危及器官嵌入的时候，更体现了IMRT技术的优势。简化调强放疗技术(SimplifiedIntensity-modulatedRadiationTherapy，sIMRT)是一种实用性很强的放疗技术，与IMRT相比有自己的特点和适用范围，在某些肿瘤的放射治疗中是一种首选的技术。在3DCRT的基础上发展起来的调强放疗技术(IMRT)更被美国同行称为是放射肿瘤史上的一次变革，IMRT技术将是本世纪放射治疗技术的主流。 1放射治疗的目的及IMRT的定义 对于可治愈的45%的肿瘤病例中，手术、放疗、化疗相对贡献分别为22%、18%和5%，现在放射治疗的贡献可能较前期有所增加。在未根治的癌症患者死亡原因分析中，原发肿瘤未控占18%，远地转移占37%，故放疗作为肿瘤的一种局部治疗手段，和手术治疗一样要求彻底，既要提高肿瘤靶区的剂量，又要降低周围正常组织的受量，这样可以提高局控率和控制远地转移的发生，即最大限度地提高治疗增益比，将剂量集中到病变(靶区)内，杀灭肿瘤细胞，而使周围正常组织和器官少受或者免受不必要的照射，从而提高肿瘤的治愈率及患者的生活质量。

①在照射方向上，照射野的形状必须与病变(靶区)的形状一致;

②要使靶区内及靶区表面的剂量处处相等，必须要求每一个射野内诸点的输出剂量率能按要求的方式进行调整。只满足第一个条件的称为三维适形放射治疗(3DCRT)，同时满足上述两个条件的称为调强适形放射治疗(IMRT)。IMRT技术是3DCRT技术的一种特例，是通过计算机辅助的优化程序来计算出非均匀的强度分布以便达到某种特殊的临床要求。 2IMRT的基本原理、实现方式、计划设计及计划验证 IMRT的基本原理是将一个照射野分成多个细小的子野(线束)，对这些线束给予不同的权重，使射野内产生优化不均匀的强度分布，以达到通过危及器官的线束通量减少，而靶区其他部分的线束通量增大。调强方式基本上可以划分为六类十种方法。利用物理补偿器、MLC动、静态调强技术、断层扫描技术、电磁和机械扫描技术等，原理上都可以实现临床要求的二维强度分布。 物理补偿器具有安全、可靠、易于验证等优点，但占用较多的模室和治疗摆位时间。MLC动、静态技术的主要优点是适合任何种任何能量的射线，是目前临床应用最为广泛的调强放疗技术，但使用的照射时间较长，漏射线也不容忽略。电磁偏转扫描技术几乎克服了MLC动、静态技术的缺点，照射加快，治疗时间缩短，MLC运动时间相对较少，但对笔形束的物理特性有很严格的要求。笔形束扫描技术可以用于射线能量和强度的同时调强，比MLC动、静态技术更加灵活和方便。NOMOS提出的二维棋盘式准直器，吸取了MLC动、静态调强和MLC叶片调强的优点，克服了它们的缺点，不失为一种经济可靠的二维调强器，但水银气体的污染问题也必须考虑。 IMRT的应用过程包括模拟定位、计划设计、计划验证和治疗实施四个环节。计划设计环节包括：

①根据靶区的具体情况确定射野等中心及入射方向，用MLC形成适合靶区投影形状的照射野。

②设定临床处方剂量要求。

③设定优化的目标及约束条件，如靶区的最小剂量、最大剂量、平均计量、危及器官的最大剂量及接受耐受剂量照射的最大体积等。

④限定总的子野个数，每个子野的最小面积及机器跳数，利用子野优化技术进行优化。

⑤评价优化所得剂量分布，调整优化条件，直至得到满意的剂量分布。 IMRT的验证采用文献介绍的方法，将IMRT治疗计划移至40cm×40cm的标准模体中，将各野的机架角度设置为0°，其他参数不变，计算模体计划计量分布，用半导体探测器阵列(MapCheck)，在干水模体中6cm深度处测量每个射野的计量分布，并用Low和Harms介绍的方法比较测量和计算的剂量分布。 3IMRT在临床中的应用及局限性 常规三维适形放疗是采用照射野与靶区投影相一致的方法来实现适形的。对于凸形靶区，可以使高剂量区的形状与靶区一致。在需要放疗的病例中，有70%的靶区为凸形靶区，这些病例使用3DCRT技术就能达到很好的高剂量与靶区三维适形，可以获得很好的临床疗效。但是放疗病例中还有30%为凹形靶区，部分为凹形靶区同时伴有危及器官嵌入，对于这些病例，3DCRT技术则无明显疗效，但这恰恰是IMRT技术所能解决的问题。IMRT通过逆向调强优化，给定射野的方向及临床要求达到的目标，由TPS计算出各子野的权重及射线强度分布，无论是凸形或是凹形靶区都能很好的实现适形。同时IMRT对于危及器官的保护也优于3DCRT技术，在有多个危及器官处于放疗的节段时，能更好地兼顾危及器官的保护及靶区剂量要求，从而可以在保护正常器官和组织的前提下，更好地杀死肿瘤细胞，从而改善患者的生活质量，提高肿瘤控制率，具有传统放疗所不能比拟的优点。鼻咽癌、前列腺癌是IMRT应用的典型病例，也是大多数放疗中心所接受和采用的，通常采用7野或9野逆向优化，从而达到很好的靶区三维适形及剂量均匀性。据报道，IMRT治疗鼻咽癌的4年局部无进展生存率和总生存率分别为97%和88%。放射治疗后唾液分泌减少一直是影响头颈部肿瘤患者生活质量的主要问题，IMRT在不降低肿瘤局控率的情况下，有效地保护了腮腺等正常组织。在前列腺癌的放疗中，肿瘤局部控制率与靶区的剂量成明显相关性，即靶区的剂量越高，局控率越高，但传统的放疗技术很难将靶区剂量提高至65～70Gy以上，而利用IMRT技术则可以在不明显增加正常组织损伤的前提下提高靶区剂量。目前研究表明，IMRT技术可将前列腺癌PTV边缘剂量提升到81～86.4Gy,而未增加膀胱、直肠的不良反应。 但IMRT本身也有自己的局限性：

①由于IMRT技术通常是利用MLC形成多个子野，进行分步照射，子野数目过多，会使患者治疗时间延长;

②由于子野面积过小，单个子野机器跳数过少，都增加了剂量的不确定性;

③由于器官运动的客观存在会引起剂量叠加后较大的误差，通过文献可知，靶区剂量分布适合度越好，剂量分布受器官运动的影响越明显;

④IMRT计划验证需要耗费大量的人力物力和时间，因此需要一种放疗技术，既能解决3DCRT技术所不能解决的凹形靶区适形及危及器官保护的问题，又能克服IMRT的不足。根据中科院肿瘤医院实践经验介绍一种简单调强技术——sIMRT。 4sIMRT技术的定义及临床应用情况： sIMRT技术根据中科院肿瘤医院的定义，指射野总数≤5、单个射野子野数≤5、子野面积≥10cm2、单子野照射机器跳数≥10MU的调强放疗技术。此项调强技术的计划设计和治疗实施环节与IMRT相同，因此项技术的子野面积和子野的机器跳数值已接近3DCRT的相应值，故计划验证环节与IMRT不同，按照3DCRT标准执行。射野方向的选择：对直肠癌、食道癌，由于靶区形状比较规则，故射野方向较固定，直肠癌的射野方向为265°、315°、0°、45°、和95°，食道癌的射野方向为210°、310°、0°、50°和150°，如果病变略偏向一侧，射野方向稍作调整。肺癌当中射野方向的选择较为复杂，原则上是要求在横截面上沿靶区的长轴和短轴都要有射野通过，另外射野尽量集中在患侧，为了不使靶区欠量，一定要有射野略偏向健侧。给定优化条件，进行调强优化，计划的结果用截面剂量图及DVH图进行评价，调整优化条件，直至满足临床的需要。目前在中科院肿瘤医院，sIMRT技术已经广泛用于肺癌、食道癌、直肠癌、乳腺癌、脑膜瘤等全身各部位的肿瘤的放射治疗。应用sIMRT最常见的肿瘤为胸部肿瘤包括肺癌和食道癌，占52%;其次为腹部肿瘤，如直肠癌、乳腺癌、胰腺癌等，占36%;再其次为妇科肿瘤和头颈部肿瘤。sIMRT技术使用比例逐年上升，3DCRT技术应用比例逐年下降，IMRT技术基本保持不变。根据耿辉报道，对于直肠癌，sIMRT计划在靶区剂量均匀性及对危及器官的保护方面，均显著优于3DCRT计划，但稍逊于IMRT计划。sIMRT计划的治疗实施时间与3DCRT计划相当，大约是IMRT计划的一半，对于食道癌、肺癌和其他一些肿瘤也有相似的结论。 5结论 sIMRT适用于3DCRT不能满足临床要求、且IMRT技术又不能显著提高计划质量的情况，如食道癌、肺癌、直肠癌和乳腺癌等;IMRT适用于靶区解剖结构复杂及同时有多个靶点需要照射、周围有多个危及器官需要保护、固定可靠、体位重复性好、且器官运动微弱不至于明显增加子野剂量叠加后的误差的情况，同时又很好的保护了腮腺，提高了患者的生活质量。目前在国内，sIMRT作为IMRT技术的一种简化形式尚未被大多数放疗中心所使用，而IMRT技术应用相对广泛，相信随着大家对sIMRT技术的进一步了解，会被越来越多的中心所采纳和使用。