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精确放射治疗中的影像引导技术成像原理和应用

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放射治疗是重要的肿瘤治疗手段，目前已经进入精确放射治疗时代。精确放疗的最大优势体现在精确打击肿瘤，正常组织损伤轻微，但实现这一目标需具备准确发现肿瘤、精准定位肿瘤和精细控制肿瘤动度等条件，这些前提条件都需要通过影像引导技术来实现。因此，影像引导技术是精确放疗发展的必要条件和质量保证，它的成像质量、速度和模式很大程度上影响了放疗的结果。目前临床上采用了很多不同模式的影像引导技术，种类繁杂，各有优缺点，深入了解各种影像引导技术的成像原理、技术参数和应用环境，对临床医生正确选择恰当的影像引导方式，最大程度改善精确放疗效果有重要意义。本文将这些技术分为两大类：单一成像系统和组合成像系统，并结合目前应用的产品来剖析基本原理，归纳技术特征，阐述临床应用效果，探索未来发展前景。

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1.单一成像系统

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1.1光学影像引导系统

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光学影像引导的优点在于获取影像速度快，在治疗过程中实时、持续监测患者面部位移等误差；监测过程中没有辐射，有利于增加影像引导技术的使用频率。目前使用的2个产品分别是：AlignRT系统（英国伦敦VisionRT公司）和C-Rad哨兵系统（瑞典乌普萨拉C-RADAB公司），二者在放疗过程中通过面部照相和摄影测量法产生患者面部三维模型，同时利用参考点来确定患者与治疗室等中心的位置关系。这些系统利用严格的身体转换来实施最小二次方拟合，从而把计划中的三维模型相对于等中心的空间差异最小化。例如AlignRT系统采用多个立体照相机来获取三维影像，从而追踪皮肤表面，并与预设位置相对比，达到亚毫米级的准确性；如果患者在治疗过程中出现移动，超出了预定位置范围，AlignRT系统可以给放疗系统自动发送信号暂停照射。而C-Rad哨兵系统通过一个照相机和激光系统进行线性扫描来实现这个过程。

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Wiant等报道AlignRT系统在亚毫米水平可以保证准确性和重复性，特别是乳腺癌放疗患者配准方面，能够显著缩小计划靶体积（planning?target?volume，PTV）外扩边界。

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1.2超声引导系统

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治疗室内的超声引导系统从20世纪90年代后期开始应用，最初仅用于前列腺癌，之后逐步用于腹部肿瘤和乳腺癌。超声引导过程包括在模拟定位时获取靶区的CT和超声图像，据此勾画靶区并传输到治疗室。放疗前，在治疗体位获取靶区的实时超声图像，再利用软件把实时超声数据模拟产生靶区轮廓，与之前勾画的靶区轮廓重叠比对从而调整和配准。超声引导有很多优点，例如无辐射、无创、时间短（3~5min）、花费少、软组织显像清晰等；但对操作者训练水平和经验依赖性强，因此，与基准点标记和锥形束CT（Cone?Beam?Computer?Tomography，CBCT）相比，超声引导系统的准确性有所下降；而且，采集靶区数据时，超声探头需对腹部加压，可能引起靶区移动；另外勾画靶区的模拟定位CT系统与超声系统相互融合具有一定的困难，位于骨骼后方的器官受到骨骼遮挡，超声波无法透过，其应用受限。

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1.3电磁追踪系统

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电磁追踪系统在肿瘤内植入电磁发射器实现了实时追踪肿瘤的功能，例如瓦***的Calypso系统，主要包括安装在治疗室内的1个移动式电磁控制台、1个接收器、3个红外线光学照相机和1个集散器；安装在控制室内的无线转发器和追踪工作站。Calypso系统可以检测细微的肿瘤移动，并微调修正摆位误差，从而避开周围健康组织直接向肿瘤投照最大放射剂量。Franz等报道采用Calypso系统在前列腺癌定位时，有利于缩小外扩边界，减轻正常组织毒性。

? 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 后，机载成像子系统激活来对图像配准进行微调，利用一对侧位X线片通过观察骨性标志评价平移、旋转、倾斜和偏移方面的摆位误差，并补偿器官运动。

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3.小结

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目前，放射治疗已进入精确放疗时代，由于精确放疗单次剂量高、治疗分次少，要求更加精细地控制定位精度和靶区动度。在此推动下，影像引导技术从光学发展为电子成像，从平面发展为立体成像，从静态发展为动态成像，从辐射发展为无辐射成像，从单一模式发展为复合模式成像；成像阶段从治疗前成像发展为治疗全程实时成像。未来，影像引导技术必然向成像质量更高、速度更快、辐射更低、准确性更高的方向发展，为精确放疗精准导航，进一步改善放射治疗效果，降低正常组织损伤。

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