調強放療:腫瘤放射技術-中文百科頻道

簡介

調強放療即調強适形放射治療是三維适形放療的一種，要求輻射野内劑量強度按一定要求進行調節，簡稱調強放療。它是在各處輻射野與靶區外形一緻的條件下，針對靶區三維形狀和要害器官與靶區的具體解剖關系對束強度進行調節，單個輻射野内劑量分布是不均勻的但是整個靶區體積内劑量分布比三維适形治療更均勻。而在降低調強放療的副作用方面，臨床上通過硒維康口嚼片起到增效減毒的輔助作用。硒元素在與調強放療結合應用的同時，能有效改善機體的免疫抑制狀态。

嚴格地說，使用楔形闆和常規的表面彎曲補償器也是調強。但這裡所說的調強放射治療是指一種形式的三維适形放射治療，它使用計算機輔助優化程序不獲取單個放射野内非均勻的強度分布以達到某種确定的臨床目的。下面要講的就是這個意義上的調強放射治療。

應用

調強放射治療中，把每一個輻射野分割成多個細小的野（也叫做線束）。在制定計劃時，按照靶區的三維形狀和與相關危及器官之間的解剖關系，對這些線束分配以不同的權重，使同一個射野内産生優化的、不均勻的強度分布，以便使通過危及器官的束流通量減少，而靶區其他部分的束流通量增大。

調強放射治療也不是萬能的，在制定調強計劃時幾乎總是有一些限度，有些度劑量分布（或劑量一體積組合）無法真正實現。例如，一個腦幹旁的腫瘤，假如要求給予腫瘤緻死劑量而不許照射腦幹，即使用調強技術也是無法實現的。而且目前關于什麼是臨床最佳要求以及如何确定調強劑量目标的知識也有限。此外，由于數學公式的限制，或由于計算機速度及時時間的限制，往往找不到最好的結果。

還有各種各樣的不确定性，例如，患者每天相關的治療位置、内解剖位置的變化、在治療期間器官的變形及各個分次之間的位移限制了調強的适用範圍和功效。傳輸裝置的劑量特性，如通過多葉光栅（MLC）葉片的散射和透射，也對調強放療的精度及可傳輸性産生某些限制。另外當前所用的劑量計算模式在精度上都有局限性，有可能在劑量計算上出現誤差。對某些部位，例如肝、肺部的腫瘤，因為他們受呼吸影響較大，位置移動較多，在實施調強時要格外小心。

在組織補量的調強放射治療中使用大分次劑量的結果可能會增大嵌在靶區内或緊鄰靶區的正常組織的損傷機會。調強放射治療的高度适形可能導緻病變的地理遺漏（如擺位不準确）和複發，尤其對位置與運動不确定的病變影響更大。

這些局限性和風險表明，在現階段使用調強技術要格外小心，還要繼續研究改進技術并減少誤差，這樣的研究是調強技術全部潛力的根本。

方法

1、物理補償法

用于調強的補償器可以作為射野擋塊的一部分放在治療機擋塊托盤架上。由逆向計劃系統根據目标函數的要求計算出每個射野的強度分布形狀或被補償的組織厚度分布，并将數據輸出到PC機控制的補償器生成器，就可以制作補償器了。制作出來的補償器就可以進行調強補償用了。這種方法出現在用MLC進行調強以前，缺點是因為這種技術需要對每個射野都來制作補償器，費時費力效率低；治療時每個照射野都需要工作人員進治療室工作，擺位也不方便；補償器作為一種濾過器，也會影響原射線的能譜分布。

2、用常規MLC進行多個固定野調強治療

加速器中的MLC最初設計目的主要是為了代替射野擋塊，随着計算機技術的發展，MLC不僅能在旋轉治療中調節射野形狀跟随靶區，而且還可以在計算機控制下實現靜态調強和動态調強。

靜态和動态調強都是由逆向計劃系統先按照目标函數的要求通過優化計算得出射野的強度分布。目标函數參數是由計劃者根據具體病例的臨床要求輸入到計劃系統中的，在治療計劃被認可後，這些強度分布就被轉換為葉片位置序列文件，然後傳送到加速器的MLC控制系統中，在治療時由調強控制系統控制葉片運動，實現這些調強分布。

雖然對三維适形而言，MLC的葉片寬度隻影響了射野的形狀，但對調強而言，葉片寬度卻影響到整個層面上的劑量，所以MLC葉片寬度越小越好，但是葉片越薄，制作越困難，成本也就越高。目前國内的MLC一般隻有30多對葉片，但國外，已經出現了100對葉片以上的MLC系統。

類型

靜态調強

靜态調強是由逆向調強計劃系統根據臨床數據将各個射野要求的強度分布進行分級，利用MLC将每個照射野分成若幹個子野，，每個子野内的強度是均勻的。

優化計算賦予每個子野不同的權重，所有射野的子野都被優化，由此産生期望的治療計劃。

治療時各個子野分步按順序進行，在實施治療過程中，葉片運動到第一個子野規定的位置停下，加速器出束，達到規定mu停下，然後葉片運動到下一個子野的規定位置停下後加速器再出束；如此進行下去，使得每個子野的強度累加，直到完成整個射野，所有子野的束流強度相加形成要求的強度分布。

一般來說，希望盡量減少子野數目、葉片運動次數和MU數以便保證劑量傳送的精度，但是子野太少劑量分布就達不到調強的要求。MLC靜态調強在每個子野照射結束後必須關斷射線才能轉到下一個子野，由于加速器射線的開關動作，帶來劑量率的穩定問題，從而對AFC系統提出了較高的要求；或者說隻有栅控電子槍才能完全實現這種要求！

靜态調強劑量驗證比較容易，但是需要的治療時間比較長。

動态調強

這種調強是利用MLC相對應的一對葉片的相對運動來實現對射野内強度的調節的。

在每個射野的照射過程中，由計算機系統按照調強計劃給出的數據進行控制，在各對葉片作變速運動時，加速器不停地以變化的劑量率出束，由此得到所要求的強度分布。治療時每對葉片構成一個窗，它們在計算機控制下橫掃過靶區。窗的開口和葉片運動速度都按照預定的方案不斷調節，以便産生需要的強度分布。這也同樣決定于滑窗軌迹之下的治療區内各點的吸收劑量。在計劃過程中計算機用一種算法将葉片位置作為每個射野出束時間的函數，将需要的強度分布轉換為葉片位置。

動态調強的技術特點是：一對相對的葉片總是向一個方向運動，并在運動過程中不斷形成各種形狀的窗口（即子野）掃過靶區。

一般動态調強的每個射野都由上百個子野組成，滑窗開口的設置及每對葉片任何時刻都由一個程序控制。在相對的葉片之間的窗口開到最大時，使用最大的葉片速度，這樣可以縮短治療時間。需要參與射束傳輸的葉片數目取決于靶區的長度，靶區越長涉及的葉片就越多。

這種調強方法治療需要的時間比較短，然而劑量驗證工作比靜态調強困難得多。

弧形調強

弧形調強治療是用加速器内置的标準MLC完成的，是将動态MLC與弧形治療相結合，用旋轉射束來實現優化的劑量分布。用這種技術同樣要先制定調強治療計劃，人為地選擇弧形射野數目及入射角度，再由計劃系統對射束的權重進行優化，優化計算出臨床要求的強度分布，再轉換為MLC的驅動文件。

在治療過程中，機架圍繞患者旋轉，MLC葉片位置每隔10°變化一次以便跟随靶區形狀，并與楔形闆結合使用多共面或非共面弧形照射野。最終的計劃結果被輸入到葉片序列發生器，這個發生器直接複制每個射束的MU數并通過MLC形成射束。這樣的MLC處方被傳送到MLC控制器用于驅動葉片。在出束期間有程序控制加速器實施弧形治療，同時控制MLC動态地逐步完成一系列射野形狀。所有弧形射野的累計劑量分布與計劃期望的分布一緻從而達到調強的目的。

當機架圍繞患者旋轉時加速器是出束的，因此射束角相鄰的照射野不應該要求MLC的葉片運動很長距離。在多數臨床病例中，各個角度之間的射野形狀變化也是緩慢的。為了縮短出束時間，可以用治療機最高的劑量率配以最大的機架放置速度；偶爾由于MLC葉片速度的限制也會要求降低機器劑量率以避免治療時出束暫停。

斷層調強

步進式斷層調強是利用NOMOS公司的孔雀系統(peacock)來進行的。孔雀系統包括一台專門設計的調強準直器，叫做MIMiC。它是一台電動氣動式裝置，可以通過附件插槽安裝到加速器機頭形成細長的矩形射野，叫做扇形束。

在機架放置時，利用MIMiC的開關（ON,OFF）運動，實現調強治療。MIMiC由兩組40個葉片組成，每組20片，相對排列。葉片是由鎢制作成的，每個葉片高8cm，近源端寬5cm,接近患者一端6cm寬，葉片在加速器等中心處投影約為10mm。相鄰葉片間有凹凸槽，以減少漏射線。每組葉片形成的細長條矩形野在等中心處的長度的兩擋，分别為10mm和20mm。每個葉片由一個微型氣動活塞獨立控制，兩組葉片同時獨立運動，形成兩個細長條矩形野。

也就是說，機架繞患者旋轉一次，隻能治療兩層切片（即2cm）,一般來說靶區長度都不隻2cm，所以要想治療整個靶區就要多次旋轉機架，與此同時治療床必須連續向前步進，這種步進/旋轉過程持續進行，直到治療完整個靶區。

在這個過程中MIMiC受氣閥操縱運動，當氣閥打開後，高壓氣體推動活塞使葉片進入射野，當氣閥關閉時，活塞内的低壓氣體反向拉回活塞使葉片推出射野。活塞雙向運動時間約為40-60ms。按照治療計劃給出的強度分布要求，通過計算機控制活塞停留在射野内的時間，就能達到調強需要的強度分布。MIMiC本身有傳感器和顯示屏，可以監測葉片運動速度和位置。

這種治療方式，床步進的控制精度對相鄰野劑量分布影響很大。為了減少由于相鄰野不重合産生的不均勻性，治療床步進的精度和可确定性是非常重要的。為此需專門涉及一個控制床步進的配合裝置，以提供0.5mm以内的可選步進。

輻射束調制所需要的控制參數也是從治療計劃得出，由計劃系統寫在軟盤上，用作MIMiC的數據文件。MIMiC中的控制系統包括微處理器、機架角度傳感器和葉片運動傳感器。

步進式斷層調強方式治療時間需要很長，而且由于使用氣動閥門，治療時發出很大噪聲可能使得患者會感到不舒服。