讨论调强放射（IMRT）的临床应⽤
【摘要】⽬的讨论调强放射(IMRT)的临床应⽤。⽅法采⽤精确的体位固定和CT或MRI三维重建定位技术，以逆向计划算法为基础的计划和计算机控制的计划优化能够在射束内产⽣强度不同的⼦射野，从⽽实现在肿瘤靶区内形成所期望的剂量分布，并使靶区周围的正常组织受量降低。国内外研究数据表明IMRT能够提⾼肿瘤靶区确定的准确性，在不增加靶区周围正常组织受量的情况下，允许提⾼某些部位肿瘤局部控制所需剂量。结果与结论随着功能影像学的发展，肿瘤敏感性的检测⽅法有了进展，以⽣物学为基础的影像技术与计算机控制的计划技术相结合，使得探索确定耐辐射的肿瘤病灶及其表现形式成为可能，IMRT是实现 种可能性的途径。
【关键词】调强放疗（IMRT）；逆向计划；动态多叶光栅（DMLC）；计划优化和评估；三维计划系统
放疗是消除⼈类肿瘤⾮常有效的⼿段之⼀，但受靶区周围的危及器官及正常组织剂量耐受⽔平限制，常规放疗⽆法对靶区及侵犯的亚临床区域以应有的最⼤剂量⽔平的照射，肿瘤的局部控制效果差，转移、
复发率⾼，调强放疗（IMRT）是近年来放疗技术上的最新进展，能够实现对肿瘤靶区精确的⾼剂量照射。肿瘤与正常组织的放射⽣物效应是相互独⽴的，若肿瘤控制概率曲线与正常组织损伤曲线相⽐处于低剂量范围时，可作为根治性放疗的依据，才能在肿瘤控制上达到需求剂量的同时，使正常组织损伤程度很低。然⽽对
数肿瘤，肿瘤控制曲线的斜率没有正常组织损伤曲线的斜率那么陡，且两条曲线相距较近，从⽽限制了控制肿瘤所需的⾼剂量照射。解决的⽅法：⼀是提⾼肿瘤的放射敏感性，通过增敏⽅法达到照射肿瘤致死的程度，但收效甚微，⼆是减少正常组织损伤，通过修正正常组织敏感性的⽅法，使正常组织损伤曲线移⾄
⾼剂量区域，IMRT是提供这⼀⽬标实现的技术和⽅式。常规放疗仅在模拟机下确定肿瘤靶区是不精确的，射野设计常包括很多正常组织作为安全边界，使临近的正常组织受到过量照射，有了CT等辅助的计划设计提⾼了肿瘤靶区确定的精确性，随着计算机和影像技术的发展，三维计划系统的应⽤，能够实现放射区域内三维空间⾥任意点的剂量的计算，精确的计算⽅法和先进的三维计划⼯具的使⽤，使IMRT在⼈体某些部位的肿瘤得以实施，也使受⾼剂量照射的危及器官的体积有所减少，
衣原体包涵体这种减少成为IMRT中允许增加肿瘤照射剂量的重要因素，某些正常组织的损伤程度与照射体积有关，因此减少正常组织受照体积并在达到耐受标准之前就允许肿瘤照射剂量的增加。IMRT的实现⽅式有多种，国内外⼀些放疗部门正在开展该项技术，临床数据表明对某些部位的肿瘤，IMRT技术改善了靶区确定的精确性，提⾼了靶区涵盖度和剂量均⼀性，能避免正常组织受⾼剂量照射。
1实施措施和步骤
本院现有设备：Varian Clinic 23EX医⽤电⼦直线加速器，同时配备80叶⽚MLC，Eclipse三维计划系统（含Helios逆向计划模块），Somavision CT-Sim CT模拟定位系统，
Acuity模拟定位机，Varis放疗信息⽹络管理系统，Siemens Somatom Sensation 16螺旋CT、MR以及Laxmarx激光定位系统，从2003年开始选择某些适宜的特定部位进⾏了IMRT 技术的尝试，部位选择条件为：（1）凹型肿瘤靶区和周围存在危及器官的肿瘤靶区，需要IMRT技术来取得靶区内剂量适形和避免危及器官受⾼剂量的照射。（2）常规放疗⽆法实现的，如分裂射野技术等，需要IMRT技术来取得更适形的剂量分布。在本院IMRT的实施基于逆向计划技术和动态多叶光栅（DMLC）的应⽤，其实施步骤包括: 体位的固定、CT-Sim图像获取、靶区/器官勾画、制定优化标准、计划优化、叶⽚次序产⽣（LMC）、剂量分布计算、计划评估、批准、传输⾄MLC控制⼯作站、验证、实施。叙述如下。
1.1病⼈的体位固定和图像获取 IMRT技术中保持病⼈摆位的准确⾮常重要，在图像获取、模拟定位和
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过程中，须使⽤精确的固定装臵和定位程序。模拟定位是与病⼈的固定、建⽴⽪肤参考标记点和确定临时的等中⼼、获取正、侧位图像等相结合进⾏，接受计划之后，在计划建⽴的等中⼼位臵重新定位病⼈，并获取前后及⽔平射束⽅向上的参考图像，与计划中相应的射束⽅向视DRR⽚或射野验证⽚⽐较，并根据计划提供参数修正⽪肤标记。三维CT图像的获取是病⼈躺在平板床
上，部位的CT扫描图像，扫描层⾯的多少和扫描层厚取决于靶区⼤⼩、形状、位臵，并满⾜计划评估和剂量计算的要求，要获得⾼分辨率的DRR⽚及更精确的确定靶区，扫描层厚应为3～5mm，且同时获取强化和⾮强化CT图像，有些部位的病变MRI是CT的有效补充，对确定靶区的范围有很⼤帮助。Somavision CT模拟系统具有CT-CT、CT-MR图像匹配功能，CT 模拟就是使⽤三维CT数据建⽴虚拟病⼈在计算机⼯作站上模拟，根据CT数据重建病⼈解剖结构并展⽰，为观察、决断和形成⽂件产⽣模拟⽚或数字化图像。
1.2靶区的勾画和射束的选择按ICRU50号报告的规定，由CT图像数据产⽣的体积：临床靶区（CTV）是可观察到的肿瘤及其危及区域，计划靶区（PTV）包括摆位误差和其他⼀些不确定因素，对CTV、PTV的确定⼈的因素占⾸要地
位，CTV的勾画由有资质的CT 诊断医⽣、放疗医⽣和物理师共同完成，PTV和计划所需的其他结构的勾画由物理师完成。Eclipse中有多种在三维视图中表⽰PTV、CTV 及其邻近危及器官的展⽰⽅法，射束⽅向的选择⾮常⽅便，能⽤射束⽅向观（BEV）很好的观察⼏何区域，⼀旦选定射束⼊射⽅向，射野的形状随之确定，在IMRT技术中，只要有⾜够数⽬的射束，射束数⽬具体是多少，其⼊射⽅向如何并不⼗分重要。
阳宝1.3计划优化 IMRT计划的特点是使⽤强度调制来改善剂量分布，通过反复优化且不断地调整射束的强度模式并评估形成的剂量分布，直⾄产⽣⼀个可接受的计划，逆向计划设计主要靠计算机⾃动优
化，设计⼈员指定射束的数⽬、⽅向以及对CTV、PTV和危及器官的期望值，由计算算法把每⼀射束分成许多单元射束并反复修正单元射束的权重，直到合成的三维剂量分布与指定的⽬标相适形，射束强度是调制的。优化成功的关键是指定⼀个评估计划的定量标准，逆向计划中以数值表⽰的判定标准作为优化算法试图降低的⽬标函数，算法是以剂量和剂量体积为基础，由靶区和正常组织或感兴趣区域的受量确定限定条件，标准的制定是对CTV、PTV分别设臵上、下限剂量体积约束条件，并规定PTV内最⼤（最低）剂量不能超过（低于）多少，对周围正常组织、危及器官或感兴趣区域只设臵剂量或剂量体积上限，指定CTV、PTV、危及器官或感兴趣区域的优先权限（权重和罚值）及X、Y⽅向的注量平滑参数，不同部位的病变有着不同的限定条件，但对危及器官的限定是相同的。通常优化标准的设臵⽐期望的临床结果要严格⼀些，当然若设臵过于苛求、计划结果是不会令⼈满意的，需要
不断地调整各个参数，合理权衡肿瘤控制与组织损伤的关系，逐步达到满⾜要求的结果。不同的病⼈在靶区和正常结构间⼏何上有差异，也应根据病⼈⾃⾝的条件和不同的病变部位进⾏个体化处理，逆向计划还能通过结构的确定来控制空间的剂量分布，优化时通过对靶区和正常组织内部分段并分别施加约束条件的办法，对不同区域进⾏剂量修正。
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1.4⽤DMLC实现的调强射野、剂量计算和计划评估调强射野可由多叶光栅(MLC)实现，在动态多叶光栅(DMLC)⽅式中，出束时叶⽚持续运动，每⼀对叶⽚穿越靶区就形成⼀单独滑窗，滑窗的宽度和叶
⽚运动速度都是由指定⽅式调整，根据设计好的叶⽚位臵次序产⽣期望的强度分布，把调强射束的强度分布转化为叶⽚位臵次序，存储到DMLC⽂件中作为MU的函数，实现优化注量到实际注量的转换，这些数据再传输到MLC控制⼯作站，⽤来引导MLC的运⾏。Eclipse系统中光⼦的计算采⽤蒙特卡罗三维卷积叠加⽅法，其临床实现得益于计算机技术的飞速发展。系统中计划评估的⼯具⾮常强⼤，叠加在CT 图像上的⼆维剂量分布及三维剂量分布的体积视图，CTV、PTV、危及器官、特定结构的剂量体积直⽅图(DVH)等，可以⽤两种⽅向观（医⽣⽅向观、射束⽅向观）观察强度分布情况，评估标准决定计划是否满⾜临床的需要，我们制定的标准为：PTV内接受⼤于110%处⽅剂量的体积⼩于15%、低于95%处⽅剂量的体积不⼤于3%，PTV 外任何区域不能⼤于110%处⽅剂量，PTV内任何低于95%处⽅剂量的区域应在CTV-PTV边界内或在靠近危及器官⼀侧的区域，利⽤等剂量曲线、DVH 图等进⾏观察和评估，对不满意的计划进⾏修正。
1.5实施和质量保证使⽤DMLC实施IMRT需要机械和剂量上的测量，机械上的校正按照Varian公司程序完成，期间监测DMLC 运动情况⾮常重要，出束时MLC控制⼯作站每50msec检测所有叶⽚位臵1次，并与DMLC⽂件中计划设计的叶⽚位臵相⽐较，然后记录到DMLC⽇志⽂件中，若叶⽚与其计划的位臵有偏差且超出容差的范围，控制计算机请求停⽌出束，并制⽌照射直到所有叶⽚重新恢复到容差范围内。DMLC位臵的常规运⾏情况⽤专门的程序来评估，包括质量保障程序和IM射野剂量验证，按预先设计的图样获取光⽚，实
现DMLC功能表现的可视评估，不同机架⾓和准直器⾓的电离室和铅指针测量来检查DMLC输出的稳定性，点剂量测试是在计划确定后，创建各项参数与原计划相同的验证计划并移植到测试模体中，在模体中选择某些点进⾏剂量测试，可以对每⼀射束也可综合所有射束进⾏测试，测量点的选择若在低梯度区精度为2%～3%，若在⾼梯度区测试偏差就很⼤，怎样判断这种偏差的来源需更进⼀步地探讨。Eclipse计划系统经由⽹络管理系统与机23EX、MLC控制和设计⼯作站、验证计算机和模拟机相联，计划设计数据直接提交，实施前，验证计算机检测初始叶⽚设臵和其他机器参数，实施期间，MLC 控制计算机按时监测叶⽚位臵，并⽐较、记录、存储，第⼀个DMLC射野完成，验证系统记录实施的MU和MLC的具体位臵，⽆须进⼊机房放疗师按要求转动机架⾄下⼀⽅向，系统⾃动安排下⼀个射野实施。
2临床应⽤和经验
⾃2003年5⽉开始，选择⼀些特定部位肿瘤的病⼈开展了IMRT 技术，如对体部复发或转移的肿瘤进⾏⼆重放疗时，常规放疗⽆法满⾜保护靶区周围重要结构的需要，因此进⾏了IMRT技术的尝试。但主要开展了⿐咽癌、⿐腔及副⿐窦癌、颅内肿瘤等头颈部癌全程或增量调强放疗，详述如下：放疗是头颈部癌的重要⼿段之⼀，疗效较好，疗后病⼈⽣存期长，对⽣活质量要求⾼，但靶区形状不规则性⼤，靶区周围危及器官多，常规放疗⽆法避免周围危及器官受⾼剂量
照射，且靶区内剂量分布差，需要IMRT技术来提⾼靶区内剂量适形和均⼀，降低周围危及器官的受量，国内外开展头颈部癌IMRT技术的⽂献报道较多，说明IMRT技术在该部位的有较⼤优势。实施情况以⿐咽癌的调强放疗为例，采⽤3mm层厚获取CT图像，头颈肩框架热塑⾯罩固定病⼈，勾画CTV、PTV及脊髓、脑⼲、视神经、视交叉、腮腺等结构，5～7个⽅向的射束，产⽣包绕靶区、区域淋巴结、环绕但不包括脊髓和脑⼲的凹形剂量分布，优化约束条件靶区最⼤接受120%的处⽅剂量，正常结构的约束条件：脊髓40Gy、脑⼲50Gy、视结构45～50Gy、晶体10Gy等，脑⼲和脊髓根据情况其权限⾼于PTV 和其他正常结构，⽤DVH图评估剂量分布，与常规放疗相⽐有较⼤改善，剂量分布适形，脊髓、脑⼲、视结构受量都⼤⼤低于其耐受标准，当PTV与腮腺的勾画重叠或⾮常接近时，虽然对PTV做了修正或把重叠部分单独勾画加上约束条件，部分腮腺的受量仍然偏⾼，但与常规放疗相⽐有很⼤差别，受⾼剂量照射的体积明显降低。
3讨论和展望
摆位的变化和病⼈器官的运动，给CTV添加边界从⽽形成PTV，IMRT技术中剂量分布的⾼度适形，使结果更容易受到这些因素的影响，不同的部位和病⼈，这些因素的差异较⼤，只能采取个位化解决⽅案，头颈部癌的病⼈，靶区相对稳定，主要考虑摆位误差，⼜因固定容易，重复性好，误差也⼩，所以CTV外放边界在三维⽅向上各放5mm就能满⾜要求，但对体部肿瘤，病⼈内部器官运动幅度⼤，
固定措施没有头颈部的那么精确，摆位重复性的变化也⼤，因此外放边界相对较⼤，多数情况下三维⽅向上是不均等的，要按实际测量来定。CTV勾画的精确性直接关系到放疗的成败，应由CT医师、放疗医师、物理师共同参与，对有些部位的肿瘤CT 图像不能完全满⾜靶区确定的要求，MRI可作为CT的有效补充，但CT和MR结合也不⼀定能完全满⾜靶区确定的需要。对剂量热、冷区的处理，剂量热、冷区范围有多⼤、热冷程度如何、处在什么位臵，在PTV外利⽤布尔运算创建虚拟结构，即剂量成型结构，给予剂量体积约束条件，或在PTV外热区创建新结构，加上约束条件等办法解决上述问题，对靶区和正常组织勾画重叠部分采⽤类似的解决办法。国内外临床数据表明对前列腺癌、头颈部癌等实施IMRT技术，肿瘤局部控制有较⼤改善，也具有降低毒副反应的能⼒，随着功能性影像学的发展，⽣物靶区和⽣物适形调强放疗等概念的产⽣，势必会极⼤地改善靶区勾画，分⼦和⽣物图像将会作为IMRT剂量实施的引导，按肿瘤的敏感性和抗拒性确定肿瘤解剖分区的⽅法，通过IMRT技术有选择地在靶区内对耐辐射的肿瘤区域施以更⾼的剂量，新的固定装臵的研制和应⽤，呼吸关联图像
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的获取，呼吸门控照射的实施，图像引导的靶区位臵测量和校正，会使实施IMRT技术的质量更有保证。
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