螺旋导航光子刀.doc

螺旋导航光子刀螺旋导航光子刀是TomoTherapy(螺旋断层放射治疗系统）的中文译名，此设备常常被简称为：TOMO，也有叫为螺旋光子刀、拓拇刀、拓拇刀、螺旋导航刀或是螺旋刀的。螺旋导航光子刀是集IMRT（调强适形放疗）、IGRT（影像引导调强适形放疗）、DGRT（剂量引导调强适形放疗）于一体、以螺旋CT旋转方式治疗癌症，这就是螺旋导航光子刀的核心特征。同时螺旋导航光子刀还构建了放疗技术发展的新平台：自适应放疗（ART）或计量引导放疗（DGRT）。综述螺旋导航光子刀是一种全新的调强放射治疗设备，是第一台专用于调强治疗的系统。机载了兆伏级CT，还是第一台完全整合影响引导系统的放射治疗系统。简单来说螺旋导航光子刀就是把直线加速器放在CT的滑环机架上，使用扇形X光束实施照射。断层治疗的原理是螺旋导航光子刀系统的理论基础，这个原理在1990年由威斯康星大学提出。TomoTherapy公司组建于1997年，开始设计生产商业治疗系统。目前已经有300多台安装了全球的16个以上的国家治疗患者。相比传统加速器，螺旋导航光子刀有许多独特的特点。特点1、螺旋照射方式螺旋导航光子刀系统是一种全新的治疗设备，设计成可以对肿瘤进行高度适形照射并同时最大可能的对周围的正常组织进行保护。用扇形X光束进行螺旋照射时它的最大特点。其无论是外观上还是原理上都更接近于CT，螺旋导航光子刀的放射源是安装在类似于CT的滑环机架上的一个直线加速器，加速器在进床的同时环绕患者进行360范围的螺旋照射治疗。连续的螺旋照射消除了层与层相连处可能产生的冷、热点的问题。由于采用动态的螺旋照射方式，照射野的微小改变都可以导致动态剂量分布的变化。2、影响引导螺旋导航光子刀系统完美的将CT扫描技术和放射治疗系统整合到了一起。系统整合的优势就是每天都可以利用患者治疗前的兆伏级CT影像进行影像引导摆位。同源的兆伏级CT扫描真正做到了每天都对患者进行摆位验证。这些日常CT影像确保了整个治疗过程中患者每次摆位的精确性，物理师或医生可以检查这些影像的位置、大小，并且还可以在治疗前根据治疗计划检查肿瘤形状。这一步骤确保了放疗计划对于肿瘤靶区的精确照射，如果需要还可以根据肿瘤靶区修改治疗计划，将肿瘤治疗计划的精度提升到了一个新的高度。整个治疗过程中的任何一分次间的CT影像都可以用来进行治疗计划的验证，并可以根据当天的情况进行自适应计划的设计。3、专用于IMRT的系统螺旋导航光子刀是专门设计用6MV光子线进行调强治疗的设备。它和传统的加速器有许多方面的不同，比如它取消了均衡器的设计，增加了多叶光栅的漏射防护能力和采用窄扇形束照射等方面功能。在所有的这些不同之处中，最重要的区别是取消了均衡器的设计。螺旋导航光子刀不仅可以用来治疗多种类型的肿瘤，比如前列腺、脑、头颈部、胸部、腹部和盆腔等这些可以再传统加速器上进行治疗的肿瘤，还可以治疗传统加速器不适合治疗的肿瘤。由于数目巨大的调制射野，还可以给复杂的肿瘤靶区以非常均匀并且高度适形的剂量分布，甚至可以实现凹形剂量分布。原理1、照射原理、螺旋照射方式不同于传统加速器只从几个固定射野进行照射，螺旋导航光子刀设计为围绕患者螺旋照射。它把6MV直线加速器安装在CT滑环机架上，窄扇形射线照射野可以环绕机械等中心做360连续旋转照射。机架旋转的同时，治疗床根据机架等中心进床，照射野射线围绕患者产生了一个螺旋形照射通量图。治疗过程中机架按照特定的恒速旋转，每旋转一圈有51个方向的调制射野。连续的螺旋照射方式解决了层与层衔接处的剂量不均匀问题。螺旋导航光子刀使用几万个子野分布在360的螺旋照射中，所以治疗不会受到特定照射角度的限制，也就是说螺旋导航光子刀可以选择任何角度对患者进行照射。而且更多的子野角度就意味着在设计治疗计划时有更多的调制能力治疗精度也就更高，肿瘤剂量的适形度更好，正常组织发生并发症的风险则更低。、气动二元多叶光栅螺旋导航光子刀采用气动二元多叶光栅设计，64片互锁设计的二元叶片调制40cm宽的照射野。二元是指在治疗过程中，叶片只有开和关两种状态，通过开关时间来调制子野强度。优化程序的结果决定叶片的运动序列和开闭时间，叶片的运动序列和开闭时间完成了对子野强度的调制，64片叶片的共同作用实现了医生临床要求。螺旋导航光子刀可以提供最具灵活性的剂量适形度，是目前最佳的治疗剂量分布的工具。、sinogramsSinograms是旋转圈数（或床的位置）与机架角度的函数所表示的射线强度。Sinograms是连续的螺旋照射中MLC叶片打开时间的模式。Sinograms的一个元素代表着一个子野的强度，正是有这几万个子野强度组成了一个治疗计划的完整sinograms。2、计划原理螺旋导航光子刀是天生的调强放疗系统，用逆向计划的方式实现临床目标。它将临床处方剂量建模为数学目标函数。变量是每个子野的权重。治疗计划系统最速下降梯度优化算法寻找目标函数的最优值。不像其它计划系统，除非用户中断优化否则螺旋导航光子刀优化不会停止。螺旋导航光子刀的优化进程分两步：第一步根据靶区位置，铅门设置和螺距值计算所有使用的子野；第二步优化每个子野的权重得到所需的剂量分布。优势一、螺旋导航光子刀相比于传统疗法，最大的特点就是：肿瘤剂量适形度更高，肿瘤剂量强度调节更准，肿瘤周围正常组织剂量调节更细。具体体现为：1、360度旋转，51个弧度，全方位断层扫描照射在线成像系统确定或精确调整肿瘤位置，数以千计的放射子野以螺旋方式围绕病人实施精确照射。从而可以使高度适形的处方剂量送达靶区，敏感器官的受量大大降低或避免。 2、卓越的图像引导功能螺旋导航光子刀的成像和治疗采用同一放射源兆伏级射线，在放疗的同时即可采集CT数据，使放射治疗和螺旋CT流畅结合。 3、自适应放疗，动态跟踪定位CT成像探测器会在放疗的同时收集穿透病人身体后的X线，从而推算出肿瘤实际吸收的射线能量，为以后的放疗剂量提供科学准确的参考数据。 4、治疗范围广，治疗环节少，自动化程度高螺旋导航光子刀集治疗计划、剂量计算、兆伏级CT 扫描、定位、验证和螺旋放射功能于一体，治疗摆位和验证自动化程度高，花费时间少。 二、技术优势1、螺旋导航光子刀是至今最好的IMRT系统，且集IGRT与IMRT于一身，用螺旋CT旋转方式摄取图像和治疗肿瘤，并可达到自适应放疗（ART）或DGRT（剂量引导放疗）。2、螺旋导航光子刀完成IMRT的优势在于其能有最好的适形和剂量均匀度，达到最佳IMRT，而且使用容积调强旋转技术，用非均匀强度射线，不同的（不均匀）强度级差，足够的射野角度（150250），达到靶区内计量预期设计方案。3、螺旋导航光子刀使用狭窄的放射线束围绕病人旋转治疗，类似CT。机器旋转同时移动治疗床，形成旋转方式，用连续照射消除了照射野之间的衔接问题。螺旋导航光子刀包括40cm长的6MV-X线加速器，安装在机架上，对侧装有探测器阵列。射线宽度40cm，床可移动距离160cm，360旋转，51个照射角度，间距为7.放疗时给予剂量基本上是按时间计数，不给予MU。特殊的TPS精确的在线时间，可给予精确的治疗剂量。靶区边缘剂量下降梯度陡峭，正常组织受量有限。IMRT可达100个层级，即百倍调强能力。4、螺旋导航光子刀具自适应放疗（ART）和DGRT治疗的功能。ART应具备下列条件：CT图像值与病人组织的电子密度必须成精确的线性关系；有自适应计划的计算工具，实施计划的验证与修改。螺旋导航光子刀的ART用于颅内肿瘤SRS的IMRT时，剂量给予1.5mm1.5mm2.0mm，与普通静态IMRT比较，具提高剂量适形度，剂量梯度和剂量均匀性特征，且可使SRS改成HSRS。5、螺旋导航光子刀在完成IMRT时，用MVCT收集影像，不仅能矫正摆位误差，还可计算当天照射的实际剂量分布，用来评估和调整以后分次治疗的计划，即为ART或DGRT。6、螺旋导航光子刀的成像性能优越，配准完整。MVCT在每次治疗前进行影像校正，仅用12cGy。对患者及治疗总剂量均为最小的影响。MVCT取得影响后，校正摆位误差及进行ART操作，可能需15min。MVCT有高影像分辨率，自动融合系统，图像配准中无伪影。CT数值物理密度呈线性关系，为最终的剂量重建及ART的质量提供较好的基础。完整的系统保证图像获取，输入及自动融合各步骤准确无误。7、螺旋导航光子刀的剂量剂量包括服务器群体化和数据管理系统，保证高速和准确计算，剂量计算不确定性2%。IGRT与IMRT一体化，51个机架角度及360旋转解决了放射外科治疗及要求剂量梯度改变两难境界。适用应用广泛各类肿瘤，均可选择。由于螺旋导航光子刀的特殊设计和功能，可以治疗位于身体任何部位的肿瘤。治疗范围包括： 1. 胶质瘤、脑转移瘤、脑膜瘤等颅内良恶性肿瘤2. 鼻咽癌、上颌窦瘤、喉癌、舌癌等头颈部恶性肿瘤3. 肺癌、乳腺癌、食管癌、纵隔肿瘤等胸部恶性肿瘤4. 肝癌、胃癌、胰腺癌、胆道系统、肾脏等腹部恶性肿瘤5. 前列腺癌、精原细胞瘤、宫颈癌、子宫内膜癌、直肠癌、膀胱癌等盆腔恶性肿瘤6. 脂肪肉瘤、骨肉瘤、基底细胞癌、皮肤鳞癌、黑色素瘤等皮肤和软组织恶性肿瘤7. 白血病、恶性淋巴瘤等造血系统病变8、各类恶性肿瘤的骨、肝、肺、淋巴结等转移性病变治疗关键1、治疗前检查、入院后的常规检查：胸片、心电图、抽血化验、全身体检等。、影像学检查：高速螺旋CT或磁共振，排除颅内肿瘤、脑血管病等占位性病变，并提供进行三维图像融合的基础。、必要时进一步选择性检查的项目：PET/CT、穿刺活检等。2、治疗关键螺旋导航光子刀的治疗步骤包括固定体位、CT扫描、标记体位、定位、制定治疗计划、在治疗机下复位、实施治疗。其实，螺旋导航光子刀治疗设备的流程都是一样的，但核心在于治疗方案的制定、靶点的精准勾画和剂量的大小，不同的螺旋导航光子刀专家使用同一台螺旋导航光子刀设备，但是往往治疗效果会有大大的不同，这就是螺旋导航光子刀治疗的关键要素，要选择专业的螺旋导航光子刀治疗专家。先驱者夏廷毅空军总医院肿瘤放疗科主任、兼任中国人民解放军总医院放射治疗科主任，主任医师，全军肿瘤放疗中心（螺旋导航光子刀中心）主任、教授、医学博士、解放军空军级专家、中国医科大学硕士研究生导师、解放军第三军医大学博士生导师、空军总医院博士后流动站导师。社会兼职：现为中华医学会放射肿瘤专业委员会副主任委员；前北京医学分会放射肿瘤专业委员会主任委员；全军放射肿瘤专业委员会副主任委员；北京医学会常务理事；中国生物医学工程学会肿瘤靶向技术治疗分会副主任委员；中国抗癌协会放射治疗专业委员会常委；中国抗癌协会临床肿瘤协会委员；北京医师协会放疗专家委员会副主任委员；中华放射肿瘤学杂志编委会常委。专业特长：1999年开始从事立体定向放射治疗颅内肿瘤、多发脑转移瘤、肺癌、肺转移癌、肝癌、肝转移癌、胰腺癌、肾上腺转移及腹膜后肿瘤的临床研究，积累了丰富的临床经验，确立了立体定向放疗的研究方向。2004年开始从事调强放射治疗鼻咽癌、食管癌、肺癌、胰腺癌、肝癌、前列腺癌及骨转移的临床研究，采用靶中靶剂量递增模式获得了提高疗效、降低损伤的效果。2006年开始采用PET/CT检查、分期和放疗定位治疗一体化的临床应用，为病人治疗的准确分期、放疗靶区的正确勾画以及治疗方案的合理制定打下了坚实的基础。2007年开展了以现代放疗技术为主导，联合药物靶向治疗或化疗治疗晚期非小细胞肺癌、胰腺癌、颅内胶质瘤等的临床研究，提出了以高分次剂量选择性放疗为目的，以提高肿瘤局控率和提高患者生活质量为目标的治疗新策略。其它2011年9月12日，中国人民解放军空军总医院全军肿瘤放疗中心引进了这个设备，标志着国际顶尖的肿瘤放射治疗技术进入世界上人口做多的国家，为广大中国癌症患者带来了福音和新的希望。在这台螺旋断层放疗系统的开机典礼上，发明者麦肯教授接受了采访。他了解到中国目前放疗水平发展极为不平衡，每百万人口平均拥有不到一台的放疗设备，医疗资源分布不均匀，没有普及早期检查的条件，很多新发现的肿瘤患者都可能处于中晚期，情况复杂。并且中国拥有世界上最多的鼻咽癌患者。了解到这些情况，麦肯教授非常感慨，很认真又诚恳