CBCT影像引導聯(lián)合Elekta Unity高場強磁共振影像引導的交互式自適應放療在食管及賁門惡性腫瘤的臨床應用。
主診教授：郎錦義
醫(yī)師：陰駿、羅成、李益民
物理師：王先良、黎杰、Lucia、劉敏、唐斌、袁珂
治療師：張德康、黃娜、牛剛、吳雙宏，馮璽
所用設備
■ 醫(yī)科達Monaco 計劃系統(tǒng)
■ 醫(yī)科達MOSAIQ腫瘤信息管理系統(tǒng)
■ 醫(yī)科達磁共振引導放射治療系統(tǒng)(Elekta Unity)
■ 醫(yī)科達Synergy CBCT影像引導加速器
■ GE模擬定位CT
MRgRT：磁共振圖像引導技術(shù)
影像引導技術(shù)在放射治療過程中的使用，開啟了對腫瘤信息確認和追蹤的新篇章。放療影像引導技術(shù)在過去三十年發(fā)生了翻天覆地的變化，從無法確定腫瘤位置的粗獷型定位放療到準確定位腫瘤及其周邊正常組織的精準放療。放療界首先解決的是對腫瘤定位的問題。傳統(tǒng)放療通過2D平片，醫(yī)生只能模糊繪制腫瘤的位置，隨著影像技術(shù)的進步，醫(yī)生通過CT提供的3D影像信息，準確確認腫瘤位置，并制定放療計劃;而今，錐形束CT(cone beam CT，CBCT)圖像引導已經(jīng)成為放療的主流圖像引導技術(shù)。但是CBCT依然存在軟組織分辨率低，無法在放療過程中有效地實時監(jiān)測周圍為軟組織的腫瘤的變化的短板。
圖1 Elekta Unity磁共振引導放射治療系統(tǒng)
隨著Elekta Unity的商業(yè)化實施和國家藥品監(jiān)督管理局醫(yī)療器械注冊證系統(tǒng)認證，1.5特斯拉高場強磁共振影像引導的放射治療已逐漸應用于臨床。MRI成像技術(shù)有高于CT數(shù)倍的軟組織分辨能力，圖像中對于軟組織的對比度可以提高1~3個等級度，并且無需使用造影劑，從而避免了造影劑可能引起的過敏反應，同時MRI成像不會產(chǎn)生CT檢測中的骨性偽影和電離輻射。另外，磁共振影像不僅有形態(tài)學，還具備功能學，可以形成分子影像，提供功能信息，影像診斷中很熱門的磁共振彌散加權(quán)成像(DWI)、磁共振彌散張量成像(DTI)等功能磁共振影像都可以在Unity上實現(xiàn)。相較于常規(guī)CBCT，Unity可在每次放療前采集患者MRI影像，精準掌握腫瘤和周邊正常組織的信息及療中變化情況，包括腫瘤的邊界，組織成分和周圍正常組織解剖結(jié)構(gòu)，實時修正靶區(qū)。同時，Unity可以實現(xiàn)對腫瘤治療中的全程監(jiān)控，真正達到空間和時間適應性放射治療。
ART自適應放療技術(shù)
雖然IGRT可以微調(diào)患者擺位提高治療位置與計劃位置的匹配度，但對于分次治療中器官的移動、組織形態(tài)改變等造成的位置偏差無能為力。為了解決治療時，患者腫瘤及正常組織改變(包括：組織形態(tài)變化、位置移動、胃腸道氣體及膀胱充盈程度差異等)對照射劑量分布的影響，自適應放療(Adaptive RT, ART)允許根據(jù)患者治療時的狀態(tài)對放療計劃進行調(diào)整。ART代表了IGRT的下一個發(fā)展前沿。ART可以根據(jù)腫瘤的治療表現(xiàn)并結(jié)合周圍相鄰正常組織的位置對腫瘤當天的治療劑量和靶區(qū)進行修訂。
現(xiàn)階段的放療界，自適應的放療技術(shù)根據(jù)成像設備的差異大致可以分為基于CT和MR引導的自適應放療。相比于錐型束CT(Cone-beam CT, CBCT), 扇形束滑軌CT可以提供更優(yōu)的圖像對比度，但受限于其笨重且耗時的特點以及非治療等中心位置驗證缺陷，臨床并不能常太化使用。此外，CT影像軟組織對比度較差，較難區(qū)分軟組織，特別是腹部臟器。相比于CT，MRI影像具有良好的軟組織對比度和清晰度。
圖2 放療圖像引導技術(shù)發(fā)展圖
CBCT影像引導聯(lián)合Unity高場強磁共振影像引導的交互式自適應放療流程
放療前，醫(yī)師會根據(jù)患者詳細病史和體征、病理診斷、實驗室和影像檢查資料、全身情況等，集體討論制定最適合的個體化治療方案，選擇最適合此技術(shù)的放療患者，包括MR安全性篩查。與常規(guī)放射治療的流程有所差異，磁共振引導放療全流程包括體位固定(固定裝置需要選擇MR兼容裝置)、模擬定位(包括磁共振模擬定位掃描MR-sim)、掃描后圖像處理(CT-MR圖像融合)、靶區(qū)勾畫與計劃設計、治療信息傳輸、治療驗證與監(jiān)測、治療實施和隨訪等主要步驟。體位固定裝置選用磁共振兼容的真空墊，MR-sim掃描選用T2WI序列，必要時增加磁共振功能影像。
首先，參照多模態(tài)影像組學，于定位CT圖像勾畫靶區(qū)，制定放療計劃，并于Synergy常規(guī)直線加速器上CBCT影像引導下進行放射治療，治療前均啟動CBCT圖像掃描、配準進行治療前的擺位驗證。當病人在常規(guī)直線加速器上完成前4個分次之后，于Unity上完成第5分次的MRI圖像引導自適應放療，再繼續(xù)完成4分次常規(guī)直線加速器放療和1分次Unity放療，依次循環(huán)直至腫瘤大幅退縮，需要重新修正放療靶區(qū)。
與Synergy傳統(tǒng)CBCT影像引導直線加速器治療實施流程相比，磁共振引導放射治療實施流程有所不同。首先，其在治療前按定位CT勾畫靶區(qū)所設計的放療計劃，我們稱為參考計劃，其不用于指導實際照射，而只作為參考計劃用于生成在線計劃。在每次治療前需掃描得到當前分次的MRI 圖像，將該MRI 圖像與定位CT 影像進行融合、配準(后續(xù)每次MRI 圖像與前一次MRI 圖像配準)，結(jié)合臨床需要，選擇合適的自適應放療模式：基于位置修正的ATP(adapt to position) 或基于形變修正的ATS (adapt to shape)。ATP 治療模式主要目的是修正擺位誤差，根據(jù)配準結(jié)果調(diào)整計劃中心點， 按照CT 現(xiàn)有的勾畫結(jié)構(gòu)， 重新優(yōu)化計算生成在線計劃治療患者。ATS 治療模式主要目的是修正腫瘤和OAR 的形變導致的誤差，將CT 影像上的勾畫結(jié)構(gòu)形變至MRI影像，在MRI上重新勾畫或修改靶區(qū)，同時將CT上不同結(jié)構(gòu)的平均相對電子密度值賦值至MRI相對應的結(jié)構(gòu)上，生成合成CT，并在MRI上重新優(yōu)化計算。而此次雜交圖像引導放射治療的方式主要采用更為精細的ATS治療方式。
圖3 四川省腫瘤醫(yī)院創(chuàng)新探索的“CBCT影像引導聯(lián)合Unity高場強磁共振影像引導的交互式自適應放療流程解決方案”流程圖
在磁共振引導放射治療執(zhí)行治療的過程中，醫(yī)生會根據(jù)每周五Unity治療前掃描的MRI圖像評估病人靶區(qū)及危及器官的形狀變化。如果病人各項結(jié)構(gòu)變化不大或者沒變化，則病人當天按照ATP治療流程在Unity上完成治療，同時下周一到周四將繼續(xù)使用原始常規(guī)加速器計劃在Synergy常規(guī)加速器上進行治療。如果靶區(qū)變化不大，但是危及器官有變化，則執(zhí)行ATS治療流程，在線調(diào)整危及器官后病人完成當次治療，下周一到周四將繼續(xù)使用原始常規(guī)加速器計劃在Synergy常規(guī)加速器上進行治療。如果靶區(qū)或者重要的危及器官同時變化大，當日按照ATS流程進行治療，在線調(diào)整靶區(qū)和危及器官，完成當次治療。之后當天帶患者重新進行模擬定位CT掃描和MRI-sim掃描，根據(jù)最新的影像學變化重新制定常規(guī)加速器與磁共振加速器計劃，下周一至周四將使用新的常規(guī)加速器計劃在Synergy常規(guī)加速器上進行治療。此后數(shù)個循環(huán)均按此步驟執(zhí)行，直到患者結(jié)束治療。
主要優(yōu)勢
CBCT影像引導聯(lián)合Unity高場強磁共振影像引導的交互式自適應放療流程主要有以下幾個優(yōu)勢：
● 個體化的確定了患者進行離線自適應計劃調(diào)整的時間，更大程度的保護危及器官;
在常規(guī)放療完成病人的全部放療計劃時，如果腫瘤在CBCT成像不是很清晰的情況下，醫(yī)生并不能夠精準的評估患者在治療過程中的療效及腫瘤變化信息。而如果加入每周一次的磁共振圖像引導放療，醫(yī)生便可以通過每周掃描的MR圖像清晰的辨識患者在治療過程中腫瘤體積及形態(tài)的變化，以及正常器官的毒性反應，從而及時做出相應的放療方案調(diào)整及優(yōu)化，而磁共振功能影像的掃描則對療效評估和預后預測提供依據(jù)。同時，Unity上的自適應放療流程中醫(yī)生對于危及器官的修改及調(diào)整也能使得患者的危及器官在治療過程中得到最大程度的保護。
● 發(fā)揮了設備各自的最大優(yōu)勢，達到1加1大于2的效果;
磁共振圖像引導與CBCT圖像影像引導的放療技術(shù)相結(jié)合。從Unity的治療流程可以看出，每次在治療實施前，均需要完成磁共振在線掃描，圖像處理，靶區(qū)及危及器官修正、計劃制定等步驟，每次治療全部時間約45分鐘左右，甚至更長，這導致每天治療患者的數(shù)量有限。
相比每次在Unity上實施治療，每周一至周四在常規(guī)加速器上實施治療，患者治療時間更短，依從性更好，尤其對高齡患者或因身體原因不能耐受長時間保持治療體位者。另一方面每周一次的Unity自適應放療則能通過清晰的MR圖像對患者的病灶及治療療效做出進一步的評估，指導放療計劃的修正時機，避免正常組織接受過多劑量照射。這樣兩種技術(shù)相結(jié)合的方式，不僅讓更多的患者獲益于磁共振引導自適應放療的高端技術(shù)，而且不占用過多的Unity資源，為更多需要此項技術(shù)的患者提供空間。此方案正是結(jié)合了兩種治療設備的優(yōu)勢，實現(xiàn)了1+1>2的效果。
● 為患者節(jié)省了治療的費用，同時又從治療中最大受益;
對患者的而言，經(jīng)濟學毒性也是必須考慮的指標。顯然，治療全程采用磁共振圖像引導放射治療因其昂貴的費用是不現(xiàn)實的，特別是對于患者分次較多，不適宜進行SBRT治療的病種。此種聯(lián)合治療的模式，每周一次的磁共振圖像引導自適應放療基本不增加太多的治療費用，但是卻可以充分利用磁共振圖像引導以及自適應放射治療的優(yōu)勢，及時評估療效，并修正治療計劃或者治療方案。讓患者從治療中獲益。
病人篩選
男，52歲。診斷：食管賁門連接處腺癌。醫(yī)院郎錦義教授在了解患者的病情和身體狀況后，經(jīng)過川腫多學科專家協(xié)作會診和多方論證，決定為患者實行CBCT影像引導聯(lián)合Unity高場強磁共振影像引導的交互式自適應放療解決方案。病人每周一至周四在常規(guī)加速器上放療，每周五安排到Unity做自適應MRI圖像引導放療。為最大程度保障治療療效，科室成立了以郎錦義教授為組長的專家團隊，包括放療醫(yī)生、物理師和治療師。從患者的CT定位，以及靶區(qū)勾畫甚至放療計劃設計，每個環(huán)節(jié)郎教授都親自參與了指導。
同時，為了確?；颊吣軌虻玫骄珳手委?。科室外籍物理師Lucia教授帶領(lǐng)劉敏等年輕物理師親自參與放療計劃及質(zhì)控。物理師團隊每天為加速器開展質(zhì)量保證(QA)和質(zhì)量控制(QC)，并對每一個計劃進行劑量驗證。Synergy常規(guī)加速器對該病人執(zhí)行6MV X線，360度1beam 2 ARC的VMAT照射，Unity計劃使用11野的固定野IMRT照射，處方劑量：5750cGy/25Fx。
1、CT模擬定位
臨床處方要求
醫(yī)院參考的危及器官限量標準主要是2021版 Dr.Timmerman 危及器官限量表，下表是患者的處方要求：
表1 患者計劃的處方要求
常規(guī)加速器(Synergy)計劃設計
常規(guī)加速器計劃的處方是5750cGy，25f。采用的VMAT 容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強拉弧技術(shù)，1Beam 2Arc的布野方式。下圖為臨床計劃的DVH Statistics信息。
圖4 患者在Synergy常規(guī)加速器首次治療的Monaco計劃的DVH Statistics信息
磁共振加速器(Unity)計劃設計
Unity計劃使用11野的固定野IMRT，處方劑量：57.5Gy/25Fx，與Synergy常規(guī)加速器計劃處方要求相同。下圖為Unity第一次治療Monaco參考計劃的DVH Statistics信息。
圖5 患者在Unity上的首次治療的Monaco參考計劃的DVH Statistics信息
2、MRgRT過程中結(jié)構(gòu)的可視化
病人每周除了執(zhí)行四次Synergy常規(guī)加速器CBCT影像引導放射治療外，每周最后還會執(zhí)行一次Unity MRI影像引導自適應放射治療，醫(yī)生通過每周一次的Unity治療前MRI T2序列圖像可以清晰的看到病人腫瘤及危及器官的變化情況。
如下圖6所示，隨著病人治療的進行，尤其是進行到第三周的MRI自適應放療時，醫(yī)生通過Unity的治療前MRI圖像清晰的看到患者的靶區(qū)(pv GTV)發(fā)生著較大形狀變化，靶區(qū)的體積也相應得到了減少?？紤]到靶區(qū)結(jié)構(gòu)的變化可能會導致病人接受額外的劑量或者劑量偏差，從而影響療效和產(chǎn)生更大的毒性反應。醫(yī)生決定第三周接下來的治療流程改成ATS(Adapt To Shape)方式治療。治療完成后再讓病人重新進行二次CT掃描，而后根據(jù)新的CT重新勾畫靶區(qū)，物理師也根據(jù)相應的靶區(qū)結(jié)構(gòu)重新設計新的參考計劃。從第二次掃描的CT結(jié)果來看，病人的GTV體積明顯變小，療效顯而易見。該病人在整個治療過程中，靶區(qū)結(jié)構(gòu)的變化始終能清晰的看到，真正實現(xiàn)了靶區(qū)結(jié)構(gòu)的可視化，且每次自適應治療過程中靶區(qū)及危及器官的接收劑量情況也能很好的得到評估和修正，療效顯而易見的同時大大的增加了醫(yī)生對于后續(xù)治療的信心。
圖6 患者pv GTV靶區(qū)結(jié)構(gòu)在治療過程中的變化
3、患者一年后隨訪結(jié)果
從CBCT影像引導聯(lián)合Unity高場強磁共振影像引導的交互式自適應放療流程方案的提出，再到臨床患者的治療結(jié)果來看?；颊咴?023年4月份接受了該交互式自適應放療方案，全程SynergyCBCT影像引導IGRT放療20次，Unity磁共振影像引導放療5次。而后復查血常規(guī)、血生化未見明顯異常，患者生命體征平穩(wěn)，患者辦理了出院手續(xù)。2024年4月份患者再一次到醫(yī)院進行復查，從復查CT及隨診結(jié)果看，患者腫瘤縮退明顯，基本未見放射性損傷表現(xiàn)，臨床表現(xiàn)為接近CR。下圖為一年后隨訪結(jié)果與之前CT的靶區(qū)情況對比。
圖7 患者10個月后pv GTV結(jié)構(gòu)對比圖
討論
Elekta Unity 作為最為頂尖放療設備之一，將1.5特斯拉高場強磁共振影像、直線加速器、Monaco自適應放療計劃系統(tǒng)結(jié)合，具有CBCT無法比擬的軟組織辨析度，在軟組織腫瘤放療應用方面有著較大優(yōu)勢，能準確識別腫瘤及正常組織器官，根據(jù)靶器官和危及器官圖像制定自適應計劃實施放療，在治療過程中實時追蹤腫瘤運動情況，以減少擺位、器官形變、腫瘤變化帶來的誤差，同時減少計劃中PTV 的外擴，降低危及器官的受量，進一步提高放療精準度。
隨著Elekta Unity在臨床中的使用，近日四川省腫瘤醫(yī)院郎錦義教授帶領(lǐng)放療科醫(yī)生嘗試了新技術(shù)探索，利用Unity磁共振影像引導結(jié)合Synergy常規(guī)加速器CBCT影像引導技術(shù)實現(xiàn)了放療患者周期性的自適應放療。一方面充分利用了磁共振加速器的精準自適應放療對病人分次治療間變化的病灶以及危及器官進行精確的調(diào)整和修正;另一方面還可以通過清晰的MR圖像對患者的病灶情況做出進一步的評估，預測預后。對于患者來說，在不大幅增加治療費用的同時還得到了精準的磁共振引導的自適應放射治療效果。不僅讓更多的患者獲得磁共振影像引導自適應放療的高端技術(shù)治療的同時，而且并不過多占用磁共振加速器資源，可謂是兩全其美。相信未來MRgRT腫瘤放療新時代必將助力提高患者腫瘤局部控制率，降低毒性反應及并發(fā)癥，不斷提高患者生存質(zhì)量，最大化造福更多癌癥患者。
（來源：醫(yī)科達）
