CBCT影像引導(dǎo)聯(lián)合Elekta Unity高場(chǎng)強(qiáng)磁共振影像引導(dǎo)的交互式自適應(yīng)放療在食管及賁門惡性腫瘤的臨床應(yīng)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(shè)備
■ 醫(yī)科達(dá)Monaco 計(jì)劃系統(tǒng)
■ 醫(yī)科達(dá)MOSAIQ腫瘤信息管理系統(tǒng)
■ 醫(yī)科達(dá)磁共振引導(dǎo)放射治療系統(tǒng)(Elekta Unity)
■ 醫(yī)科達(dá)Synergy CBCT影像引導(dǎo)加速器
■ GE模擬定位CT
MRgRT：磁共振圖像引導(dǎo)技術(shù)
影像引導(dǎo)技術(shù)在放射治療過(guò)程中的使用，開啟了對(duì)腫瘤信息確認(rèn)和追蹤的新篇章。放療影像引導(dǎo)技術(shù)在過(guò)去三十年發(fā)生了翻天覆地的變化，從無(wú)法確定腫瘤位置的粗獷型定位放療到準(zhǔn)確定位腫瘤及其周邊正常組織的精準(zhǔn)放療。放療界首先解決的是對(duì)腫瘤定位的問(wèn)題。傳統(tǒng)放療通過(guò)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(jìn)步，醫(yī)生通過(guò)CT提供的3D影像信息，準(zhǔn)確確認(rèn)腫瘤位置，并制定放療計(jì)劃;而今，錐形束CT(cone beam CT，CBCT)圖像引導(dǎo)已經(jīng)成為放療的主流圖像引導(dǎo)技術(shù)。但是CBCT依然存在軟組織分辨率低，無(wú)法在放療過(guò)程中有效地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)周圍為軟組織的腫瘤的變化的短板。
圖1 Elekta Unity磁共振引導(dǎo)放射治療系統(tǒng)
隨著Elekta Unity的商業(yè)化實(shí)施和國(guó)家藥品監(jiān)督管理局醫(yī)療器械注冊(cè)證系統(tǒng)認(rèn)證，1.5特斯拉高場(chǎng)強(qiáng)磁共振影像引導(dǎo)的放射治療已逐漸應(yīng)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(duì)于軟組織的對(duì)比度可以提高1~3個(gè)等級(jí)度，并且無(wú)需使用造影劑，從而避免了造影劑可能引起的過(guò)敏反應(yīng)，同時(shí)MRI成像不會(huì)產(chǎn)生CT檢測(cè)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(xué)，還具備功能學(xué)，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(shí)現(xiàn)。相較于常規(guī)CBCT，Unity可在每次放療前采集患者M(jìn)RI影像，精準(zhǔn)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(shí)時(shí)修正靶區(qū)。同時(shí)，Unity可以實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤治療中的全程監(jiān)控，真正達(dá)到空間和時(shí)間適應(yīng)性放射治療。
ART自適應(yīng)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(jì)劃位置的匹配度，但對(duì)于分次治療中器官的移動(dòng)、組織形態(tài)改變等造成的位置偏差無(wú)能為力。為了解決治療時(shí)，患者腫瘤及正常組織改變(包括：組織形態(tài)變化、位置移動(dòng)、胃腸道氣體及膀胱充盈程度差異等)對(duì)照射劑量分布的影響，自適應(yīng)放療(Adaptive RT, ART)允許根據(jù)患者治療時(shí)的狀態(tài)對(duì)放療計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整。ART代表了IGRT的下一個(gè)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(duì)腫瘤當(dāng)天的治療劑量和靶區(qū)進(jìn)行修訂。
現(xiàn)階段的放療界，自適應(yīng)的放療技術(shù)根據(jù)成像設(shè)備的差異大致可以分為基于CT和MR引導(dǎo)的自適應(yīng)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(duì)比度，但受限于其笨重且耗時(shí)的特點(diǎn)以及非治療等中心位置驗(yàn)證缺陷，臨床并不能常太化使用。此外，CT影像軟組織對(duì)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(duì)比度和清晰度。
圖2 放療圖像引導(dǎo)技術(shù)發(fā)展圖
CBCT影像引導(dǎo)聯(lián)合Unity高場(chǎng)強(qiáng)磁共振影像引導(dǎo)的交互式自適應(yīng)放療流程
放療前，醫(yī)師會(huì)根據(jù)患者詳細(xì)病史和體征、病理診斷、實(shí)驗(yàn)室和影像檢查資料、全身情況等，集體討論制定最適合的個(gè)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(dǎo)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(jì)劃設(shè)計(jì)、治療信息傳輸、治療驗(yàn)證與監(jiān)測(cè)、治療實(shí)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(shí)增加磁共振功能影像。
首先，參照多模態(tài)影像組學(xué)，于定位CT圖像勾畫靶區(qū)，制定放療計(jì)劃，并于Synergy常規(guī)直線加速器上CBCT影像引導(dǎo)下進(jìn)行放射治療，治療前均啟動(dòng)CBCT圖像掃描、配準(zhǔn)進(jìn)行治療前的擺位驗(yàn)證。當(dāng)病人在常規(guī)直線加速器上完成前4個(gè)分次之后，于Unity上完成第5分次的MRI圖像引導(dǎo)自適應(yīng)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(dǎo)直線加速器治療實(shí)施流程相比，磁共振引導(dǎo)放射治療實(shí)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(shè)計(jì)的放療計(jì)劃，我們稱為參考計(jì)劃，其不用于指導(dǎo)實(shí)際照射，而只作為參考計(jì)劃用于生成在線計(jì)劃。在每次治療前需掃描得到當(dāng)前分次的MRI 圖像，將該MRI 圖像與定位CT 影像進(jìn)行融合、配準(zhǔn)(后續(xù)每次MRI 圖像與前一次MRI 圖像配準(zhǔn))，結(jié)合臨床需要，選擇合適的自適應(yīng)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(zhǔn)結(jié)果調(diào)整計(jì)劃中心點(diǎn)， 按照CT 現(xiàn)有的勾畫結(jié)構(gòu)， 重新優(yōu)化計(jì)算生成在線計(jì)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(dǎo)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(shí)將CT上不同結(jié)構(gòu)的平均相對(duì)電子密度值賦值至MRI相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)上，生成合成CT，并在MRI上重新優(yōu)化計(jì)算。而此次雜交圖像引導(dǎo)放射治療的方式主要采用更為精細(xì)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(dǎo)聯(lián)合Unity高場(chǎng)強(qiáng)磁共振影像引導(dǎo)的交互式自適應(yīng)放療流程解決方案”流程圖
在磁共振引導(dǎo)放射治療執(zhí)行治療的過(guò)程中，醫(yī)生會(huì)根據(jù)每周五Unity治療前掃描的MRI圖像評(píng)估病人靶區(qū)及危及器官的形狀變化。如果病人各項(xiàng)結(jié)構(gòu)變化不大或者沒變化，則病人當(dāng)天按照ATP治療流程在Unity上完成治療，同時(shí)下周一到周四將繼續(xù)使用原始常規(guī)加速器計(jì)劃在Synergy常規(guī)加速器上進(jìn)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(dāng)次治療，下周一到周四將繼續(xù)使用原始常規(guī)加速器計(jì)劃在Synergy常規(guī)加速器上進(jìn)行治療。如果靶區(qū)或者重要的危及器官同時(shí)變化大，當(dāng)日按照ATS流程進(jìn)行治療，在線調(diào)整靶區(qū)和危及器官，完成當(dāng)次治療。之后當(dāng)天帶患者重新進(jìn)行模擬定位CT掃描和MRI-sim掃描，根據(jù)最新的影像學(xué)變化重新制定常規(guī)加速器與磁共振加速器計(jì)劃，下周一至周四將使用新的常規(guī)加速器計(jì)劃在Synergy常規(guī)加速器上進(jìn)行治療。此后數(shù)個(gè)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(shì)
CBCT影像引導(dǎo)聯(lián)合Unity高場(chǎng)強(qiáng)磁共振影像引導(dǎo)的交互式自適應(yīng)放療流程主要有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：
● 個(gè)體化的確定了患者進(jìn)行離線自適應(yīng)計(jì)劃調(diào)整的時(shí)間，更大程度的保護(hù)危及器官;
在常規(guī)放療完成病人的全部放療計(jì)劃時(shí)，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(zhǔn)的評(píng)估患者在治療過(guò)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(dǎo)放療，醫(yī)生便可以通過(guò)每周掃描的MR圖像清晰的辨識(shí)患者在治療過(guò)程中腫瘤體積及形態(tài)的變化，以及正常器官的毒性反應(yīng)，從而及時(shí)做出相應(yīng)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(duì)療效評(píng)估和預(yù)后預(yù)測(cè)提供依據(jù)。同時(shí)，Unity上的自適應(yīng)放療流程中醫(yī)生對(duì)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(guò)程中得到最大程度的保護(hù)。
● 發(fā)揮了設(shè)備各自的最大優(yōu)勢(shì)，達(dá)到1加1大于2的效果;
磁共振圖像引導(dǎo)與CBCT圖像影像引導(dǎo)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(shí)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(jì)劃制定等步驟，每次治療全部時(shí)間約45分鐘左右，甚至更長(zhǎng)，這導(dǎo)致每天治療患者的數(shù)量有限。
相比每次在Unity上實(shí)施治療，每周一至周四在常規(guī)加速器上實(shí)施治療，患者治療時(shí)間更短，依從性更好，尤其對(duì)高齡患者或因身體原因不能耐受長(zhǎng)時(shí)間保持治療體位者。另一方面每周一次的Unity自適應(yīng)放療則能通過(guò)清晰的MR圖像對(duì)患者的病灶及治療療效做出進(jìn)一步的評(píng)估，指導(dǎo)放療計(jì)劃的修正時(shí)機(jī)，避免正常組織接受過(guò)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(dǎo)自適應(yīng)放療的高端技術(shù)，而且不占用過(guò)多的Unity資源，為更多需要此項(xiàng)技術(shù)的患者提供空間。此方案正是結(jié)合了兩種治療設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了1+1>2的效果。
● 為患者節(jié)省了治療的費(fèi)用，同時(shí)又從治療中最大受益;
對(duì)患者的而言，經(jīng)濟(jì)學(xué)毒性也是必須考慮的指標(biāo)。顯然，治療全程采用磁共振圖像引導(dǎo)放射治療因其昂貴的費(fèi)用是不現(xiàn)實(shí)的，特別是對(duì)于患者分次較多，不適宜進(jìn)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(dǎo)自適應(yīng)放療基本不增加太多的治療費(fèi)用，但是卻可以充分利用磁共振圖像引導(dǎo)以及自適應(yīng)放射治療的優(yōu)勢(shì)，及時(shí)評(píng)估療效，并修正治療計(jì)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(guò)川腫多學(xué)科專家協(xié)作會(huì)診和多方論證，決定為患者實(shí)行CBCT影像引導(dǎo)聯(lián)合Unity高場(chǎng)強(qiáng)磁共振影像引導(dǎo)的交互式自適應(yīng)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(yīng)MRI圖像引導(dǎo)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(zhǎng)的專家團(tuán)隊(duì)，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(jì)劃設(shè)計(jì)，每個(gè)環(huán)節(jié)郎教授都親自參與了指導(dǎo)。
同時(shí)，為了確?；颊吣軌虻玫骄珳?zhǔn)治療?？剖彝饧锢韼烲ucia教授帶領(lǐng)劉敏等年輕物理師親自參與放療計(jì)劃及質(zhì)控。物理師團(tuán)隊(duì)每天為加速器開展質(zhì)量保證(QA)和質(zhì)量控制(QC)，并對(duì)每一個(gè)計(jì)劃進(jìn)行劑量驗(yàn)證。Synergy常規(guī)加速器對(duì)該病人執(zhí)行6MV X線，360度1beam 2 ARC的VMAT照射，Unity計(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)劃的處方要求
常規(guī)加速器(Synergy)計(jì)劃設(shè)計(jì)
常規(guī)加速器計(jì)劃的處方是5750cGy，25f。采用的VMAT 容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)拉弧技術(shù)，1Beam 2Arc的布野方式。下圖為臨床計(jì)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(jì)劃的DVH Statistics信息
磁共振加速器(Unity)計(jì)劃設(shè)計(jì)
Unity計(jì)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(jì)劃處方要求相同。下圖為Unity第一次治療Monaco參考計(jì)劃的DVH Statistics信息。
圖5 患者在Unity上的首次治療的Monaco參考計(jì)劃的DVH Statistics信息
2、MRgRT過(guò)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(dǎo)放射治療外，每周最后還會(huì)執(zhí)行一次Unity MRI影像引導(dǎo)自適應(yīng)放射治療，醫(yī)生通過(guò)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(jìn)行，尤其是進(jìn)行到第三周的MRI自適應(yīng)放療時(shí)，醫(yī)生通過(guò)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(yīng)得到了減少?？紤]到靶區(qū)結(jié)構(gòu)的變化可能會(huì)導(dǎo)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(yīng)。醫(yī)生決定第三周接下來(lái)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(jìn)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(yīng)的靶區(qū)結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)新的參考計(jì)劃。從第二次掃描的CT結(jié)果來(lái)看，病人的GTV體積明顯變小，療效顯而易見。該病人在整個(gè)治療過(guò)程中，靶區(qū)結(jié)構(gòu)的變化始終能清晰的看到，真正實(shí)現(xiàn)了靶區(qū)結(jié)構(gòu)的可視化，且每次自適應(yīng)治療過(guò)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(píng)估和修正，療效顯而易見的同時(shí)大大的增加了醫(yī)生對(duì)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(guò)程中的變化
3、患者一年后隨訪結(jié)果
從CBCT影像引導(dǎo)聯(lián)合Unity高場(chǎng)強(qiáng)磁共振影像引導(dǎo)的交互式自適應(yīng)放療流程方案的提出，再到臨床患者的治療結(jié)果來(lái)看?；颊咴?023年4月份接受了該交互式自適應(yīng)放療方案，全程SynergyCBCT影像引導(dǎo)IGRT放療20次，Unity磁共振影像引導(dǎo)放療5次。而后復(fù)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(jìn)行復(fù)查，從復(fù)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(duì)比。
圖7 患者10個(gè)月后pv GTV結(jié)構(gòu)對(duì)比圖
討論
Elekta Unity 作為最為頂尖放療設(shè)備之一，將1.5特斯拉高場(chǎng)強(qiáng)磁共振影像、直線加速器、Monaco自適應(yīng)放療計(jì)劃系統(tǒng)結(jié)合，具有CBCT無(wú)法比擬的軟組織辨析度，在軟組織腫瘤放療應(yīng)用方面有著較大優(yōu)勢(shì)，能準(zhǔn)確識(shí)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(yīng)計(jì)劃實(shí)施放療，在治療過(guò)程中實(shí)時(shí)追蹤腫瘤運(yùn)動(dòng)情況，以減少擺位、器官形變、腫瘤變化帶來(lái)的誤差，同時(shí)減少計(jì)劃中PTV 的外擴(kuò)，降低危及器官的受量，進(jìn)一步提高放療精準(zhǔn)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(dǎo)結(jié)合Synergy常規(guī)加速器CBCT影像引導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了放療患者周期性的自適應(yīng)放療。一方面充分利用了磁共振加速器的精準(zhǔn)自適應(yīng)放療對(duì)病人分次治療間變化的病灶以及危及器官進(jìn)行精確的調(diào)整和修正;另一方面還可以通過(guò)清晰的MR圖像對(duì)患者的病灶情況做出進(jìn)一步的評(píng)估，預(yù)測(cè)預(yù)后。對(duì)于患者來(lái)說(shuō)，在不大幅增加治療費(fèi)用的同時(shí)還得到了精準(zhǔn)的磁共振引導(dǎo)的自適應(yīng)放射治療效果。不僅讓更多的患者獲得磁共振影像引導(dǎo)自適應(yīng)放療的高端技術(shù)治療的同時(shí)，而且并不過(guò)多占用磁共振加速器資源，可謂是兩全其美。相信未來(lái)MRgRT腫瘤放療新時(shí)代必將助力提高患者腫瘤局部控制率，降低毒性反應(yīng)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(lái)源：醫(yī)科達(dá)）
