立体定向放射治疗概述

第一节　立体定向放射治疗概述

一、立体定向放射治疗的概念

立体定向放射外科(stereotactic radiosurgery，SRS)这个概念是1951年瑞典神经外科专家Leksell教授提出的。它是以立体定位框架、准直仪及多个60Co源为基础，在CT、MRI、DSA等影像辅助下，将高能放射线聚焦于颅内某一局限性靶区组织进行照射，从而达到类似外科手术切除或杀灭肿瘤组织的效果，俗称“γ刀”。20世纪80年代开始使用直线加速器6～15 MV的X线非共面集束旋转照射或多个小野固定照射，实现多个小野三维集束照射病变，起到与γ刀相同的作用，称为X线立体定向放射外科，俗称“X刀”。

立体定向放疗(SRT)是在SRS的基础上发展起来的，是利用立体定向技术进行放疗，超分割剂量(3～8 Gy/次)多次照射，具有损伤小、促进肿瘤乏氧细胞再氧化等优点，故对恶性肿瘤的治疗SRT比SRS更为合理。SRS与SRT的区别在于前者使用了外科手术概念，单次大剂量照射，犹如外科手术当天一次完成。后者引进了放疗概念，进行分割剂量照射(每次剂量较常规分割剂量高的高分割剂量)，每天或隔天一次治疗。当肿瘤或病变体积相对较大时，无论从放射生物、放射物理角度看，还是从临床角度看，都必须用SRT，而不能用SRS。

SRS和SRT的突出特点是能实现定点式大剂量放疗，位置和剂量高度准确，这就是X(γ)刀治疗成功所在。SRS和SRT体现了现代放疗“高精度、高剂量、高疗效、低损伤”的特点和方向。使用X(γ)线、电子束及质子束的适形放疗都必须应用立体定向技术，不是X(γ)刀所特有的，X(γ)刀治疗只是适形放疗的一个特例。三维适形放疗与调强放疗都是应用立体定向技术来实现的。

二、立体定向放射治疗设备

在旋转式头部γ刀的基础上，中国科学家经过多年的奋斗，于1997年研制成功了世界上首台体部(全身)γ刀(图13-1)。体部立体定向放疗系统是立体定向γ线全身治疗系统的简称，是深圳奥沃公司在头部旋转式立体定向放疗设备基础上开发的一项新技术，是一台可对全身各部位肿瘤实施立体定向放疗、具有适形功能的国产化大型医疗设备。各放射源(18～30个60Co源)发出射线束经过准直器引导，径向聚焦于球心位置(图13-2)，形成了剂量分布上的Bragg峰。靶区周围剂量分布梯度变化大，在周围正常组织中的剂量跌落快，而且由于放射源的旋转，对穿透的机体正常组织呈瞬时扫描照射，故对正常组织的放射损伤极小。通过计算机自动更换不同孔径的准直器，可得到不同大小、不同形状的剂量分布体积，满足不同病灶的适形治疗要求。

图13-1O　UR-QGD型立体定向放疗系统(体部γ刀)

根据每次剂量的大小和射野集束的程度，SRT治疗又分为两类：第一类SRT的特征是使用小野三维集束大分割剂量照射，该类治疗均使用X线非共面多弧照射或多个γ线源的旋转聚焦照射技术，治疗的病变较小(直径＜5 cm)。第二类SRT治疗是利用立体定向技术进行常规分割或略高剂量照射，射野即计划靶区都比较大，因而此类治疗特指三维适形放疗(3D-CRT)，特别是调强适形放疗(IMRT)。

图13-2　体部γ刀聚焦放疗原理示意图

国外放疗中心治疗设备多采用直线加速器，在我国采用直线加速器或体部γ刀来实现SRT。体部γ刀的类型包括了开放式和超级γ刀等多种机型，它们的工作原理是一致的，均采用聚焦照射原理。国外还有用质子加速器和重粒子加速器。治疗计划根据不同设备和单位也有相当大的差异，采用直线加速器治疗多用共面或非共面旋转多弧照射(3～10弧)或固定多野照射(6～20野)，不规则照射野形状可用铅块或多叶光栅(MLC)。直线加速器治疗的剂量分布以相对均匀的高剂量覆盖计划靶体积(PTV)为特点，剂量计算多以等中心或90%剂量线作为参考。在国内体部γ刀治疗多用单靶点或多靶点填充治疗，剂量分布以不均匀的逐渐递增剂量覆盖肿瘤靶体积(GTV)为特点，剂量计算以边缘剂量(50%等剂量线)作为参考。CT扫描层厚3～5mm，层距3～5mm;靶区范围亚临床病灶靶体积(CTV)在GTV外扩5～10 mm，PTV在CTV外加5～10 mm，视肿瘤部位、个体呼吸活动度大小和不同固定设备而不等。

SRT设备包括立体定位系统、计划设计系统及治疗实施系统三部分。立体定位系统和计划设计系统是X线和γ线SRT治疗所共有的，两者的区别仅在于X线SRT治疗实施系统是以直线加速器为基础的，而γ线SRT治疗以60Co为放射源的治疗装置。三大部分的基本任务是建立患者治疗部位的坐标系，进行靶区(病变)和重要器官及组织的三维空间定位和摆位，制订一个优化的靶区(病变)治疗方案，实施立体定向照射。在从定位到分割治疗的过程中，通过皮肤上的标记点能够维持患者在每次治疗时其体位坐标与定位坐标的一致性。这就要求上述皮肤标记点设置好以后，它们与病变(靶区)间的相对位置形成似刚性结构。全身立体定位框架系统由真空负压成形垫、CT定位框架及治疗摆位框架组成。治疗时，利用治疗摆位框架将病变(靶区)中心置于加速器的等中心位置或γ刀的焦点位置。X线SRT治疗的准直器通过适配器附加于直线加速器的准直器下端，形成三级准直器。因直线加速器射野80%～20%范围的半影在6～8 mm，采用三级准直器可将加速器X线射野半影进一步降低到3 mm以下，大大增加了X线SRT治疗剂量分布的锐利度。当SRT治疗的适应证扩大到治疗体积较大的肿瘤时，必须实施分割放疗，准直器的形状应该是不规则的。目前有手动、自动两种微型准直器，前者在照射过程中，射野形状不能改变，不能做多弧非共面旋转;后者在照射中射野形状可以改变，可做多弧非共面旋转。

三、立体定向放射治疗计划系统

1.SRT治疗计划系统的任务三维治疗计划系统是立体定向放疗不可缺少的极其重要的组成部分，其重要任务是：根据输入的带有定位标记点的CT/MRI/DSA图像，重建包括体表轮廓在内的病变和重要器官与组织结构的三维立体图像;规划射野入射方向、大小及剂量权重以及等中心位置，制订出优化的剂量分布治疗方案;打印输出治疗方案的细节及治疗摆位的详细数据。

2.SRT治疗计划系统应具备的基本功能

(1)计划系统必须是三维的，包括三维图像重建及显示功能，其中至少有横断、冠状、矢状面及治疗床在不同位置时加速器机架旋转平面的CT/MRI图像重建及显示。

(2)剂量计算必须是三维的，剂量归一方式及参考剂量线(面)的选择必须遵从ICRU第50号报告的有关规定。

(3)系统具有良好的评估治疗方案的软件工具(如剂量-体积直方图等)。

(4)病变(靶区)以及重要器官的横断、冠状、矢状面以及CT/MRI图像为背景的等剂量线分布及截面剂量分布。

(5)提供射野方向观(BEV)功能，使医生及物理师能够从放射源方向观察射野与病变(靶区)适形度，以及重要器官和组织结构的相互空间关系。

(6)实现CT/MRI图像与X线血管图像(正、侧位)间等中心位置及等剂量曲线显示的映射。这是一项极其重要的功能，它能帮助医生进一步确认所制订治疗方案的等剂量分布与病变(靶区)的适形情况。病变(靶区)、重要器官和组织的剂量-体积直方图(DVH)以定量的方式告诉医生和计划设计者靶区或重要器官内剂量大小与受照射体积间的关系，一个好的治疗计划应使靶区内接受参考剂量线水平的剂量-体积不小于靶区体积的90%。

(7)靶体积与等剂量面的三维显示，即从另一侧面定性地显示等剂量面与靶区表面的三维适形情况。

四、γ线立体定向放射治疗流程

1.定位扫描在明确诊断及经过讨论决定实施立体定向放疗后，主管医生根据患者治疗部位的特点，决定采用仰卧位或俯卧位。在定位床内用真空成形垫将患者按治疗体位进行体位固定塑形，用重复摆位支架(图13-3)用品红溶液在患者体表标记4～6个坐标点，在靶区位置安放定位标尺(N形线)支架(图13-4)后进行CT扫描。品红标记线宽度不超过3 mm，以保证患者在以后每次治疗时的体位能准确复位到定位时的体位。扫描时要使病灶和所有标志线都在扫描范围内，根据需要选择不同层厚进行螺旋CT薄层扫描，平扫和增强图像层厚为3～5 mm，所获得的定位图像采用光盘刻录或直接通过网络传输到立体定向放疗计划系统。

定位要点：重复摆位支架安放位置要靠近靶区，体表标记点选择位置变化小的骨性部位。每次治疗时让患者保持与定位时同一状态。安放定位标尺时认真记录定位标尺与床边的对应刻度，定位标尺必须放在靶区之上，靶区范围不能超过定位标尺的范围，病灶不能超出定位床的有效治疗范围。

图13-3　负压成形垫与重复摆位支架

图13-4　体部γ刀CT定位扫描

2.制订治疗计划在γ线立体定向放疗计划系统上调出CT薄层扫描图像，根据ICRU 50对精确放疗的要求逐层勾画GTV、CTV和周围危及器官(OAR)，PTV包括CTV及其周围5 mm的范围。靶区确定后，根据病灶的大小采用不同孔径的60Co准直器进行填充式布源，以50%～60%的等剂量曲线包绕95%的PTV作为处方参考剂量(图13-5)，每次剂量3～6 Gy，每天或隔天1次，总剂量36～48 Gy，分6～16次完成。使用剂量-体积直方图(DVH)对治疗方案进行评估，以确定最佳的治疗方案。

体部γ线立体定向放疗有10mm、30mm和50mm不同孔径的准直器，准直器越小，剂量分布越集中，边缘剂量衰减越锐利。10 mm准直器50%～30%剂量线的范围＜5 mm，30 mm准直器50%～30%剂量线的范围＜10 mm。通过不同孔径准直器的组合，可治疗1～10 cm左右的肿瘤。采用不同孔径准直器的单靶点照射或多靶点填充式照射，在靶区可获得如质子线Bragg峰式的剂量分布曲线。

图13-5　50%等剂量曲线包绕靶区病灶

制订治疗计划的要点：①单靶点照射。在肿瘤小而规则时采用单靶点照射。单靶点治疗计划简单，剂量分布集中，边缘剂量衰减锐利，高剂量区涉及范围小，正常组织受量低。适宜采用高分次剂量，短疗程方案。②多靶点照射。在肿瘤较大或形状不规则时，采用多靶点照射。多靶点治疗计划复杂，剂量分布不均匀，适形度差，边缘剂量衰减相对缓慢，高剂量区容易涉及正常组织。因此，在有空腔器官邻近的部位分次剂量不宜过高。③以50%～60%剂量线紧扣PTV靶区为布靶点要求。靶区内剂量线要求同心圆排列，多靶点填充时要避免靶区内出现低剂量区域。

3.治疗计划的实施根据坐标记录数据，将患者固定在与定位治疗床有确定固定关系的真空负压成形垫上。三维全自动治疗床会按照传输到治疗机上的治疗计划系统数据，将肿瘤的布源点按顺序自动移到γ线聚焦照射点停留设定的时间，每次治疗时间10～25分钟。

SRT治疗较常规放疗更严谨，任何不慎造成的偏差都会导致治疗失败，甚至医疗事故。因此，理顺治疗步骤和建立完善的质量保障制度是十分必要的。