TOMO、射波刀、伽玛刀等放疗技术比较及实际使用交流贴

老马 · 发表于 2012-3-30 10:23:57

ASTRO：新放射治疗技术前景可观，但需要诚实的评价
更新时间：2010-12-21 0:00:00来源：评论0条>>我要评论
2010年11月1日，圣地亚哥——放射治疗的技术创新和新技术发展如此之快,以致几年前的一些最新式的治疗方法已经被淘汰。这种变化的步伐之快在本周举行的美国放射肿瘤学学会（ASTRO）年会上则表现得最为突出。

　　在周日举行的美国放射肿瘤学学会年会开幕式上，许多演讲者认真思考了他们的职业在利用新技术测试其有效性时面临的挑战。美国放射肿瘤学学会（ASTRO）董事长，盛顿马萨诸塞州总医院放射肿瘤学家及哈佛大学医学放射肿瘤住院医师计划的副主任Anthony Zietman博士，描述了放射肿瘤学家在向患者提供并推广新处方、观察收益及比较临床试验中不断变化的实践结果之间的平衡关系。

　　在如此复杂的情况下界定“证据”并不是一件容易的工作，另外一位演讲者，来自位于达拉谟的杜克大学医学院的放射肿瘤学家W. Robert Lee博士指出。此外，在这个可即时获取医学信息的互联网时代，放射肿瘤学家必须应对那些固执病人。

　　“客户也就你们的病人及他们的家人，认为新的且更贵的治疗方式能有更好的治疗效果，”他说，“医生告诉他们最新的治疗方式与已经固定下来且能达到有效治疗的方式差不多时，客户就会很反感。他们认为他们没有得到最好的治疗。我们需要提高自身的高效沟通技巧，并且需要将循证医学转化为概念和行为”

　　评估新科技，看他们是否管用，是无限的挑战。临床肿瘤试验需要花费几年的时间才能得出最终结果，而在这几年里该临床肿瘤试验正使用的技术和治疗方案可能不再通用或者被淘汰。在研究基金有限的情况下，实施临床试验面临的挑战是值得考虑的，而且许多临床试验是完成不了的，因为他们达不到登记要求。

　　再就是赔偿问题，来自洛杉矶的加利福尼亚大学的放射肿瘤学教授Michael Steinberg博士谈到了这一主题。奥巴马政府进入疗效比较研究时代，在美国，放射肿瘤治疗的费用超过了其他医疗保健费用达50%。新治疗方式及新技术的使用的职能和理由将日益复杂，Steinberg告诫到。

　　“我们将应该提供证明，”他说，“调强放射治疗（IMRT）的使用急剧增加。我们知道他准确地将放射剂线送到肿瘤。与其他技术相比，在许多使用IMRT治疗中能证明其有效地证据水平 1并不存在。诸如IMRT、质子治疗这样的技术，社会将需求，我们找到方法为寻找这类新技术功效的证据而进行的研究与开发付费。”

　　对图像引导辐射治疗的评价

　　图像引导的辐射治疗（IGRT）发展潜力巨大，随之而来的是医疗设备和可提供图像引导辐射治疗功能的软件不断增加。但是它是否是新方法？它究竟是否能够改善结果？

　　IGRT是不是新方法，据来自费城的宾夕法尼亚大学的放射肿瘤学教授Eli Glatstein博士所说，没有人知道该方法对结果的影响如何。20世纪50年代，仿真技术开始被用于放射治疗。现今，许多种成像技术与直线加速器整合在一起，并能在治疗室中自行操作。

　　成像技术可用来精确定位靶区，限制并量化几何不确定因素及误差，校正并补偿几何不确定因素及误差。在这个过程中，可以证明可靠性并能重现放射治疗的过程。

　　“IGRT已经开始大规模使用，” Glatstein说，“患者将从中获益多少？我们知道使用IGRT可以让放射肿瘤医疗团队工作更为方便。但是，对患者而言，很难确定他们将从中获益多少。”

　　为了补偿设置和耙区轮廓误差，真正的照射体积往往大于肿瘤体积。但是肿瘤的边缘已经固定以便寻找亚厘米级的尺寸，这对立体定位放射治疗中的剂量递增是很重要的。“不超过某特定限度的剂量递增的益处是什么？怎样才算足够？” Glatstein问到。

　　“使用IGRT的案例大部分停留在降低亚厘米级边缘辐射剂量的基础上”他说。“如果一个外科医生切除肿瘤时边缘小于5毫米，我们一般认为对恶性肿瘤来说，这是个不充分的手术，但我们使用亚厘米级边缘时，是否还是这样的结果那？”

　　“我们通常会选择一个靶体积，这个靶体积既能映射肿瘤的位置，又能映射手术区域，”他说，“关于恶性肿瘤的放射治疗的原则，多年来一直这样告诉我们的住院医生：当你们认为有一个足够的靶体积边缘时，把它加倍。”

　　除了评估剂量递增的价值之外，必须评估与成像误差次数一起的“边缘”缺失。“你能100%的相信成像技术吗？我真的不确定！” Glatstein说。他举了一些例子：发现在图像上无法看到的肿瘤及人工制品。

　　在概括13种不同类型的用于图像引导的成像技术的优缺点时，Glatstein强调说在适当的情况下，IGRT的使用是必要的。其中包括适应性变化，当肿瘤体积的变化可能改变辐射剂量的分布时，肿瘤体积变化很快时，使用质子治疗和立体定向治疗时，膀胱癌及正常组织体积或位置可能发生变化的情况下。

　　“IGRT的价值大部分与耙区边缘的尺寸大小成反比，”他说“然而如果认为IGRT是合适的，那么接下来的问题是应该多长时间使用一次？一周一次？一周数次？一天一次？IGRT就这样发展起来了，但是我们能评估它的实际价值吗？如果能的话，怎样评估?”

　　Glatstein说，一项研究对象为纵膈淋巴瘤患者或小细胞肺癌患者的随机临床试验，比较了接受IGRT治疗的患者与接受自适应模拟治疗和两个模拟治疗的患者之间的差异，该试验可能会提供需要的证据。而他认为我们现在只能获得关于局部器官耐受性和剂量限制的数据。

　　“现在，客观的价值评估很可能已不再实用，” Glatstein总结到。

　　对质子治疗的评价

　　来自位于教堂山的北卡罗来纳大学的放射肿瘤教授Joel Tepper博士，谈到这一主题——质子治疗的恰当性。Tepper是始于20世纪70年代的质子治疗发展的放射肿瘤学先驱。

　　“在昂贵医疗器械被广泛使用之前，应出示一些强化疗效的证据，”他说。“可以是临床方面的证据，如增加治愈率、降低发病率、改进治疗处理或者是有效地姑息治疗。医疗设备可能比较便宜，比较贵但是可以降低治疗费用，能更加有效地利用资源，或者可更广泛的接触到治疗途径。”

　　指出科学技术的进步是更加进化，而不是革命，Tepper认为质子治疗反射在光谱的中间位置。一些临床情况需要临床试验来证明质子疗法的有效性，而另外一些情况下需要少量形式证据。

　　自20世纪60年代质子疗法被用于放射治疗以来，关于质子疗法的随机临床试验进行得很少。但是质子疗法的正式技术评估现在无法进行，因为用来做分析评估的有用的数据少之又少，据Tepper所说。

　　“与标准光子治疗相比，质子疗法在特殊的临床情况下可提供令人兴奋的潜在益处，”Tepper说。“根据质子疗法的临床应用情况不同，正式临床试验可能适用，也可能不适用。”

　　评估使用质子疗法治疗儿科脑瘤患者的临床试验既不需要，而且也不可行。与另外一种放射疗法治疗相比，尽管实施质子疗法的实际临床收益仍不明确，Tepper阐明了关于其潜在价值的设想完全基于推测——降低对正常组织的毒性。

　　脑部辐射可能引起神经认知缺陷，内分泌效应及附加的恶性肿瘤。较高强度的辐射和较大体积的照射会引起更多的不良反应。对于儿科患者而言，辐射剂量大小和容积效应特别明显，对于减低正常组织的毒性来说，降低正常组织辐射剂量是非常值得尝试的。

　　因为质子疗法治疗可将正常组织的放射剂量降至中低水平，所以在逻辑上可以认为，与质子疗法相比，它可以改善正常组织损伤。几个临床试验的中期业绩显示儿科患者将经历较少的神经认知变化，而且他们的治疗效果与那些接受质子治疗的患者相似。

　　但这还不够：必须收集十分前瞻的、非随机的数据并进行分析，Tepper说。需要充分评估对正常组织的保护并确证肿瘤控制统计资料。儿科脑瘤患者群必须确定质子治疗是否会更有效。

　　理论上，质子疗法在治疗肺癌时因可以降低辐射剂量而具优势。尽管如此，质子疗法无论是在减低毒性，还是改善局部肿瘤控制或幸存率等临床上的优势还不明确。

　　保护正常组织可能导致肿瘤控制不合格，而能控制肿瘤的治疗可导致较强的毒性。为了测定使用质子疗法治疗肺癌的有效性，需进行随机试验来确定质子疗法的优势是否存在，据Tepper说。对前列腺癌也是如此。

　　Tepper引用了自己，Zierman及同行发表在临床肿瘤杂志（2010年，28卷，27期：4275-79）质子治疗的适合标准，总结如下：

　　•当常规治疗引起明显的副作用时。

　　•当不应接受辐射的器官正常组织从常规治疗中接受了明显的辐射时。

　　•当使用质子治疗可降低晚期并发症的风险时。

　　•当靶区的尺寸较大，和或者肿瘤与正常组织的几何学相互关系使确定肿瘤的合适的辐射剂量变得困难或者不可能时。

　　•当肿瘤的局部控制需要改进，而常规治疗方式已经达到限值时。

老马 · 发表于 2012-3-30 10:37:29

比较IMRT、RapidArc、和Tomotherapy之间的计划设计时间、出束时间和计划质量

作者：Mike Oliver*、Will Ansbacher、WayneA.Beckha

英国哥伦比亚肿瘤研究所医学物理中心维多利亚，英国属哥伦比亚，加拿大

   Eail：moliver3@bccancer.bc.ca

   这个研究的目的是比较5野和9野IMRT、单弧和双弧Rapid Arc以及Tomotherapy在的计划质量、计划设计时间和治疗出束时间估计值三者之间的差异。对四个评估模体，分别建立了5野和9野IMRT、单弧和双弧Rapid Arc和Tomotherapy计划。计划评估基于是否能满足剂量-体积约束、剂量均匀性指数、放疗适形度指数、计划时间、出束时间估计值、整体剂量和受到大于2和5Gy剂量的体积等因素。对所有的评估模体，在计划时，Tomotherapy均能满足优化的限制要求（50%P1、67%P2、0%P3、50%P4）,Rapid Arc所能达到优化限制的程度较差一些（25%P1、17%P2、0%P3、0%P4），而IMRT是根本达不到任何约束限制。Tomotherapy计划剂量分布最均匀。Tomotheraoy计划具有较长的计划时间、治疗出束时间估计值也较长、适形度指数较低和累积剂量较高等特点。Tomotherapy计划能产生高质量计划，在轴面上能形成比IMRT或RapidArc好的剂量分布，却在靶区体积上下方向出现了剂量增高的现象。当然，在这个研究检查测试结果中能看到Rapid Arc可以做出比IMRT产生更好的计划。

   PACS编号：87.55.x，87.55.D,87.55.de，87.55.dk

   关键词：IMRT、RapidArc、tomotherapy，治疗计划。

   I、介绍

IMRT、RapidArc、和Tomotherapy都是最前沿外照射治疗技术，在过去10年不同阶段中已经都应用于常规临床治疗。使用配有MLC的常规直线加速器IMRT在1995年投入临床治疗前列腺癌（尽管使用补偿器的IMRT出现时间更早），随后这项技术应用于治疗其他的解剖部位。最近一个基于56份临床实验数据的META-分析显示IMRT相比于非调强治疗可以降低损伤；但该分析没有给出关于局部控制和存活率的数据。从这些数据证明IMRT优点的方法中可以得出，未来前沿放射治疗技术应该在于计划质量、效率、图像指引的准确性和提供任意的剂量分布等方面具有优势。这篇文章研究放射治疗在质量和出束效率上的提高。

Yu 首次提出在治疗过程直线加速器机架旋转执行中并伴随MLC运动的IMRAT技术。旋转放疗技术的临床应用还很少，但也已应用于治疗中枢神经系统、前列腺、头颈部、全腹全盆腔治疗、直肠癌、子宫内膜癌。直到Otto提出他的容积调强弧形治疗算法后，IMAT最主要的优势才被发挥出来。VMAT使用了进阶取样算法，先从粗略的机架角度取样开始，在优化的过程中，弧度的分辨率可以得到很大的提高。如果没有这个算法，相邻MLC叶片受到叶片运动能力的极大限制。VMAT通过在优化开始时允许大幅的叶片运动，再在其后的过程中逐步限制叶片运动的方法克服了这种限制。优化时间也大幅降低。Otto的算法已被Varian应用于实践，商品名称为Rapid Arc。在这个应用中，进阶取样通过5级离散“多分辨率”把子野数由10个增加到177个。Elekta也有一款产品命名为VMAT但没有采用Otto的算法而是采用自己的一套算法。 Varian 和Elekta的弧形治疗都允许剂量率在治疗中变化。

螺旋断层放疗由Mackie首次提出，现在商品名为Tomotherapy。Tomotherapy是一种似于常规CT的技术,它在使病人连续通过断层放疗设备断层时发出围绕病人旋转扇形光子束进行治疗。射线以经过二元的MLC调制后的沿螺旋轨迹运动。治疗在51个投影角度上进行优化，概念上可认为是51个等间隔机架角的IMRT。螺旋断层放疗在2002年治疗了第一例病人，到目前为止，已在全世界广泛使用。

   现在需有必要总结IMRT、现代旋转放疗、断层放疗在计划质量、计划时间和出束时间估计值等方面的特性。先前的研究已经比较IMRT和Tomotherapy、IMRT和旋转放疗、Tomotherapy和旋转放疗。有一个简单研究是对5个病人良性颅内损伤比较IMRT、旋转放疗和Tomotherapy计划，这项研究结论为所有技术实际上是等效的，该研究还建议进一步使用一些具有挑战性的病例做比较，也为该研究提供一些动力。此外，Brotfeld和Webb最近发表了一份基于二维模体解析IMRT、单弧IMRT 和Tomotherapy所能达到剂量分布的理论探讨。他们的结论是出束少于2分钟的单弧放疗对非常复杂病例在计划质量上可能稍欠缺，认为IMRT和单弧IMRT的计划质量应当是类似的。

   本研究的目的是在四个虚拟模体（含Brahme模体）去完成IMRT、RapidArc、和Tomo治疗计划，同时去比较它们之间的治疗计划质量、优化时间和出束时间。

　　II、材料和方法

　　A、方法概述

　　本文的方法摘要在图1概括，其中涉及到了不同的章节、主要的计划系统和本研究用到的剂量评估软件。系统间数据传递在图1中以输入和输出箭头表示。

　　

　　

　　

　　

图1黑色图框代表本研究采用到不同的主要软件，包括简要的方法步骤（后面会进一步解释）数据的传递在模块中用箭头表示。

　　B、模体、轮廓和计划目标的介绍

所有虚拟模体和轮廓设置都是在Eclipse治疗计划系统中建立。所有模体都是水等效模体，10cm半径和长度为25.25cm。图2提供了所有模体包括轮廓的横断面视图。每个模体包括外轮廓、PTV和一些危及器官(OAR)。在三维方向上通过外放使外轮廓扩展。PTV和OAR前后长度如下：模体1

TV长度为8.5cm,OAR1长为6cm；模体2和3：PTV、OAR1、OAR2、OAR3长为5.25cm；模体4：PTV长为8cm，OAR长为7.5cm。PTV和OAR根据它们在临床代表的能被看到的或者在实验中能较好评估的解剖组织确定其位置。模体1类似于美国放射学院测试实验。模体2代表前列腺组织，模体3代表头颈部结构。最后，模体4是Bortfeld在分析中用过的实验。

表格1中列出所有模体的计划目标函数。这些治疗计划的处方剂量是60Gy/30f。所选用的剂量-体积约束对三种技术都具有挑战性。约束的权重由各自的计划系统确定。

表1  在模体1-4优化过程中多用到的所有剂量体积约束列表

      PTV          OAR1          OAR2          OAR3

      Min Max    DVH DVH  Max DVH DVH Max DVH DVH  Max

      Dose  Dose Vol Dose Dose  Vol Dose Dose Vol  Dose  Dose

      （Gy）（Gy）  （%）（Gy）（Gy）（%）（Gy）（Gy）（%）（Gy）（Gy）

Phantom 1 60.0 65    50.0  13.3  20.0

Phantom 2 60.0 65    50.0  10.0  20.0 50.0  10.0  20.0

Phantom 3 60.0 65    50.0  10.0  20.0 50.0  10.0  20.0 50.0 15.0 30.0

Phantom 4 60.0 65    50.0  15.0  30.0

C． Sliding window IMRT计划

Sliding window IMRT治疗计划设计是在Eclipse系统中进行。两个计划用等中心为5mm叶宽的120叶设计。5或9野的选择取决于治疗时间和计划质量之间的一个平衡。文献表明，超过7-9野，射野方向的选择对共面IMRT影响不大。

在计算得出最后剂量之前，优化在beamlet模式下要经过大约250次的反复运算。在250次的反复运算之后，所有计划成本函数最后汇聚在一起。最后剂量矩阵通过解析析各项异性运算法则（AAA）计算，采用体素大小为0.25x0.25x0.25cm3。Eclipse的CPU是双核Intel Xeon qual-core处理器运行2.50GHz。

D、RapidArc 计划

RapidArc计划同样也是在Eclipse系统中设计的，该系统也支持多弧计划设计。单弧旋转RapidArc（RA1）和双弧旋转RapidArc（RA2）的治疗计划，其准直器角度均为45度。RapidArc根据计划质量和治疗时间之间的平衡选用单弧或双弧。虽然单弧计划出束时间较短，但增加一个额外弧在提高计划质量同时也延长了治疗时间。计划中运用了一项使所有弧形子野的MLC初始化位置为PTV减去OAR位置的技术。在这个版本的RapidArc计划系统中，在目标函数达到预设水平之前，优化可能就转换到下一个MR水平。转换可以被用户延迟，完成它需要从MR1一分钟上升到MR5的五分钟。若弧形优化完成，优化的过程被保存，若达到MR5水平优化要继续额外的五分钟。最后剂量的计算通过AAA计算，体素的大小为0.25x0.25x0.25cm3。Eclipse系统的硬件要求同前段描述一样。

E、Tomotherapy计划

Tomtherapy计划是在3.1.2.3版本Tomotherapy计划工作站完成的。在Tomotherapy计划中，射野宽度定义为扇形射束轴向的厚度。螺矩定义为机架完成一次旋转床移动的距离，也称为旋转轴方向上的轴断面射野宽度。调制因子定义为最大叶片开放时间/平均叶片开放时间。选择可以降低影响最后剂量分布的threat效应的螺矩因子，通常为0.86/n，其中，n为整数。

治疗计划设计过程先进行全部子野的剂量计算，然后再执行经过250次子野优化循环。经过250次反复运算后，所有计划的成本函数趋向一致。Tomo采用的参数如下：等中心扇形野宽度为2.5cm，螺矩为0.287，调制因子为2.5。Tomo治疗计划的剂量体积元大小为0.31x0.31x0.25cm*3。Tomotherapy阵列计算机采用16 个Intel 双核处理器2.4GHz。

F、计划质量是

  在本研究中，F1提及的计划质量主要指标是在优化过程中是否满足剂量体积约束的二进制量。是否满足DVH限制值主要看适形度和均匀性，OAR的平均剂量，具体算法在F1、F2节中单独提及。

F、1剂量体积评估

  优化完成后，为进行剂量学评估，所有计划导入CERR3.1软件。所以计划被优化到PTV95％体积受到61Gy剂量。

  报告的最小剂量为99.5％PTV体积的剂量，而报告的最大剂量为0.5%PTV体积的剂量。表1列出的剂量－体积限值,由接受剂量D的百分体积(VD)和最小百分体积剂量V（DV）报告。图3图示了剂量－体积约束是如何报告的，治疗计划用能否满足DVH限值的二进制量评估。

F、2 适形度和均匀性指数

  治疗计划的放射适形度指数(RCI)和剂量均匀性指数（DHI）分别用公式1和公式2计算。RCI描述PTV受到处方剂量或更高剂量的体积（VD，，PTV）与外轮廓内受到处方剂量或更高剂量的体积(VD,body)之比，提供一个确定在PTV和正常组织之间处方等剂量体积如何分布的定量方法。

VD，，PTV

RCI＝  VD,body                                     （1）

  DHI描述计划靶区内剂量的均匀性，是最小剂量（D99.5%）和最大剂量（D0.5％）之间的比值。

      D99.5%

DHI＝ D0.5％                         （2）

F、3 危及器官的平均剂量

  每个危及器官（OAR）的平均剂量都做了记录。要求的记录点包括50％剂量的体积和OAR最大剂量。因此，平均剂量应与要求的剂量－体积点相关。

G、累积剂量

  如公式3所示，累积剂量是所有剂量体积元的质量加权和。模体有均匀的密度，所以公式可以做如下简化：N是体积元个数，Dmean是外轮廓平均剂量，mvixel为体积元的质量。公式简化为模体外轮廓质量(mbody)和模体外轮廓的平均剂量（Dmean,body）之间的乘积。

  Eintegral=Di*mi＝N*Dmean*mvixel＝mbody* Dmean,body

H、受到>2Gy和>5Gy剂量的体积

  一些放射致癌变模型认为剂量反应关系直到6Gy剂量都呈线性关系，然后才达到高峰坪区。受到>2Gy和>5Gy剂量的体积在本文中都很重要，每个治疗计划中都将涉及到。

I．治疗计划时间

   治疗计划时间定义为从开始计划设计直到最后优化和剂量计算完成之间的时间。由于假设计划能用于临床，因此也包括相关参数的选择、治疗的优化和最终剂量计算的过程。

J、治疗出束时间的估计

   治疗出束时间定义为首次射线开启到最后射线关闭之间的时间。对sliding windows IMRT来说，就是剂量率乘以每野跳数，加上机架在连续野之间旋转的时间，再加上参数“delta”（包括考虑MLC出束文件的数据传递的时间、模式准备、旋转时间的错误估计和操作员的反应时间）。第一个射野不考虑delta参数，因为数据的传递和模式准备发生在第一个射野出束之前。delta参数（在我们中心治疗的215个头颈IMRT野提出）定义为剂量率为400MU/min和机架旋转速度为3600/min条件下的理论出束时间和被记录和验证系统记录的实际出束时间之间的不同。对RapidArc来说，治疗出束时间估计值是在一个弧度内177个子野出束的时间。这个时间是所有子野角度增量的和除以通过机架旋转速率。对多弧计划来说，只对第二个弧加delta参数，因为所有数据传递发生在射线开启之前。TOMO放疗的出束时间估计值是通过计划系统和来自最后计划报告的记录进行计算的。

III．结果

A．剂量－体积评估

在表2中，执行了剂量体积评估，列出了所有治疗计划的数据。图4列出了9野IMRT、2单弧RapidArc和Tomotherapy的DVH曲线。图5，列出了9野IMRT、双弧RapidArc和Tomotherapy剂量分布的轴断面等剂量曲线。基于表2数据，模体1，IMRT5和IMRT9，0/4符合优化约束；RA1和RA2，1/4符合约束；TOMO，2/4符合；模体2，IMRT5、IMRT9和RA1，0/6符合约束；RA2,1/6符合，TOMO,4/6符合；模体3所有的计划只有0/8符合约束；最后，对于模体4，TOMO有2/4符合约束，而其它计划有0/4符合约束。

表2是所有剂量和体积参数的一份总结，列出实际上达到的剂量和体积。作为参考，要求剂量和体积值在应达到值的上面列出，以粗体和斜体标出的值是预先规定优化限制值。

               PTV          OAR1          OAR2          OAR3

         Min Max    DVH DVH  Max DVH  DVH Max DVH DVH  Max

         Dose  Dose Vol Dose Dose Vol  Dose Dose Vol  Dose  Dose

Phantom 1    60.0  65    50.0  13.3  20.0

IMRT    5野 59.2  68.9 82.1 16.0  29.3

      9野 59.3  73.1 87.1 16.4  30.3

RapidArc 1弧 59.2  68.7 40.9 12.4  23.6

      2弧 59.5  67.0 40.1 12.5  22.6

TOMO          59.1  67.2 15.1 9.4 17.0

Phantom 2       60.0 65    50.0  10.0  20.0 50.0  10.0  20.0

IMRT    5野 58.2  69.3    97.7  13.2 28.6 63.8 25.3 27.6

      9野 57.0  69.2    90.4  13.1 31.6 64.8 25.7 29.5

RapidArc 1弧 58.1  68.7    58.5  10.3 23.4 52.3 10.2 24.1

      2弧 58.3  68.0    50.2  10.0 23.1 47.3  9.8 22.9

TOMO          59.9  66.1    42.6  9.5  17.4 33.9  8.8 17.9

Phantom 3    60.0 65    50.0  10.0 20.0 50.0 10.0 20.0 50.0 15.0 30.0

IMRT    5野 58.8  70.4    79.6 12.9 28.4 66.1 13.3 35.4 66.9 19.5 44.7

      9野 58.3  70.1    84.8 14.3 31.3 69.4 13.6 40.1 69.7 18.7 46.8

RapidArc 1弧 58.3  69.0    94.9 13.4 24.7 81.9 13.1 28.6 91.3 21.7 44.2

      2弧 58.3  69.0    90.7 13.5 26.1 88.1 13.2 27.8 93.8 21.2 43.6

TOMO          56.7 66.7    99.9 15.1 24.6  96.8  13.5 25.2  83.0 21.5 43.6

Phantom 4    60.0 65    50.0 15.0 30.0

IMRT    5野 55.0 75.3 86.5 23.3 41.4

      9野 57.6 69.5 87.6 21.6 39.4

RapidArc 1弧 57.4 69.5    74.4  18.3  36.3

      2弧 59.0 66.5    68.3  16.9  33.8

TOMO          57.4 65.6 28.7 11.2  29.5

B．放射适形度指数、剂量均匀性指数

表3显示了所有计划的放射适形度和剂量均匀性指数。RCI平均值：IMRT：0.870.7，RapidArc：0.90.02，TOMO：0.810.07；DHI平均值：IMRT： 0.830.03，RapidArc：0.860.02，TOMO：0.880.02。

表3 在实验模体中有IMRT、RapidArc 和TOMO计划的放射适形度指数和剂量均匀性指数在前两列列出，OAR平均剂量在三、四、五列分别列出，累积剂量（体积受照量>2Gy

,和>5Gy）在六、七、八列分别列出。



                                    Mean  Mean  Mean  Integral

                        RCI  DHI OAR1  OAR2  OAR3  DOSE  V>2Gy  V>5 Gy

Phantom  IMRT    5野    0.855 0.860 17.32             89.0  4148 3275

  1             9野    0.913 0.811 17.78             87.8  4151 3425

RapidArc  1弧    0.890 0.862 13.65             85.8  4338 3379

               2弧    0.914 0.888 13.53             85.7  4311 3381

TOMO          0.706  0.880 10.47          106.9  4884 4281

Phantom  IMRT    5野    0.876 0.839 14.66  13.88    59.2 2617 2051

  2             9野    0.921 0.824 14.90  14.28    59.0 2662 2101

RapidArc  1弧    0.911 0.846 11.63  11.68    58.0 3019 2181

               2弧    0.926 0.857 11.20  11.19    57.2 2970 2158

TOMO             0.793 0.906 10.07  9.93       75.2 35.7 2995

Phantom  IMRT 5野    0.758 0.835 14.55  15.16 21.26  59.1  2630 2035

  3             9野    0.783 0.832 15.86  16.17 21.46  58.3  2633 2031

RapidArc  1弧    0.904 0.844 14.44  14.56 24.27  58.6  3104 2226

               2弧    0.911 0.846 14.43  14.71 23.81  58.2  3060 2223

TOMO          0.847  0.850 15.74  14.77 23.23  73.5  3510 2977

Phantom  IMRT    5野    0.769 0.730 24.34             148.3  4991 3477

4             9野    0.912 0.829 23.06             142.3  4833 3450

RapidArc  1弧    0.904 0.826 20.24             142.1  5562 3915

               2弧    0.940 0.887 18.81             141.2  5629 3915

TOMO             0.900 0.874 13.26             158.9  5367 4195

C． OAR平均剂量

      表3列出了每个模体和治疗技术的模体平均剂量值。模体1、4的OAR平均剂量总的趋势是dOAR,TOMO<dOAE,RA2,<dOAR,RA1<dOAR,IMRT5OR9。

D.累积剂量和体积（受照量>2Gy,和>5Gy）

表3列出了累计剂量，T omotherapy出束总剂量比IMRT和RapidArc平均高20％。受到>2Gy和>5Gy剂量的体积也在表3中列出，总的趋势是Tomotherapy受到>2Gy和>5Gy的体积最大，其次RaptidArc，IMRT计划体积最小。

E.治疗计划时间和治疗出束时间估计

   表4是计划时间和治疗出束时间估计值的一份总结。IMRT平均计划时间7.5分钟，RapidArc48分钟，Tomotherapy59分钟。IMRT出束时间估计4.8分钟，RapidArc2.2分钟，Tomotherapy3.5分钟。基于头颈215子野的IMRT,每个IMRT野的平均delta值是19.12.2s/野。

   表格4  模体1-4：IMRT、RapidArc、Tomotherapy的计划设计治疗计划时间和治疗出束时间估计值表。



                  1模体       2模体          3模体       4模体

               计划    出束计划    出束计划出束  计划    出束

IMRT    5野 6.8    3.8    6.7    3.9    6.7 4.0 7.3    4.3

      9野 8.1    5.2    7.5    5.3    7.8 5.8 9.1    5.9

RapidArc  1弧 45.0    1.4    38.0 1.4    30.0 1.7 53.0 1.7

      2弧 60.0    2.8    47.0 2.8    50.0 2.8 62.0 2.8

TOMO             45.0    4.3    44.0 2.8    44.0 2.8 101.0 3.9



   IV．讨论

   对于所有模体，Tomotherapy能满足最大限度满足优化限制（2/4P1,3/6P2,2/4P4）,其次为RapidArc（1/4P1,1/6P2和0/4P3），最后是IMRT（0/4P1,0/6P2和1/4P4）。这些结果是依治疗技术作出的总结，几乎与所采用射野/弧个数独无关的。Tomotherapy计划对所有模体说，均能做出PTV最佳的剂量均匀性（DHITOMO>DHIRA2>DHIRA1>DHIIMRT9>DHIIMRT5）。这个满足DVH限制能力的提高是一其他的成本作为代价的，包括：较长的计划时间（tplan,tomo>tplan,ra2>tplan,ra1>tplan,imrt9>tplan,imrt5）,较长治疗时间（tplan,imrt9>tplan,imrt5 >tplan,tomo>tplan,ra2>tplan,ra1），较低适形度指标（RCITOMO<RCIIMRT5<RCIIMRT9<RCIRA1<RCIRA2）,和较高累积剂量（大约是IMRT或者RapidArc的1.2倍）。

      对模体3，没有一个治疗计划能满足剂量体积限制。然而，Tomotherapy还是能为计划提供最好的剂量均匀性（DHITOMO>DHIRA2>DHIRA1> DHIIMRT5> DHIIMRT9），但适形度较低（RCIRA2> RCIRA1> RCITOMO > RCIIMRT9> RCIIMRT5）。关于模体3OAR的平均剂量，没有差异趋势。

      考虑在治疗计划时间、治疗出束时间和计划总体质量之间的权衡，本研究说明不同的治疗技术间各不相同。很明显，Sliding Window IMRT技术相比RapidArc或Tomotherapy，可以在短得多的时间内生成治疗计划；相比于IMRT和Tomotherapy，RapidArc（不论是单弧或双弧）有最低的治疗出束时间。对于计划质量，虽然Tomotherapy可以满足绝大多数剂量-体积限制，而且一般可以使靶区体积的均匀性做到最好。即使TOMO在优化过程中形成剂量分布上灵活性更高，但Tomotherapy的平均适形度指标却差于IMRT和RapidArc，我们的结果至少有两个理由可以解释。首先，两个治疗计划系统（TOMO和Eclipse）可能在判断体素在勾画轮廓内外上有不同标准。其次，为了满足Tomotherapy的靶区剂量，剂量提升区至少需要和扇形野厚度一致，这会导致靶区体积的上下方向额外剂量照射。图6显示的9野IMRT、双弧RapidArc和TOMO穿过模体4中心的上下方向剂量分布，就说明了这种剂量提升效应。

      本研究采用了简单通过的方法，在多次循环中反复优化参数以获得一个与DVH限制符合的最好计划的方法没有被采用。需要一个更有说服力的方法去评价IMRT、RA和TOMO的计划质量等级。例如，通过反复调节优化参数，相比一个简单通过方法，专业计划者可以获得更好的计划。另外，为每种治疗技术都招募专业计划人员将会对研究有益，但我们依然可以看到同样的治疗技术排序，因为对固定的计划设计时间，IMRT可以在短时间内完成一个计划，而且相对于RA和Tomo，IMRT有更多的优化参数可以调整。

治疗计划研究的另外一项缺点就是来自不同治疗计划系统数据之间的相互比较，由于存在较多复杂因素可能不公平。其中一个因素即Deasy所谓的“Weight Pardox”（权重悖论），即对不同PTV和OAR优化限制相对权重有优选并不明晰，可能需要大量重复地试验和错误判别。DVH限制的选择也是在OAR和PTV覆盖相互妥协的一个限制，也可能在用户不期望的计划结果上终止优化。这些剂量障碍已经通过两种不同的方法包括多限制优化和Pareto优化加以考量，如在商业治疗计划系统运行就可能提供较好的结果。另一个困惑就是不同制造商的治疗计划系统可能定义定PTV和OAR的功能和权重其意义各不相同。这个信息通常用户都不清楚，也很难去干涉。

本研究的一个缺点是模体在2D轴断面轮廓扩展而成，不能代表在临床环境中所能看到的轮廓。这就不能确定Tomotherapy系统在上下方向轮廓改变的PTV和OAR模体计划设计时是否会存在困难。正如Bortfeld和Webb文章中所提及的，在上下方向上计划时，Tomotherapy需要在扇形射野宽度的选择、调制因子和螺距等因素间做有效的权衡。在上下方向上形状变化的结构，这些权衡因素怎样去影响计划质量和治疗效率，需要进一步去进行研究。

最后，很难去确切地知道优化运算收敛到了局部最小量或者现有方案与整体最小化间距离有多大。虽然运算循环的次数现在可以直观显示给用户，但现在还没有一个限制可以在优化已经集达到设定好标准（比如说100循环中目标函数有1%差异）时停止优化。如果有这种停止优化的限制，那么相应的优化算法的收敛性应做出说明。

进一步理解在临床几何条件下的不同治疗技术的相对优势还需要做进一步的研究。

V．结论

每项先进的放射治疗技术都有它们各自的相对优势。对本研究使用的四个模体，5和9野IMRT技术可以在较短时间内做出计划，以最低累积剂量出束。单弧和双弧RapidArc计划能在最短时间内出束，而且能提供PTV最好的适形度。最后，Tomotherapy能最大地满足计划要求，而且能提供PTV最大的剂量均匀性。

完成

我们由衷感谢英国癌症计划组织允许我们在这项研究中使用TOMO计划工作站。

老马 · 发表于 2012-3-30 10:41:06

其实调强放疗中存在两个时间,一个是出束时间,还有一个是整体治疗时间(即患者从开始摆位到患者下治疗床为止)。当前放疗界都比较注重减少放疗时间,但对出束时间和治疗时间区分不那么严格。我们可以分别讨论。
假如我们需要减少出束时间。这样做的目的无非两种，一是基于提高效率的考虑；二是基于提高生物学效应。为提高设备利用效率而追求出束时间的减少必须有一个前提，就是治疗质量不能下降。就Tomotherapy和Rapidarc而言，同一病例Tomotherapy的出束时间显然比Rapidarc的时间要长，但似乎计划的均匀性和适形度要好一些。在无法临床证实均匀性和适形度的这种降低对治疗效果没有影响的前提下，仅为提高设备利用效率而追求出束时间的减少是不是明智，似乎还需要商榷。如果在国外的话，这种做法对医生举证倒置是很不利的。如果降低出束时间是为了提高生物学效应，那这个做法当然值得提倡了。由于肿瘤细胞接受照射后存在亚致死损伤的修复，如果在一次照射中出束时间大于亚致死损伤的半修复时间，相同剂量的照射，放射生物学效应降低，也就容易局部复发。可是，Tomotherapy是一种断层放疗，对于任何肿瘤克隆，整个治疗剂量将在1/P（P为螺距，通常为0.1-0.5)圈中释放。Tomotherapy机架旋转一圈的时间通常为15-20s,而且螺距越小旋转时间越小，因此单克隆的出束时间基本上也在1-2min, 与Rapidarc时间基本一致。
如果考虑整体治疗时间，那现在的IMRT通常都结合IGRT进行。在整体治疗时间中，出束时间和执行IGRT所需的时间来比一般情况下要小很多。这样降低整体治疗时间就需要更多地关注IGRT的时间的减少。当然也需要在保证质量的前提下减低摆位时间。
当然，TomoTherapy的出束时间长是不可争辩的事实，这是Tomotherapy实现 IMRT的技术特点决定的。只不过，这种时间上的延长是不是“Resonalble”，只能仁者见仁了。

antiken · 发表于 2012-4-24 11:55:32

肋骨的放疗用哪种最合适呢。

范范爱爸爸 · 发表于 2012-5-11 20:34:34

本帖最后由范范爱爸爸于 2012-5-11 20:36 编辑

老马，您好。我父亲现在多发脑转，影像学检察有水肿，目前无明显的临床症状。现在在服用易瑞沙。之前曾有过头部胀痛，易瑞沙服用后没有再出现，我现在应该使用脱水剂了吗?如果要用，给他用七叶皂苷钠还是用甘油果糖更适合一点？另外，我如果要做脑部放疗，选用哪一种更好？

爸爸是我的一切 · 发表于 2012-5-17 22:49:12

腹膜后淋巴结肿大压迫疼痛，适合用哪种放疗技术呢？

老马 · 发表于 2012-5-20 13:53:12

Dr. Loiselle has explained that there are some subtle nuances: http://cancergrace.org/forums/index.php?topic=6708.150

Specifcially, Dr. West has said, "My understanding is that Cyber knife and Gamma Knife have very subtle differences but are essentially brand names for different company models of very comparable machines, like two different camera company's names for image stabilizing technology that works remarkably similarly.

Dr. Loiselle has said, "With regard to your question about Cyberknife vs. Gamma Knife - Dr. West is right - both machines typically offer highly effective and comparable treatment in this situation.  There are a few differences in the technology which make one or the other more useful in certain situations, but in your case, they likely will have a similar effect.

First off, there is no knife with either device - though they do provide very precise, highly focused radiotherapy.  They both are very good at targeting small brain lesions.  Overall, both devices can crossfire pencil thin radiation beams at small brain lesions, effectively depositing high dose radiation in the target tumor, while at the same time dramatically limiting the otherwise healthy brain tissue to a safe low dose.  For both cyberknife and gamma knife, each radiation beam generated is quite weak, but where they all cross, a high dose of radiation is delivered... your physicians will align that beam crossing point right on the tumor.

For Gamma knife treatment, a metal headframe is affixed to the skull with typically 4 pins which go through the skin in to the outer table of the skull.  The skin is numbed with lidocaine, so the pin placement is actual typically quite bearable.

For Cyberknife treatment, a custom made plastic mask is used to hold the head still, and the cyberknife has cameras which track and monitor the position of the skull within the mask.  No pins, no needles.

Because the Gamma Knife frame is fixed to the skull, it is probably 1 mm or so more precise.  However, in your circumstance, that may not be relevant or meaningful in terms of risk for side effects nor effectiveness in controlling the cancer.  In some cases, that extra 1mm makes a really big difference - for example, when treating to higher doses than likely to be necessary for your situation or for irradiating targets right next to the nerves which control things like vision. Sometimes though, if you have one truly very small lesion, gamma knife may be slightly better in its ability to really focus a very small target radiation dose to one very small area.  Gamma knife can also sometimes be better if one decides to treat multiple brain lesions with stereoctactic radiosurgery.

Both the Gamma Knife and Cyberknife share the ability to treat tumors inside the brain.  The Cyberknife has the additional cabability to treat tumors in the lung, spine, and liver.

The Gamma knife has the advantage for intracranial targets that it often is a much faster treatment (with new/updated GAmma Knife machinery that is). Sometimes the cyberknife treatments can take longer.  Also from a more technical perspective, the gamma knife radiation beam angles and cyberknife beam angles are different.  The Gamma knife beam array hemisphere is above the head.  The cyberknife beam array hemisphere is in front of the head.  These technical factors sometimes make one treatment better than the other for a certain situation.

I hope that helps.  Either way - both cyberknife and gamma knife are very good.  For most patients with brain metastases as you have described, either technology can offer precise, high focused, and safe treatment."

http://cancergrace.org/forums/index.php?topic=10185.0

幽然1977 · 发表于 2012-5-21 09:32:52

老马，你妈盆腔13*9厘米的肿瘤，适合哪种放疗，现在正在化疗，我想化过2个后做局部放疗，请指教？

老马 · 发表于 2012-5-28 07:47:44

Elekta Leksell perfexion伽玛刀
浙医一院
Leksell perfexion伽玛刀。这套伽玛刀设备不仅拥有了伽玛刀的高精度，低风险的特点，还通过技术创新显著扩大了临床治疗的区域，与以往的伽玛刀相比，该设备精度更可靠，治疗范围更广(范围可扩展到第7颈髓)，同时大大减少周边组织的放射损伤，降低并发症，使病人治疗更安全。

颅内病灶没有死角，能够一次性自动治疗多处脑部病变，使得以往不能治疗的病灶都能进行治疗，大大增加了可治疗的肿瘤数量，保守估计该设备将使伽玛刀手术的受益患者群增加49%。

治疗速度和效率得到极大提高，治疗准备时间下降96%，治疗时间缩短60%，治疗过程患者也更加舒适。打个比方：原来有个病人治疗摆位及准备时间需要1小时，治疗时间需要2小时，总共需3小时才能完成治疗，而现在仅需要50分钟即可完成治疗。因此能够使患者在治疗中充分地节省精力，更好地耐受手术。

这套最新的伽玛刀设备还提供了最强大的放射防护，室内辐射水平相当低，患者接受的全身剂量是射波刀治疗时的1/100，第五代伽玛刀的1/20，这对于儿科治疗及育龄妇女的治疗非常重要。

该伽玛刀适用治疗颅内中、小型的良性肿瘤如听神经鞘瘤、脑膜瘤、垂体腺瘤等；颅内恶性肿瘤如多发性转移瘤、淋巴瘤及某些胶质瘤；颅底、眼眶内及鼻咽部肿瘤；术后残存或复发的肿瘤；颅内血管畸形；功能性疾病如三叉神经痛等。