郭明教授组稿 | 张建英物理师：螺旋断层放射治疗临床应用及案例分享

随风西阳

编者按：放疗的蓬勃发展发展得益于放疗设备及放疗技术日新月异的创新。精准化、数字化、智能化的放疗提高了患者的生存率，降低了放射损伤，改善患者生活质量。对于放疗团队的要求也越来越高，必须掌握医学、放射物理学、放射生物学和营养学等相关知识及最新学术动态，才能为患者提供优质的医疗。
【专家组稿】以匠心，敬初心。本期组稿由复旦大学附属眼耳鼻喉科医院放疗科郭明教授担任执行主编，特邀放疗领域专家进行学术观点分享，共计5期，以供交流。
第四期
执行主编：郭明教授
题目：螺旋断层放射治疗临床应用及案例分享
作者：张建英 复旦大学附属中山医院放疗科
专家简介

郭明 教授
复旦大学附属眼耳鼻喉科医院放疗科物理组长
中国装备医学协会放射治疗装备技术分会委员
中国生物医学工程学会精放分会物理学组青年委员
中华医学会会员
美国放射与肿瘤治疗学会（ASTRO）会员
美国医学物理学家协会（AAPM）会员
美国Fox Chase Cancer Center访问学者
发表国内外核心期刊十多篇
参与多项国际原子能机构（IAEA）和省市级课题。

张建英 物理师
复旦大学附属中山医院放疗科物理组长、高级工程师
南京大学物理系和物理专业理学学士
清华大学生物医学工程领域工程硕士
美国医学物理师协会国际会员
肿瘤放射治疗质量控制培训班（RTUP）教师
复旦大学附属中山医院远程医学教育课程教师
一、鼻咽肿瘤和口咽肿瘤
螺旋断层放疗具有较强的强度调制能力和较精确的图像引导能力。所以通常螺旋断层放疗更适用于靶区复杂、靶区和危及器官距离较近的临床场景，比如鼻咽肿瘤的放射治疗。
目前关于不同放疗技术的相互比较，往往集中于计划质量的比较，而不同技术临床疗效的比较不多见。但是，2017年，法国14个癌症中心在红皮杂志报道了螺旋断层和容积调强（RapidArc）鼻咽癌的临床疗效的前瞻性研究结果（Clinical Outcomes of Several IMRT Techniques for Patients With Head and Neck Cancer:A Propensity ScoreeWeighted Analysis）[1]。
他们的结果认为，在伴有少许腮腺损伤时，对于局部控制率和肿瘤相关生存率，螺旋断层放疗均优于RapidArc,但无瘤生存率和总生存率无显著差异；亚组分析还表明螺旋断层放疗对T3、T4期和N2或N3的病例局控率有优势。当然，由于不是每一个参与该研究的中心都同时具有这两种设备，所以这个研究不是一个临床随机多中心研究。

2021年，绿皮杂志发表了一个口咽肿瘤多中心、随机的计划比较预研究（Report on planning comparison of VMAT, IMRT and helical tomotherapy for the ESCALOX‑trial pre‑study）[2]。结果也表明了螺旋断层放疗在靶区覆盖、靶区均匀性和适形度上均有优势。还有一些文献报道反应，螺旋断层技术在鼻咽放疗种可以更好地保护腮腺。
下图是中核安科锐提供的一个复杂鼻咽肿瘤的病例，患者鼻咽双颈淋巴结转移，分期 T3N3bM0(IVB 期)，放疗后两年无瘤生存。

二、食道肿瘤和全骨髓照射
理论上食道肿瘤和全骨髓照射是两个完全不同的肿瘤，但是它们在计划设计上的共性都是靶区比较长。食道肿瘤如伴有多处淋巴结转移，靶区形状将会比较复杂；而全骨髓照射，靶区本身形状就极不规则。对于类似的长且形状复杂的肿瘤，螺旋断层技术具有独特的优势，一般直线加速器在长度方向上最多40cm（通过旋转准直器可以达到56cm）,超过这个长度，只能使用接野的方式，需要使用多个等中心设计治疗计划。而螺旋断层技术最长治疗长度可以到135cm。
事实上，在pubmed上可以查到很多关于螺旋断层用于全骨髓照射的文献。2007年红皮的一篇“Image-guided total marrow and total lymphatic irradiation using helical tomotherapy”属于比较早期的报告[3]。他们认为螺旋断层技术可以更好地保护正常组织，而厂家则认为螺旋断层为原来的全身照射提供了新的解决路径。

对于一般的食管肿瘤，主要的计划难点在于减少肺和心脏的剂量。2016年医科院肿瘤医院发表了“螺旋断层固定野调强放疗技术在中段食管癌放疗中的应用”一文。这篇文章使用螺旋断层放疗的固定野调强技术（TomoDirect），即当肿瘤进入切片层后，加速器机头固定在某一个角度出束，通过二进制的多叶准直器、对靶区和危及器官的射线进行强度调节。他们的结论认为，TomoDirect和IMRT技术比，靶区适形度、、均匀性和平均双肺V20、V30和平均剂量具有明显的剂量学优势，下图为文献中的对比表格，TD为TomoDirect[4]。

三、立体定向治疗
螺旋断层技术可以用于立体定向放疗，但在剂量跌落梯度上、总治疗时间上与其他治疗模式相比还有一定差距，特别是小体积的靶区。
最主要的原因是，按照螺旋的原理，在靶区的最顶端进入断层前一半切片厚度距离的时候，多叶准直器就已经打开了。这会造成在头脚方向半影的增加。为了减少这个半影，厂家开发出了动态准直器技术(Dynamic JAW)，就是限制了多叶准直器提前打开的最大距离，对于2.5cm和5cm的切片层厚的计划有比较明显的作用。
当然，还有一个原因是螺旋断层技术不能实施非共面照射。
但从临床角度来说，现在已经有很多关于螺旋断层技术用于肝肿瘤或肺肿瘤立体定向的文献报道。这也说明，螺旋断层可以满足相关肿瘤立体定向治疗的规程要求，具有临床的安全性[5, 6]。

最近，单中心多靶区的立体定向治疗在业界比较热，可是对于常规加速器，现有研究表明，当靶区离中心一定距离后，设备机械偏差会加大[7]。类似的现象会不会出现在螺旋断层技术上，目前还没有相关研究。
四、其他复杂肿瘤
一些更复杂的计划，比如全头皮照射、全胸膜照射、双侧乳腺照射，全腹腔照射，锥体转移照射等等，用常规直线加速器执行困难比较大，或者几乎无法完成。就经验而言，如果一个复杂计划在常规加速器设计时不满意或实现不了，可以使用螺旋断层技术再尝试一次。

五、一般肿瘤的治疗
螺旋断层放疗既然可以适合复杂靶区的情况，所以对于一般常见肿瘤的治疗也是可以胜任的。像前列腺、直肠、宫颈、胰腺、肝、肺等等。
2013年红皮杂志曾发表过一篇“A Dosimetric Comparison of Tomotherapy and Volumetric Modulated Arc Therapy in the Treatment of High-Risk Prostate Cancer With Pelvic Nodal Radiation Therapy”。其结论，螺旋断层技术相对于VMAT而言，剂量更均匀，OAR的剂量类似，VMAT所需治疗时间更短[8]。
其实类似的结论在其他肿瘤，各种治疗技术的计划比较上也比较常见。可算是螺旋断层技术在一般肿瘤治疗中最主要的临床特征。需要特别指出的是，按照本文的经验，文献中所列的下图[8]，在箭头所指的地方，螺旋断层技术应该可以实现更好的剂量分布。

六、运动肿瘤的治疗
关于螺旋断层技术用于肺肿瘤立体定向治疗，一直以来有一个争议，就是如何有效地解决运动管理的问题。螺旋断层治疗，机架治疗时最快的转速时每圈10s，也就是它类似于慢扫描CT。对于规则呼吸（或运动），运动对于剂量分布的影响更多的是靶区边缘的剂量模糊，只有当肿瘤运动呈现出不规则特点时，螺旋断层治疗会在靶区内出现基于运动的剂量调制，也就是靶区内过剂量和欠剂量同时存在。
螺旋断层放疗2019年推出的Synchrony on Radixact功能可以实现实时运动追踪和补偿（该功能目前国内尚未获得注册许可）。Guang-Pei Chen等在“Technical Note: Comprehensive performance tests of the first clinical real-time motion tracking and compensation system using MLC and jaws”中展示了Synchrony在补偿运动所致剂量偏差方面的效果[9]，下图为文献的对比测量结果。

七、自适应照射
尽管在国内，受限于治疗机工作负荷，自适应放疗开展的并不多。但螺旋断层治疗依赖整合的体系和同源CT，在这方面有天然的优势。
Sei Hwan You等在2011年的文章“Is there a clinical benefit to adaptive planning during tomotherapy in patients with head and neck cancer at risk for xerostomia?”里表明，螺旋断层技术自适应可以检测到头颈肿瘤治疗过程中的剂量学改变，并减少像口干之类的副作用[10]。
结语
简单总结螺旋断层放疗的特点：螺旋断层放疗更适用于治疗计划复杂、对图像引导要求较高的临床病例。螺旋断层治疗时间相对较长，对于简单病例，有一部分可以降低正常组织或危及器官的剂量，而有一些优势则不明显。
郭明教授评语：
螺旋断层放疗适应症范围广，在头颈部肿瘤治疗中，高剂量线紧密包绕靶区，靶区外剂量陡减，危及器官受量低。在食道肿瘤和全骨髓照射等长靶区治疗时，无需接野，避免产生剂量冷、热点，靶区剂量均匀。影像引导放疗系统和自适应照射，确保放射治疗的安全实施。
参考文献：
[1]. Bibault, J., et al., Clinical Outcomes of Several IMRT Techniques for Patients With Head and Neck Cancer: A Propensity Score–Weighted Analysis. International Journal of Radiation Oncology*Biology*Physics, 2017. 99(4): p. 929-937.
[2]. Pigorsch, S.U., et al., Report on planning comparison of VMAT, IMRT and helical tomotherapy for the ESCALOX-trial pre-study. Radiation Oncology, 2020. 15(1).
[3]. Schultheiss, T.E., et al., Image-guided total marrow and total lymphatic irradiation using helical tomotherapy. International Journal of Radiation Oncology*Biology*Physics, 2007. 67(4): p. 1259-1267.
[4]. 刘志强等, 螺旋断层固定野调强放疗技术在中段食管癌放疗中的应用. 中华放射医学与防护杂志, 2016. 36(06): 第430-434页.
[5]. Kim, J.W., et al., Phase I/II trial of helical IMRT-based stereotactic body radiotherapy for hepatocellular carcinoma. Digestive and Liver Disease, 2019. 51(3): p. 445-451.
[6]. He, J., et al., Comparison of Effects Between Central and Peripheral Stage I Lung Cancer Using Image-Guided Stereotactic Body Radiotherapy via Helical Tomotherapy. Technology in Cancer Research & Treatment, 2015. 14(6): p. 701-707.
[7]. Gao, J. and X. Liu, Off-Isocenter Winston-Lutz Test for Stereotactic Radiosurgery/Stereotactic Body Radiotherapy. International Journal of Medical Physics, Clinical Engineering and Radiation Oncology, 2016. 05(02): p. 154-161.
[8]. Pasquier, D., et al., A Dosimetric Comparison of Tomotherapy and Volumetric Modulated Arc Therapy in the Treatment of High-Risk Prostate Cancer With Pelvic Nodal Radiation Therapy. International Journal of Radiation Oncology*Biology*Physics, 2013. 85(2): p. 549-554.
[9]. Medical Physics - 2020 - Chen - Technical Note Comprehensive performance tests of the first clinical real‐time motion.
[10]. You, S.H., et al., Is There a Clinical Benefit to Adaptive Planning During Tomotherapy in Patients with Head and Neck Cancer at Risk for Xerostomia? American Journal of Clinical Oncology, 2012. 35(3): p. 261-266.
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