到底什么才算是在线自适应放疗？

Struggle

手术、放射治疗和化疗是当今三大肿瘤治疗手段。据统计，70%的癌症患者在整个治疗过程中需要接受放射治疗，预计2025年国内新发癌症患者将达600万人，这意味着每年新增数百万需要不同程度接受放射治疗的患者。
根据《中华放射肿瘤学杂志》2022年9月发表的《“十四五”大型医用设备规划编制基础研究放射治疗组地区调查研究》，截至2020年底，中国内地放疗单位1538家，从事放疗专业人员32978人，共有直线加速器2139台、钴-60机57台、近距离治疗机457台、质子重离子6台、常规模拟机1034台、CT模拟机1208台、MR模拟机89台，预估未来5年将新增加速器994台、质子重离子54台、CT定位机896台、MR定位机313台。这意味着“十四五”时期，我国放疗设备和专业人才将有大幅增长。

十四五发展规划(来自网络)作为最广为人知的放疗设备，直线加速器的技术进步在一定程度上引领了放射治疗的发展。在经历了调强放射治疗（IMRT）和影像引导放射治疗（IGRT）后，自适应放疗（ART）成为下一代革命性放疗技术，而其中的在线自适应放疗（on line ART）更成了“网红技术”。
一、患者对放射治疗的恐惧
放射治疗是通过物理放射线杀死肿瘤细胞，从理论上能达到不开刀即可杀死肿瘤细胞的效果，因此也被称为“无形的手术刀”。然而，在射线杀伤肿瘤病灶达到“多杀敌”的同时，不可避免会对肿瘤邻近正常组织造成部分损害。
目前，我国放射治疗普及率不到30%，不及发达国家的一半。究其原因，除就医路径和放射治疗资源分布不均等客观因素外，不少患者对放射治疗、化疗存在天然的恐惧，这多半来自于多年来口口相传的毒副反应，如皮炎、溃疡、肠炎、冠脉损伤、肺损伤、膀胱炎、小肠损伤等等不一而足。
这其实是对于过去落后放疗技术的固有认知，在放射治疗百年过程中，经历五个层次的发展，不断追求新技术的落脚点都是为了让患者更受益。

放射治疗技术发展的五大层次(来自网络)如果将放射治疗比喻为炮火打靶，早期的粗放时代相当于“大面积炮火覆盖”，毒副反应很强。后来的图像引导精确调强放疗、放射外科SBRT治疗模式、以及“实时追踪敌方目标变化“的在线自适应放疗等则是“精确制导武器”。有了先进的武器，在打击敌方时，能最大限度保存自我。
癌症是慢性病，需要多种手段并举。作为主要治疗手段之一，如今放射治疗从根治到术前术后辅助、姑息减症等不同阶段均在应用。在保障生存质量的前提下，上午接受放疗，下午正常上班已经不是新鲜的事情。此外，随着新技术不断应用，放疗的毒副反应可以控制在理想的范围内，大可不必再戴着“有色眼镜”看待放射治疗。
二、为什么要有在线自适应放疗？
由于费效比和普及率问题，暂且不谈布拉格峰加持的质子放疗，本文主要讨论X线光子放射治疗。前文提到，放射治疗需要尽量多杀敌，并减少自伤。无论医生通过勾画病灶锁定目标，还是物理师制定“作战计划”，都需要CT等影像数据。评价放射治疗方案好不好，和打仗一样，最终通过毁伤效果和正常组织的保护程度来衡量。
对于实体恶性肿瘤来说，部分肿瘤的位置相对固定，所以从患者影像定位（如模拟CT）迁移到放射治疗床整个过程，肿瘤位置相对靠谱，这也是放射治疗默认的大前提。但也有很多癌种，实体肿块是会随着器官运动而运动的，即敌人是会跑的，要移动打靶。对于呼吸这种有规律的运动，通过门控技术、深吸气技术等已经可以把控。但还有以下情况：
1）腹部盆腔器官膀胱充盈程度等影响，其变化规律难以把握，如果使用首次模拟CT的影像数据，就相当于“刻舟求剑”。比如，膀胱直肠充盈变化会明显影响靶区的变化。

膀胱直肠充盈变化差异(来自网络)2）放射治疗整个疗程发生的变化，即肿瘤会形变退缩，如果不更改计划，就很可能面临脱靶的问题。

子宫宫颈位移度大(来自网络)因此，如何解决病灶实时变化的问题，是放射治疗十分头疼的问题。此外，病灶实时变化会导致治疗计划与实际情况不符，会带来的毒副反应增加，如膀胱、直肠损伤等，大大影响患者的生存质量。
传统的CT定位----制膜----摆位----照射，期间还有病灶勾画和物理师计划，耗时一两天甚至更多。而器官和病灶的运动却在十几分钟就会发生变化。数天和十几分钟的差距，是横在所有医技人员面前的鸿沟。因此，放射治疗中会经常使用控制饮水的策略，但其实这是无奈之举。
那么，有没有一种方法，患者躺在治疗床上也能实时地追踪病灶变化，并实时调整治疗计划？
有，这就是在线自适应放疗。
1997年，Di Yan等首次提出自适应放疗(Adaptive Radiation Therapy，ART)的概念，他把整个放疗过程，即从诊断定位、计划设计、治疗实施到验证作为一个可自我响应、自我修正的动态闭环系统。
自适应放疗分为离线自适应与在线自适应，在线自适应放疗（on line ART）更是可以实时调整治疗计划并完成治疗。这其实不是一台设备，而是一个流程系统。

离线与在线自适应(来自网络)受制于计算机技术、医生物理师技术员配合度、设备性能等，在线自适应这一概念始终只是一个梦想。随着机载影像技术进步，人工智能的赋能，出现了可以让患者短时间内就能完成整个在线自适应闭环治疗的技术平台。
随着在线自适应放疗概念的再次大火，目前整个放射治疗市场很多设备都宣称可以进行自适应放射治疗，那真正的在线自适应放疗技术，需要具备哪些条件才真正可以做到名副其实？
三、在线自适应放疗的标准
高效的工作流程
时间是在线自适应放疗的生命线。器官无规律运动常常在数分钟十几分钟改变。在线自适应放疗的本质是基于软硬件一体化的整个流程体系，需要放疗医生、物理师、技术员的全体参与，需要高效的轮廓勾画、快速的治疗计划系统、精准的质量验证/保证系统、放射治疗出束设备等多重加持，是一个非常复杂的平台。
因此可以说，工作流程是一切，其它标准都围绕于此。将数小时甚至1天的治疗工作流，浓聚在15分钟以内，是在线自适应放疗第一条标准。

15分钟以内是标准之一(来自网络)高清影像
在线自适应放疗以直线加速器的机载影像为基础，进行勾画与再计划，这就需要高质量影像。传统的机载影像，由于CBCT的局限性，其质量无法媲美CT，难以满足病灶的勾画需求，尤其是腹部盆腔软组织较多的部位。此外，成像速度也是影响整个流程的关键因素。高速的CBCT采集及迭代技术的应用等才能使机载影像满足定位要求。
一分钟内获取高清的符合计划要求质量的CBCT图像，是第二条标准。此外，整个系统还要能无缝接入MR、PET等多模态影像，有助于医生更精准的靶区勾画和调整，这也是满足患者个体化精准放疗的关键一环。

kV级迭代机载iCBCT胰脏显示(来自网络)人工智能辅助再勾画与再计划
如果仅依赖人力，那么在线自适应放疗永远无法实现，必须依靠人工智能辅助指挥炮火精确打靶。人工智能赋能的在线勾画与计划系统，是在线自适应放疗的第三条标准。人工智能经过海量训练的神经网络人工智能做出的病灶勾画和物理计划，只需医生和物理师微调，甚至85%左右的计划无需调整，直接审核，让勾画和计划得到了显著的提速。此外，还可以将基于人工智能的预测模型添加进来。
轮廓勾画和计划确认的耗时，在整个15分钟内占比最高，因此人工智能的算力及准确性几乎决定了整个流程的成败。

人工智能极大解放医生与物理师(来自网络)在线质量控制
质量控制(QA)是放射治疗的生命线，类似“炮火打击模拟”。使用高水平的在线质量控制系统，并在超短时间内验证通过，才能压缩整个流程的时间。
因此，短时间内的在线自适应质控是在线自适应放疗的第四条标准。

在线QA(来自网络)高速出束治疗的加速器
当治疗计划经过验证可以开始照射治疗时，需要速战速决，即“短时间炮火精确覆盖，出束治疗速度是在线自适应放疗的第五条标准。
以容积旋转调强(VMAT)为例，其治疗设备机架的旋转速度要足够高。目前，已经出现环型机架的直线加速器，相比于传统C型臂，其旋转治疗速度大幅度提升。

环型机架加速器(来自网络)有机结合的司令部
离线自适应由于没有时间的限制，各个战斗部可以分别进行。但对于在线自适应来说，时间就是生命线，必须有统一的、有机结合的司令部。统一的整合驱动引擎，这是在线自适应放疗的第六条标准。
将影像、勾画、计划、质控、出束治疗等诸多模块，有机地整合在一起，需要统一的计算机生态系统，无需在各个模块衔接之间消耗时间，也有助于减轻操作者的焦虑。此外，也包括算法优化、图像形变算法优化、治疗经验的累积、基于大数据的预测等。
四、总结
在线自适应放射治疗，不仅解决了长期以来不同分次治疗间靶区运动、病灶退缩变化的痛点，还具有治疗分次内靶区随周围器官影响而不断变化的能力，实现了肿瘤患者个性化精准放疗，有助于大大降低治疗后毒副反应，显著提高了患者生活质量。
实现在线自适应放疗需要整合一个宏大的人-机系统，医务人员和设备技术共同配合才能实现，并不是一台简单的“影像+加速器”的组合就可以自称是在线自适应放疗。
随着高精尖放疗技术的应用，相信广大患者对放射治疗的恐惧会慢慢褪去，并相信其真的能带来长期高质量的生活，而这才是放射治疗的终极目标。。。



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