伽瑪射線立體定向放療機的發(fā)展
2010-05-31 01:40:50劉峰馬穎穎韓俊慶
中國醫(yī)療設(shè)備 2010年9期
劉峰，馬穎穎，韓俊慶
山東大學附屬省立醫(yī)院 a.醫(yī)療設(shè)備科；b.腫瘤研究治療中心，山東 濟南250021
0 前言
伽瑪射線立體定向放療機自1968年被應(yīng)用于臨床以來，截止2007年共治療病例總數(shù)超過55萬人[1,11]。1993年我國首次引進伽瑪射線立體定向放療機（簡稱伽瑪?shù)叮┎?yīng)用于臨床。伽瑪?shù)兑蚱鋭?chuàng)傷小，并發(fā)癥發(fā)生率低和治愈率高等優(yōu)勢，使得對許多疾病的治療發(fā)生了根本性變化。同時，伽瑪?shù)吨委熯m應(yīng)癥的嚴格；定向、定位的精確及劑量的精度控制等特點，決定了對伽瑪?shù)兜馁徶煤褪褂眯枭髦卦u估。
1 第一代伽瑪?shù)?/h2>
1968年，瑞典醫(yī)科達公司研制出世界上第一臺伽瑪?shù)禰2,3]。當時的伽瑪?shù)队?79個鈷源呈球狀排列，使病變組織經(jīng)過一次性大劑量照射就可以產(chǎn)生壞死灶，并且極小甚至幾乎不損害鄰近的正常組織。1974年醫(yī)科達公司改進的伽瑪?shù)禰4]是采用201個鈷放射源，鈷源在半球型的殼體經(jīng)度上的分布為0~360°，緯度上分布為6~36°。第一代伽瑪?shù)都夹g(shù)的基本特征是靜態(tài)聚焦（圖1），二維平面布源方式，殼體和鈷源均不運動，鈷源劑量小，射線束之間在形成焦點之前的路徑是有間隙的，未能做到最大程度的在健康組織中分散射線。
圖1 靜態(tài)伽瑪射線立體定向放療機結(jié)構(gòu)示意圖
2 第二代伽瑪?shù)?/h2>
第二代伽瑪?shù)兜娘@著特征是安裝鈷放射源的治療頭可以做360°的自轉(zhuǎn)，但治療機頭不做任何運動。放射源在轉(zhuǎn)動過程中，放射線束可以形成多個角度的錐形聚焦，從而使得整個放射治療過程可以實現(xiàn)部分地或完全地自動化。旋轉(zhuǎn)聚焦顯著地提高了其“焦皮比”和放射治療的增益。第二代伽瑪?shù)犊梢愿鼡Q不同型號的準直器頭盔，治療范圍也隨之擴大。其基本特征是三維立體布源方式，確立病灶軸向斷面層數(shù)，對斷面層進行人工布源或自動布源，實現(xiàn)三維劑量計劃計算。
第二代伽瑪?shù)兜娘@著代表為深圳奧沃國際科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)聚焦式頭部伽瑪?shù)禰10]。深圳奧沃的旋轉(zhuǎn)伽瑪?shù)队?0個鈷放射源按照螺旋方式排列6組。放射源的放射線均經(jīng)準直器引導(dǎo)聚焦于中心位置，然后疊加能量，從而形成足劑量的焦點，如圖2所示。馬西普醫(yī)學科技發(fā)展有限公司1999年也指出一種頭部伽瑪?shù)?，其結(jié)構(gòu)、原理等與奧沃公司的旋轉(zhuǎn)聚焦式頭部伽瑪?shù)痘鞠嗤?。隨后，生產(chǎn)研制頭部伽瑪?shù)兜挠形錆h康橋、深圳圣愛、海博公司，其原理及結(jié)構(gòu)無顯著改進。
圖2 旋轉(zhuǎn)聚焦結(jié)構(gòu)圖
3 第三代伽瑪射刀
1980年以后，由于CT、MRI、DSA和立體定向伽瑪射線全身治療系統(tǒng)DICOM圖像傳輸?shù)燃夹g(shù)的發(fā)展，促進了伽瑪?shù)兜淖兏铮谌が數(shù)稇?yīng)運而生。
第三代伽瑪?shù)禰5,9]的特征是采用扇形聚焦回轉(zhuǎn)弧照射方式，照射角度和區(qū)域不受重要器官限制，使得腫瘤治療無盲區(qū)。其安置在治療頭上的鈷放射源呈扇形排列，治療頭不能自轉(zhuǎn)，但可圍繞人體縱軸做360°轉(zhuǎn)動；除了扇形靜態(tài)聚焦外，還在治療頭做360°轉(zhuǎn)動時，形成二次回轉(zhuǎn)聚焦，并且高放射劑量區(qū)（照射野）形態(tài)與腫瘤（靶區(qū)）形態(tài)一致；另外在進行精確聚焦放射治療功能的基礎(chǔ)上，采用序列軌跡、靶點規(guī)劃實現(xiàn)三維靶點適形放射治療功能。總之，跟第二代伽瑪?shù)断啾容^，第三代伽瑪?shù)睹黠@優(yōu)化了健康組織劑量分布狀態(tài)，可選擇射線入射角度，在適形、調(diào)強、焦點劑量場形狀等方面有了顯著改進。除此之外，第三代伽瑪?shù)兜闹饕卣鬟€有劑量量化及計劃驗證量化。第三代伽瑪?shù)兜陌悬c定位引入了CT、MRI等無創(chuàng)傷診斷技術(shù)，同時配備電子計算機和圖像分析儀等，使得劑量計算、方案制定及治療等全部工作程序化、自動化及簡單化。
圖3 超級伽瑪?shù)锻庑螆D
從第三代伽瑪射刀開始，可以同時治療頭部腫瘤和體部腫瘤。其代表機型為2002年深圳市海博科技有限公司研制的“超級伽瑪?shù)丁?，它也是全球第一臺可以兼治頭部腫瘤和體部腫瘤的伽瑪?shù)?。如圖3所示。
4 第四代伽瑪?shù)?/h2>
第四代伽瑪?shù)禰6,14]治療頭仍不能自轉(zhuǎn)，但是可以圍繞人體進行轉(zhuǎn)動，在治療床三個軸向運動配合下，進行任意入射角度的放射治療。其基本特征是基于PACS技術(shù)，不僅可以完成前三代伽瑪?shù)渡渚€立體定向放療機的功能，而且還具有實時的臨床動態(tài)、靜態(tài)圖像采集和實時計劃操作；擁有實時的導(dǎo)航或控制能力；解決圖像無損的輸入和輸出；進行科學的量化的診斷和治療；并能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享等。
早期的伽瑪?shù)恫捎檬止び嬎銊┝康腒ULA系統(tǒng)，先逐點設(shè)定等中心點，然后將各中心點劑量整合好后，形成劑量計劃圖。再將該圖與影像學膠片重疊，估計其高劑量區(qū)的適形性。1990年，醫(yī)科達公司推出了GAMMA PLAN治療計劃系統(tǒng)，這是現(xiàn)代伽瑪?shù)顿|(zhì)量計劃系統(tǒng)的雛形。現(xiàn)在的伽瑪?shù)?，從第一代到第三代，都?yīng)用類似的治療計劃系統(tǒng)。從第四代伽瑪?shù)堕_始，在TPS（計算機三維放療計劃系統(tǒng)）中，引入了逆向算法，這樣不僅實現(xiàn)了真正意義上的全自動治療計劃，而且其等劑量線包裹腫瘤的適形度更高，并能達到IMRT（Intensity Modulated Radiotherapy，調(diào)強放射治療）的調(diào)強標準。此外，是否能夠執(zhí)行立體擴野及大野放療技術(shù)，也是需要考慮的因素之一。
5 第五代伽瑪?shù)?/h2>
第五代伽瑪?shù)妒悄壳笆澜缟献钕冗M的精確放射治療設(shè)備之一，采用了類似航天陀螺儀的旋轉(zhuǎn)原理，將60Co放射源安裝在兩個垂直方向同步旋轉(zhuǎn)陀螺結(jié)構(gòu)上，因此又稱“陀螺刀”。它可在實體腫瘤治療領(lǐng)域取代大部分治療設(shè)備和大部分外科手術(shù)，一次性毀損病灶組織，治療效果大大提高。陀螺刀集成了醫(yī)用直線加速器和伽瑪?shù)兜膬?yōu)勢于一身。同時，又將最先進的醫(yī)學影像自動跟蹤技術(shù)、熱增敏技術(shù)、彈珠調(diào)強技術(shù)巧妙的結(jié)合起來。陀螺刀以其更高的放療增益比和完善的功能，將精確放療技術(shù)推向了一個新的高度。
第五代伽瑪?shù)兜淖赞D(zhuǎn)和治療頭公轉(zhuǎn)結(jié)合在一起，進一步減少了鈷源數(shù)量，提高治療精度及可靠性[7,13]。
伽瑪?shù)兜陌l(fā)展和使用還存在著諸多問題，比如機型多、軟硬件開發(fā)和資源整合不足等，每一種機型都未能盡善盡美，特別是在劑量評估和劑量驗證方面有待進一步完善。在臨床應(yīng)用方面也存在規(guī)范化使用及臨床應(yīng)用研究不足等缺陷，使這一技術(shù)的全面健康發(fā)展受到影響。但伽瑪?shù)队兄@著的、無可替代的治療優(yōu)勢，我們相信隨著技術(shù)以及認識的提高，伽瑪?shù)秾袑拸V的發(fā)展空間。
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