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浅析目前放疗行业技术路线(外照射篇)第二期:特殊放疗

这期让我们一起走进以下5种不同的特殊放疗系统:

  • X射线立体定向放疗系统
  • TomoTherapy螺旋断层放疗
  • x/γ射线放射治系统(TAICHI)
  • CT一体化直线加速器
  • 磁共振一体化直线加速器

01 X射线立体定向放疗系统

(1)CyberKnife

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#  原理

x射线立体定向放疗系统(类似于伽玛刀),将直线加速器头架在了德国Kuka机械手臂上,可进行几乎任意角度的照射(除床下)。通过一对X光双平板完成IGRT成像方式,并在植入金标的情况下可以对靶区的运动实时追踪。照射方式和伽马刀有点类似,CyberKnife的射线不一定汇聚在同一点上,而伽马刀是将多根射线汇聚在靶点而产生高剂量。Cyberknife的优势就在于能够实现治疗过程中的实时图像引导。

#  优势适应症

全身实体小肿瘤(如肺部肿瘤)

#  简析

Cyberknife属于专用x射线立体定向放疗设备,价格较高,但仍存在待提升的部分。如治疗过程中的不能连续移动、床下照射角度限制、治疗时间久、质控复杂、无法实现实时剂量验证等问题,但相较于其他直线加速器设备,Cyberknife的实时图像引导还是具有特色的。

(2)ZAP-X

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图片

#  原理

ZAP-X是专为头颈部病变设计的头颈部X射线立体定向放射外科治疗系统,是直线加速器和自屏蔽辐射的机械结构组,ZAP-X整个外形结构类似于一个大型的陀螺仪,能量为3MV S-band的直线加速器安装在带有两个可移动环形轨道的球形屏蔽结构内,两个圆形轨道之间的角度为45度,达到更多的射线入射角度(类似旋转聚焦)。ZAP-X随与Cyberknife结构不同,但其照射方式和原理与Cybeknife相似,其最大特点是自屏蔽的结构,机房屏蔽要求低。

#  优势适应症

头颈部小肿瘤

#  简析

ZAP-X与Cyberknife为同一发明人John R.Adler,曾师从伽马刀的发明者、放射外科的创始人Lars Leksel博士,从结构和理念上来讲ZAP-X也可以称之为Cyberknife的“兄弟”。ZAP-X自屏蔽设计宣称不需要防护墙即可达到环保要求,但按照国内法规尚不能实现完全的自屏蔽(详见《曹勤剑,谭俊,任越等.新型自屏蔽放疗加速器Zap-X系统屏蔽效果评价[J/OL].中国辐射卫生:1-10》);同时设备治疗空间封闭对于幽闭恐惧症患者不太友好。产品的具体表现还是得大规模投入临床使用之后才能了解,还待后续的临床成果。

(3) Vero(MHI-TM2000)

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#  原理

Vero是三菱重工和Brainlab合作研发的一款打SBRT的放疗产品(已停产),宣称为第一个实现“4D放疗”的X射线放疗系统。采用360°旋转的环形机架能保证长期运行的精度,机架还能轴向60°偏转;配备精密MLC,机头可以旋转进行非共面摆动,为治疗提供更多非共面入射角的选择;并在机架上搭载了双平板成像,能随着机架旋转,实现实时正交影像引导和CBCT的三维成像。

#  优势适应症

全身各部位小肿瘤

#  简析

类似TomoTherapy和Cyberknife的结合体,具有很强的结构优势,但因价格太贵、设备巨大机房要求高、射野太小导致适应症有限、SBRT专用机对大肿瘤治疗效率和效果会打折扣等类的问题导致国内没有装机,要在国内发展还需解决前述硬伤问题。

02 TomoTherapy螺旋断层放疗

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#  原理

将6MV加速器集成在CT机架里,是唯一采用放疗照射与CT同源的影像引导放疗系统,实现CT引导下360°断层照射肿瘤,可以实现更高精度的IMRT治疗。临床上类似全脊髓、全骨髓、全头皮、全胸膜等特殊治疗是Tomo的特色适应症。

#  优势适应症

大面积及长靶区肿瘤

#   简析

TomoTherapy是世界上唯一采用螺旋断层扫描治疗肿瘤的放疗系统,是非常具有创新性的技术,对于长靶区肿瘤治疗独具优势,但仍存在待解决问题,如成像和治疗同源双能无法做实时跟踪的图像引导、不适用于大多数肺癌(部分可用断层径照)、头部肿瘤的治疗精度不及伽马刀和Cyberknife、单次治疗时间久等问题。

03 x/γ射线放射治疗系统(TAICHI)

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#  原理

TAICHI是国产厂商西安大医最新推出的放疗系统(x/γ射线一体化),将伽玛刀、直线加速器和KV-CBCT集成在一个滑环机架上,可以实现360°无限制的连续旋转,并且6MV的直线加速器和18颗放射源的伽马玛系统融合支持拉弧和非共面治疗,可以在一台设备上实现针对大病灶的常规3DCRT/IMRT/VMAT治疗,对小病灶采用伽玛刀的SRS/SBRT治疗,以及可以对转移瘤或者巨大肿瘤类进行两者的联合治疗,多靶区的联合照射或者局部加量,并且可以在治疗过程中实时监控和调整(CBCT随着滑环旋转)。

#  优势适应症

全身各部位肿瘤,早期肿瘤、局部晚期肿瘤、转移瘤、巨大肿瘤等

#  简析

X射线和γ射线相结合是世界首创性的,是国产厂商在行业当中的创新理念和设计,具有历史性意义。从技术和临床角度TAICHI把伽玛刀和直线加速器相结合是将两个品类的优势做了融合,可以进行联合照射和局部加量;目前两种射线不支持同时使用,据了解正在做两种射线同时出束的课题研究,期待研究结果。同时经查询TAICHI只搜索到了关于质控的文章,目前没有相关临床应用的信息,临床实际评价和使用还需持续验证。

04 CT一体化直线加速器

(1)Artiste(已停产)

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是西门子医疗2009年推出的定位CT+直线加速器(西门子放疗事业部2012年已解散),配备 on-rail CT,CT机位于直线加速器的对面(可以叫“面对面”CT直线加速器),地上有滑轨,影像验证时定位CT可以沿着滑轨移动。具备CT-on rail、OBI、MVCBCT图像引导手段,主要优势在于定位CT与直线加速器呈同轴关系,拓展了每次治疗前的CT模拟,实现同一治疗室内CT模拟与放射治疗。

(2)uRT-linac 506c

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联影医疗在2018年推出的24排16层CT+6MV直线加速器,采用同轴同床技术,CT机位于直线加速器背后(也可以叫“背靠背”CT直线加速器),可以实现同机模拟同机治疗。影像验证方式为CT、EPID(1.5MV级X射线拍摄验证片)、MV-CBCT。FBCT成像时直线加速器机架转到90度,治疗床底座向CT端运动1.3m后成像。

患者可以直接在506c的FBCT上进行定位,定位后利用智能勾画软件完成靶区和危及器官的自动勾画,然后利用TPS进行自动计划,确认和验证无误后,直接在联影的加速器进行治疗,理论上患者甚至都不需要下床就能完成定位-计划-首次治疗的过程,因此506c推行自适应放疗(ART)。目前能够做到部分的自适应,虽然在重新靶区及OAR勾画以及计划调整和评估阶段仍然需要医生物理师在线批准方可执行,但因诊断级CT的配置先天适合自适应,只是道阻且长。

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CT引导直线加速器简析

CT引导直线加速器放射治疗是行业较早的创新结合产品,可以看出CT+直线加速器产品主要在于同一治疗室或同机实现治疗前的模拟定位与影像验证,诊断级影像可以实现肿瘤的精确定位,其成像质量高于CBCT成像质量,但因体积大、治疗效率低、价格高等原因发展受限。CT引导引导直线加速器具有独特的技术优势,但也存在一定局限性,期望未来通过技术的不断改进和完善能够真正实现自适应放疗。

05 磁共振一体化直线加速器

(1)MRIdian

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#  简介

是ViewRay在2016年推出的磁共振加速器,将磁共振系统(0.35T)和直线加速器(6MV)融合为一体,为全球第一个结合软组织MRI成像和紧凑型直线加速器的商业化系统。ViewRay今年7月申请破产。

(2)Unity

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是医科达2020年国内推出的磁共振加速器,将磁共振系统(1.5T高场强MR)和滑环式直线加速器(7MV)融为一体,支持功能成像且具有更清晰的图像和更快的成像速度。

(3)Aurora-RT

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是加拿大MagnetTx于2022年获批FDA的磁共振加速器,将磁共振系统(0.5T)与直线加速器(6MV)相结合,在治疗前提供出色图像制定放疗计划,治疗时提供实时磁共振成像,以实现肿瘤跟踪功能。

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磁共振引导放疗简析

磁共振引导放疗技术是目前放疗的热门领域,相较于X射线影像引导技术相比,MR成像具有无放射性、软组织对比度分辨率高等优势,并可通过功能成像评估放疗效果,但目前也存在临床上待提升的部分,比如成像时间长且成像序列有限、体内有金属植入者不能使用、不能VMAT、治疗效率低、机房要求高等。

CONCLUSION 

相信在放射治疗领域还有各类新的技术有待探索和挖掘,也有新的惊喜等待我们发现,后续将围绕放射治疗中先进的技术进行探索和分析。

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文章名称:《浅析目前放疗行业技术路线(外照射篇)第二期:特殊放疗》
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