文摘
放射治疗的作用在头部和颈部癌症的管理。在过去的十年里,各种各样的新的成像模式纳入了放射治疗计划和交付过程。这些技术统称为图像引导放射治疗,可能会导致肿瘤控制和放疗副作用显著提升配置文件。在以下评论,这些技术应用于头颈部癌症患者,在目标描述和临床研究分析使用,病人定位,适应放疗突出显示。最后,我们得出一个简短的讨论进一步放疗发展潜力的领域。
1。介绍
最近的技术进步放射肿瘤学领域的革新管理与电离辐射的癌症。通过使用高度适形技术,给亚治疗剂量准确性的能力是前所未有的。特别是,调强放射治疗(IMRT)对管理产生重大影响头颈癌(HNC)和放射肿瘤学家[中使用非常普遍1]。IMRT允许高剂量的交付目标卷,同时限制器官剂量面临风险,所以,一旦常见的毒性,如口腔干燥,可以是有限的。然而,要实现这个目标,剂量产生急剧梯度,因此病人或肿瘤位置发生了很小的变化,也可能会产生大剂量测定的影响。特别是,几项研究表明,病人/肿瘤运动期间IMRT专门为HNC是临床上重要的(2- - - - - -4]。
图像引导放射治疗(IGRT)是一种新型的技术来帮助减少差异由于病人/肿瘤位置的变化。IGRT的严格定义是使用图像监控或修改治疗交付。然而,IGRT也可以分为三个大类的映像的创新:(1)的集成功能和生物成像到治疗计划过程中改善肿瘤轮廓线(或目标描述),(2)使用多种成像模式调整为肿瘤运动和位置的不确定性,最后(3)适应基于肿瘤反应的治疗计划和正常组织解剖学的变化(5]。后者IGRT的形式,称为自适应放射治疗意想不到的潜在好处,避免正常组织毒性通过改变最初的治疗计划根据变化可能发生在放射治疗过程中。
治疗HNC往往是复杂的,由于保护重要器官功能的重要性,如唾液分泌,演讲,和吞咽,关键因素在决定治疗后的生活质量。因为放疗继续发挥核心作用的(6- - - - - -10),辅助(11,12[],复发性疾病13HNC)设置,很可能这些创新将继续改善结果通过减少毒性和最大化器官保存。此外,剂量升级使用强度可能导致改进的局部控制,这可能最终延长生存如果增强改善系统性治疗转移性疾病。虽然很多复杂的成像和治疗方法,使用IGRT仍未被证明是有益的随机对照试验,改善疾病控制和正常组织的理论好处保留目前正在演示各种同行评议的出版物,以下评论的焦点。
2。改进的目标描述
第一种IGRT涉及新的诊断成像技术整合进放射治疗的肿瘤轮廓线初始阶段计划为了更精确地识别应该接受辐射的区域。目前,大多数中心雇佣CT-based规划、模拟病人的治疗位置然后宏观和微观疾病的目标站点上执行CT-acquired图像。虽然HNC CT-based规划是很常见的,最近的研究表明,很大程度上gross-target interobserver变异性存在于仿形的体积(制造)。库珀等人要求八个“专家”医生轮廓相同的制造中心20 supraglottic癌患者,发现重叠与ct(波状外形的量只有53%14]。随着肿瘤精确定位的越来越重要越来越适形放疗,注意力已经转移到小说形式的成像,生物和肿瘤提供额外的信息可以包括在规划过程为了阐明肿瘤负荷。
这种形式的IGRT的关键创新是使用18-F-Flurodeoxyglucose (FDG) pet。FDG是葡萄糖的放射性标记的模拟肿瘤细胞中选择性地吸收超过正常组织,因此它是有用的区分肿瘤组织,否则出现放射学正常的增长。因此,正有一个在肿瘤的作用,常用于肿瘤分期数癌症,包括HNC (15- - - - - -17]。然而,增加利息已经集中在目标描述中使用正放射治疗,以指导肿瘤边缘的轮廓和扩展字段。因为大多数肿瘤轮廓上执行CT-based图像,这是通过使用复杂的软件执行一个精确的覆盖(或登记)的PET和CT图像。以这种方式,目标描述可以进行pet - ct机融合图像。另外,一些中心现在配备混合磁共振扫描仪能够获取的PET和CT扫描在单个会话(18]。这样做的好处就是成像病人在治疗的位置。
HNC正研究表明PET-based规划可以显著影响肿瘤体积的大小(制造)[概述19- - - - - -24),节点体积的大小(23,24,协助检测淋巴结转移不是可视化或扩大的CT标准(23,24]。大多数研究发现PET-based规划倾向于减少制造中心,但是一些研究已经表明,PET-based计划的轮廓线,也可以增加卷的大小(5,19]。此外,pet - ct机新患者临床证据从规划是出现在文学。pet - ct机的研究表明,基于计划会导致良好的局部控制(18,25),显著改变分期(22,减少正常组织的毒性(18]。特别是,弗农等人报道了42 HNC患者pet - ct机进行了规划和随访期间平均32个月(18]。获得了高水平的疾病控制,和急性毒性相对温和,改善随着时间的推移。
虽然改善肿瘤pet - ct机定位通过规划的初步结果是乐观,一些地区关注的存在。pet - ct机圭多等人提出一个问题关于计划在最近的一项研究中38名患者被计划使用磁共振和ct (26]。这些研究人员发现,尽管制造中心减少92%的患者从CT-only-based pet - ct机添加计划,规划目标体积(包括微观领域疾病和错误)的额外利润没有明显不同的两者之间的规划模式。这样,没有临床优势将pet - ct机相结合的计划。进一步研究等技术问题必须认真解决在未来广泛的这些技术的实现。到目前为止,正对肿瘤分期中有确定的角色,监测肿瘤反应和后续HNC的病人。然而,常规使用pet - ct机的计划还没有推荐。
摄影是一种常用的放射性示踪剂;然而一些小说在HNC成像示踪剂被使用。肿瘤缺氧是一种常见的发生在肿瘤微环境和有一个著名的肿瘤放射治疗的抵抗作用。此外,它被认为,许多低氧诱导治疗失败部分是可以预防剂量升级缺氧子卷的制造中心。然而,这个过程取决于我们能够准确地识别缺氧地区和地方实现目标辐射的有效提升。最近的进步PET-based成像结合IGRT正在“hypoxia-directed放疗”可能[27]。(18F] -misonidazole (FMISO)是一种新型的示踪剂,可以准确地识别头部和颈部肿瘤缺氧地区(28- - - - - -30.]。特别是,李等人用FMISO-PET识别缺氧子卷在10 HNC病人随后剂量升级这些地区与当地提高(31日]。没有结果的报道,但这项技术已经建立的可行性。
最近的一项研究描述了20 HNC的治疗病人常规预处理和金门FMISO扫描以确定肿瘤缺氧对病人预后的影响(32]。令人惊讶的是,这些结果表明,既不存在也不缺乏肿瘤缺氧所定义的FMISO与病人的结果。尽管这可能表明肿瘤缺氧不是与病人相关的结果,作者建议一些其他解释这个想法,分次放疗期间包括肿瘤再氧化的概念。此外,大量的临床前和临床数据支持与缺氧相关的预后恶化在HNC (27,33- - - - - -36]。在任何情况下,进一步的研究是必要的,以确定是否HNC的结果可以通过专门针对改善缺氧区。
其他non-FDG示踪剂也被追究他们的角色在HNC的病人。特别是,1 - (11C)醋酸宠物(ACE-PET)已被证明是一个有前途的示踪HNC分期和目标描述,可以用来补充正37]。的分子,脱氧-- - - - - -18F-fluorothymidine (18F-FLT),也是HNC管理越来越感兴趣。蒋春暄对于费马大定理是由胞质酶胸苷磷酸化的激酶1 (TK1)和随后被困细胞(38]。TK1活动期间增加DNA合成,因此18F-FLT捕获是一个扩散的标志。研究特别是在HNC蒋春暄对于费马大定理表明,吸收与降低生存(39),具有良好的重现性(40),可能是有用的在决定肿瘤对放射治疗(41]。最后,类似于FMISO、铜(II) -diacetyl-bis (N (4) -methylthiosemicarbazone) (Cu-ATSM)是缺氧的标记,但通过一个完全不同的机制(27]。在HNC这示踪剂也被评估,显示为hypoxia-directed放疗(提供另一种可行的方法42]。然而,进一步的研究是必要的日常实施前或其他小说宠物追踪器到日常临床使用。
3所示。改善治疗交付
第二种类型的IGRT涉及现代成像模式的使用,协助日常病人定位。大多数放疗协议涉及到几周连续每日治疗,每天和病人需要重新定位到在最初规划CT获得的确切位置。然而,通常小定位错误出现,介绍的可能性相当大interfraction运动。另外,如果病人不正确地固定在放射治疗,也有可能intrafraction运动。潜在六自由度是容易在分数之间的变化,准确的定位是一个极其复杂的挑战。
多年来,设计了几种独特的方法来解决和减少interfraction intrafraction运动。传统上在HNC热塑性是因为光栅组成的面具被放置在一个病人的脸和安全治疗沙发以固定在CT-simulation和治疗病人的头部。口罩有标记,使辐射治疗师来然后重新放置病人之前,每个部分借助光学阵列。各种类型的面具(3,43- - - - - -47)和咬块(48)曾HNC的病人。然而,由于头部和颈部区域的灵活性,这些固定技术有潜力相当大的设置变化(45,49- - - - - -51]。
验证病人定位的另一个常见的方式是通过使用二维(2 d)门户电影成像(见图1)。这是使用机器设备附加到治疗,能够采取二维megavoltage (MV) [48,52,53]或千伏电压(kV) [54射线照片。通常情况下,这是在每周的开始放射治疗;然而新方案已经设计了每日kV成像,对日常interfractional变化更敏感(55]。虽然这些2 d-radiographs适合检测大型定位错误,他们是有问题的原因。首先,他们往往有图像质量差,很难确定设置不准确(56- - - - - -58]。其次,他们只能想象骨结构,所以软组织的变化不是发现使用这种方法。第三,2 d-radiographs并不适合探测头的旋转运动(49,59,60]。
(一)
(b)
因此,最近的进步三维(3 d)(或体积)客房成像提供了新的解决方案的局限性传统病人定位。提出了一个解决方案,包括传统的CT扫描仪的使用安装在一个铁路系统,这是放置在治疗房间的沙发上和股票直线加速器。这个系统能够拍出高质量的三维图像后病人固定为了验证设置之间的日常治疗(51,61年,62年]。这些图像的高质量比传统门户网站图片,他们为软组织识别提供足够的分辨率。然而,CT-on-rails系统确实有一些明显的缺点。首先,添加一个全尺寸的CT龙门进入治疗室可以非常麻烦。第二,这些系统不能检测intrafractional运动。最后,该系统介绍了沙发上的需要运动之间的CT扫描仪和线性加速器,这就增加了时间的过程63年]。
小说Cone-beam CT (CBCT)是另一种形式的3 d客房成像,可以减少病人定位不准确。CBCT是一个缩小版的CT扫描仪内置在机器治疗。拍摄的图像从一个CBCT在治疗的时候可以覆盖在原规划CT和专门的软件可以用来检测定位错误毫米精度(59]。类似于2 d门户成像,CBCT存在两种类型:MV和kV。据报道,CBCT与kV成像有更好的图像对比度和信噪比小于MV CBCTs [64年]。CBCT成像已经被用于纠正interfractional运动在临床可行的时间63年]。此外,这项技术正在研究intrafractional检测的运动,这可能是用于改善精度(65年,66年]。最后,CBCT-based校正也被用于增加放射治疗精度设置,从而允许更大的目标剂量,同时保留健康组织(67年,68年]。有问题;然而,额外的辐射剂量交付频繁CBCT成像(69年,70年]。特别是,研究估计,每天cone-beam CT成像可以导致增加5.3 - -6.7 cGy皮肤每次扫描(71年)和300 cGy在整个疗程(72年]。这可能对应于2%增加-4%继发性恶性肿瘤(71年]。没有长期的实际发病率数据二次恶性肿瘤目前可用,并继续调查必须执行来解决这个问题。
在过去的几年中,螺旋tomotheraphy (HT)已成为一个越来越受欢迎的技术,采用日常容积成像可视化和肿瘤病人设置错误/器官变化(73年,74年]。HT与治疗结合6 MV CT安装到一个环龙门直线加速器。在治疗过程中,病人通过环而翻译龙门不断旋转,导致螺旋扇形波束辐射交付。使用二进制的辐射光束动态modifed multileaf准直器,它允许对强度和高度适形剂量分布的创建。此外,使用车载6 MV CT扫描仪,可以执行日常形象指导与患者实际的治疗位置(75年]。因此,可以实现直接目标位置验证辐射之前交货(73年]。
研究在HNC HT患者一直承诺。前瞻性评估比较HT和3维放疗(比较)60患者疾病在不同解剖网站发现HT是主观相当于或优于比较在95%的计划(76年]。此外,研究表明,HT可以实现更清晰的剂量梯度,改善剂量均匀性,提供更好的保留腮腺的比传统的强度(77年- - - - - -79年]或立体定向放射治疗(80年]。HT日常位置修正使用MV CT也是安全的,容易实现到日常临床常规74年]。临床结果在HNC使用HT患者也被鼓励和显示剂量,降低毒性,对腮腺的前提下生存,局部区域控制和无病生存相比传统和non-HT IMRT方法(81年,82年]。
数字tomosynthesis (DTS)为病人提供3 d客房成像的另一种方法设置验证。类似于CBCT和HT DTS提供容量层析成像;然而它通过重建3 d片从数量有限的2 d cone-beam预测。这些图像可能是低分辨率;然而这项技术的倡导者认为,与CBCT的成像质量。此外,由于DTS构造有限数量的弧的图片,它可能导致低累积剂量,以及减少治疗时间相比其他模式83年,84年]。这些优势可能是儿科患者的好处,减少剂量和降低治疗时间优先。
光学方法也为日常图像引导研究[85年]。几组已经报道了而使用客房相机成像系统实时三维表面重建(86年- - - - - -88年]。其他专业摄像机与红外标记用于确定目标位置(3,89年- - - - - -93年]。据报道,这些系统与高精度检测设置错误,以及设置时间。这项技术也被用于结合客房射线成像和有前景的结果(44,94年- - - - - -96年]。与其他影像学方法,光学模式非侵入性,不暴露患者辐射剂量补充道。此外,这些技术占intrafraction运动和可以在相对较短的时间内完成(85年]。
总之,体积(3 d)成像在HNC设置优于传统2 d门户成像在许多方面。然而,这项技术在多大程度上应该被应用尚不清楚。特别是,3 d成像的频率设置验证应该执行是未知的,当前的辩论的主题。一些人认为每周或每两周扫描是足够的59),而其他人则建议每日扫描是必要的(97年]。额外的调查将需要澄清这些问题。
4所示。自适应IGRT
第三IGRT的广泛类别称为自适应IGRT(艺术)。艺术是一个新的,仍在继续发展,概念有可能大大提高放疗的交付。目前的标准放射治疗的治疗计划包括获取图像的处理。然后计划是在图像生成并交付给病人在他/她的治疗。我们知道在头部和颈部癌症;然而,在6 - 7周的放疗,可以有重大变化在病人的原发肿瘤的解剖基于收缩或淋巴结和损失的总体体重(98年- - - - - -One hundred.]。将原计划应用到现在改变病人解剖可以导致增加剂量交付给周围的正常组织,包括腮腺腺体和脊髓(101年- - - - - -104年]。保留这些正常组织是一个重要的考虑因素,因为标明辐射口腔干燥对生活质量有显著影响(105年- - - - - -107年)和剂量限制的脊髓和脑干总是担心由于潜在的破坏性的后果。艺术使我们能够“适应”治疗计划,以应对所发生的更改以便我们能最大限度地闲置这些正常组织,同时保持完整的肿瘤体积的报道。
巴克等人的一项研究调查了肿瘤回归的速度和总整体肿瘤回归得到CT图像治疗期间每周3次的放疗和量化的体积和几何变化发生(99年]。他们估计,制造中心减少每天平均利率约为1.8%。平均总制造中心减少约70%(范围10% - -92%)的治疗,这种收缩往往是不对称的。腮腺体积也减少了28.1%的中位数和移动内侧中间翻译与病人体重的3.1毫米。Vakilha等人证明了平均减少49.8%,平均内侧的腮腺卷翻译腮腺的8.1毫米的治疗(108年]。
内侧翻译的腮腺腺肿瘤回归和病人减肥往往使腮腺成高剂量区域,从而增加剂量的腮腺(101年]。此外,腮腺的收缩会导致一个更大的比例的腮腺收到比预期的高剂量。O 'Daniel等人估计,平均剂量增加侧腮腺是3 Gy,和45%的患者之间增加5 - 7 Gy (103年]。尽管这些剂量小,腮腺是一个非常对辐射敏感的组织,甚至小剂量的变化可以有很大影响。布兰科等人估计唾功能下降的速度5% 1 Gy意味着增加剂量[107年]。他们还指出,70%的患者接受了平均剂量大于26 Gy腮腺都经历过4级口腔干燥。
为了避免意外过量的周围组织,一些研究人员已经研究了放射治疗规划以应对病人解剖结构的变化。郭等人进行了前瞻性的试验中,10例淋巴结肿大患者重新计划分娩后45 Gy (101年]。21那时Gy交付根据新计划完成放射治疗。病人比较之间的差异进行分析之后再计划交付的剂量的剂量交付没有再计划。他们的结果表明,该剂腮腺腺体被重新计划减少约2 - 4 Gy。
汉森等人对病人进行了回顾性分析,重新计划减肥或肿瘤回归(102年]。比较两个计划表明,不是规划导致减少目标覆盖率和增加剂量交付给周围组织。他们发现剂量计划指标的95%体积减少92%的患者在旧的计划相比,新计划(范围0.2 - -7.4 Gy)。此外,脊髓的最大剂量高于原计划相比,新计划在所有患者(范围0.2 - 15.4 Gy)。脑干最大剂量也增加85%的病人(范围0.6 - -8.1 Gy)。
虽然在艺术领域的研究是初步的,它显示承诺改善放疗的交付的证据。虽然艺术理论的好处是非常可取的,仍有许多障碍要克服之前广泛应用将是可行的。首先,目前还不清楚什么时候、多久再计划应该做的。将足够再计划一次或更频繁地需要完成,如每周甚至每天?时而会更合适的开发定义阈值,如果遇到了,需要再计划吗?正在试图确定最优规划时间表,但是现在,这个计划必须考虑到技术上的困难和所需的时间创建一个新的计划。目前,偶尔再计划可以做,但频繁的重新计划将压倒可用资源。变形图像配准等新技术和自动化的目标描述与更高的计算能力需要广泛采用这项新战略之前发生。
5。未来的技术
在未来,IGRT可能会继续扩大通过加入新的和更复杂的成像模式。在本节中,我们简要讨论一些尖端技术,在HNC的早期阶段的调查,包括分子CT、高分辨率超声、磁共振成像(MRI),质子疗法。
分子CT成像是一种很有前途的形态,可能为肿瘤描述提供了几个优势。CT是一种最普遍采用的诊断成像技术在医院今天,它有广泛的可用性和方便使用。然而,CT通常不被认为是一个分子/细胞成像模式由于缺乏靶向造影剂。最近的一份报告Popovtzer等人在安阿伯市密歇根大学的描述使用金纳米粒子,有选择地和敏感目标肿瘤抗原(109年]。HNC使用体外模型,这些研究者证明衰减系数的分子靶向细胞是正常细胞的5倍。因此,纳米CT可以提高目标通过提供更准确的描述microtumor识别在规划。此外,由于CT是大多数医生容易,这种技术可以迅速推出如果被证明是可行的和有效的。
除了CT和PET,其他几个成像模式也被调查在放疗计划HNC的潜在作用。高分辨率超声研究葡萄酒等人,他们展示了一种可行的方法把ultrasound-based信息架构的颈部淋巴结CT为目标规划描述(110年]。核磁共振在HNC也被检查。加德纳等人最近的一项研究发现,MRI融合interobserver规划CT可以减少数量的变化关键器官体积和目标描述患者颅内肿瘤扩展,沉重的牙科工作,或禁忌对比增强CT (111年]。这些作者知识,临床数据尚未报道。然而,基于这些临床前研究,核磁共振成像和高分辨率超声可能导致结果的改善HNC的病人。
质子治疗是放射治疗的另一个吸引人的形式由于其优越的剂量分布特性,允许小卷的正常组织比是可能的任何光子束辐照技术。因此,最初的质子治疗临床经验在HNC鼓励和显示鼻腔鼻窦,细菌减少正常组织的毒性在鼻咽、口咽恶性肿瘤(112年]。尽管长期疗效的研究仍不成熟,初步的数据是令人鼓舞的。此外,最近的兴趣结合质子疗法与现代改善图像引导和dose-localization出现了。特别是,正如光子光束的强度可以在强度调制,质子束流强度也可以修改生产调强质子治疗(IMPT) [113年]。尽管一个成熟的技术仍然是不可用,离线HNC患者的研究表明,IMPT备用器官有更好的能力风险和与继发性恶性肿瘤的风险显著降低感应与光子光束强度相比114年]。相结合的可行性和各种形式的IGRT质子治疗,如核磁共振kV-based模式,也得到了证实,可能导致进一步减少正常组织毒性临床数据变得可用时(115年,116年]。基于这样的初步报告,未来质子治疗的研究备受期待。
6。结论
随着高度精确适形治疗,如强度、放射治疗的准确定位和交付将是未来几十年越来越重要。图像引导放射治疗最新进展提供肿瘤定位增加了改善肿瘤负荷区域的识别,通过最小化的影响病人设置错误引起的内部/ interfraction运动,并通过允许自适应重新规划的变化发生在放疗的肿瘤或病人在长期课程。在这一过程中,这些变化是导致改善治疗比率,在diseased-sites剂量增加和减少正常组织。
尽管IGRT的承诺是伟大的,但是它也存在它的障碍。重要的是,有大型金融和教育壁垒的初始设置和实现新的成像模式。此外,仍然没有现有的水平我证明IGRT的利益标准放射疗法的形式。从现有证据回顾和非随机研究;然而,强烈支持IGRT的有益作用。进一步的研究正在进行,结果预计将继续验证使用IGRT HNC病人的管理。