质子治疗的图像引导技术(二)：患者摆位的千伏级成像技术和治疗室内的容积成像技术
日前，来自英国Christie NHS信托基金会的R.I. MacKay教授发表了一篇题为《质子治疗的图像引导技术》的综述，总结了质子治疗图像引导技术的应用现状，区分了与高能X线放疗图像引导技术的差异，并对其今后的进展进行了展望。原文发表在2018年2月的《Clinical Oncology》上。上一期中，质子中国与大家分享了治疗计划制定阶段的成像技术，详情请见《质子治疗的图像引导技术(一)：治疗计划的成像技术》。本期中，小编将继续为大家介绍患者摆位的千伏级成像技术以及治疗室内的容积成像技术。
患者摆位的千伏级成像技术
质子治疗较早应用了治疗室内的图像引导技术。由于患者体位改变对质子治疗照射剂量的影响较大，每次治疗前需要应用治疗室内的成像系统确认患者的摆位情况。在质子治疗应用初期，患者摆位确认多使用治疗室内的千伏级成像系统。目前，千伏级成像系统已经常规用于固定束和旋转机架质子治疗室中。通常情况下，在对治疗野进行照射前需要进行2D千伏级成像，摆位时的2D千伏级影像可与计划阶段CT扫描的数字重建图像进行对比。验证角度需要在计划阶段确定，角度通常与束流方向一致，但为了协助患者摆位也可选取其他角度。
除了患者在治疗床上的体位外，医务人员尤其要注意骨盆等骨性结构的解剖学位置，因为这会影响质子束的射程。千伏级成像可以有效确保患者处于和制定计划时相近的体位。但2D千伏级成像也存在固有的局限性，即难以评价治疗过程中解剖学位置改变对剂量分布的影响。
治疗室内的容积成像技术
在某种程度上说，图像引导的X线放疗出现在治疗室内容积成像技术以前。治疗室内的兆伏级成像多年来用于修正患者摆位，某些立体千伏级成像系统在临床中也有应用。然而，触发图像引导放疗革命的是直线加速器的容积CT成像技术。治疗室内的CT扫描设备或锥形束CT可以实现高能X线放疗的治疗室内容积成像技术。
由于质子治疗对图像引导有额外的临床需求，人们希望质子治疗也可以应用X线放疗中的技术，但与千伏级图像引导不同，治疗室内CT扫描并没有在一开始就应用于质子治疗。想要理解其中的原因，就要考虑到锥形束CT和全面诊断性CT(full diagnostic CT)的一些实际情况。
治疗室内的全面诊断性CT与治疗计划用CT的成像质量相同，理论上是患者摆位和自适应放疗计划的理想工具，但治疗室内CT的实际应用存在一定限制。应用治疗室内CT扫描设备需要快速将患者从CT扫描体位调整为治疗体位，在移动患者的过程中出现的任何不确定性都会降低图像引导的有效性。治疗系统中CT扫描设备的刚性配准对于提高工作效率至关重要，因为其为成像和治疗建立了统一的协调系统。对于X线放疗，通过轨道将患者从CT检查床移动到直线加速器的等中心点(isocentre)，这个过程需要将患者旋转180°。
对于质子治疗，通常应用机器人治疗床，治疗室内CT系统需要将患者从CT扫描设备上转移到治疗床上。实际操作中，很难以安全、舒适和患者不动的速度实施CT检查床摆位、移动和治疗体位摆位的全过程，应用CT监测患者摆位并用于自适应治疗仍需解决这些问题。旋转机架治疗室已经可以安装CT设备，有些治疗中心应用治疗床外的CT扫描设备进行日常的患者摆位。对于在治疗室外进行CT扫描的情况，需要用电动治疗床将患者推进治疗室。
对于高能X线放疗，锥形束CT很快取代了治疗室内CT，质子治疗或许也会有相似的发展趋势。广泛应用于放疗的锥形束CT系统不能提供具有诊断标准的影像。与扇形束CT相比，锥形束图像受伪影的影响更大。伪影在扇形束和锥形束CT成像中都很常见并且形式各异，但因图像混叠、噪点、散射和移动伪影的影响锥形束CT的成像较差。无论对于质子治疗和X线放疗的锥形束CT来说，这些伪影都会对其潜在的应用产生负面影响。
对于质子治疗，锥形束图像的伪影会影响患者体内的质子射程预测，导致更大的剂量学误差。因此，若成像质量与X线放疗中的成像相当，锥形束成像将很难应用于质子治疗。若应用适当的锥形束修正方式或应用可产生形变配准锥形束图像的软件进行扫描，锥形束图像可以用于评估质子治疗的剂量学改变以及自适应治疗。
设备生产商研发与其治疗系统相整合的锥形束解决方案时，图像质量必然是影响研发速度的因素，另一个阻碍研发速度的因素是与X线放疗相比，质子治疗室的数量非常少，因此收回质子治疗锥形束成像的研发成本相当困难。但很多主要质子治疗系统生产商已经应用或正在研发锥形束解决方案：这些成像系统或安装在独立的机械臂上与旋转机架相整合，或与治疗床相整合，但其硬件和软件都还有很大的提升空间。近来，研究人员开始研发双能锥形束CT，这种技术或许能够提高组织对比度并减小束流硬化现象(beam hardening)。更多信息请见质子中国往期报道《Mevion与medPhoton合作共同推出质子治疗用锥形束CT》、《我国超导质子医疗系统研发获重要突破：核心部件CBCT图像引导定位系统顺利研制成功》、《Willis-Knighton的CBCT投入使用》、《Roberts质子治疗中心CBCT使用情况》、《Penn Medicine安装第二台CBCT》、《CBCT在适应性质子治疗中表现良好》、《【ESTRO 2017】投票|MR引导光子治疗 vs CBCT引导质子治疗》、《德克萨斯质子治疗中心使用笔形束扫描联合CBCT技术治疗第一例患者》。（质子中国 编译报道）
参考文献：MacKay RI. ImageGuidancefor Proton Therapy. Clin Oncol. 2018;30(5):293-298.