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影像導引螺旋刀~TomoTherapy的初步介紹

本文出自癌症新探66期

台北榮民總醫院癌病中心 胡育文醫師

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理想放射線治療目標,是希望同時達成:腫瘤治療效果好,以及週邊正常組織副作用低。然而,這兩者間常存在著衝突與矛盾,因為在技術與設備相同的前提下,腫瘤劑量的提高,勢必代表更高的正常組織的劑量。放射治療醫師必須在治療效益和副作用之間尋求平衡,而許多新式放射治療技術與設備,亦是朝此一目標不斷突破與發展。截至2012年,國內的放射治療儀器,共有5台電腦刀(cyberKnife),7台加馬刀(Gamma Knife),45台近接放射治療機,140台的直線加速器(LINAC),其中直線加速器是標準放射治療的主力設備。本文的主角-影像導引斷層式治療儀(TomoTherapy),又稱螺旋刀-則已有18台裝設完成。
TomoTherapy是美國威斯康辛大學放射技術團隊歷經十多年研發,於2002年經美國食品藥物管理局(FDA)核可成為正式之腫瘤放射治療儀器。主要的特色以及優勢,在於結合影像導引及螺旋式照射的治療方式。細部構造可分為:
1.直線加速管(linear accelerator):利用電腦斷層掃描影像(CT)達到即時定位,再以螺旋旋轉方式提供臨床高精確的放射治療。
2.環圈式機頭(ring gantry):可提供360度精緻細密的治療射線。
3.病患治療床(Patient couch):病患於擷取定位影像與治療的時候,治療床能提供病人以水平漸進的方式前進移動。
4.多葉準直儀(Multi-leaf collimator):精密調節與整塑由直線加速管產生的射束,避免病患接受到不必要的射線,降低副作用的產生。
5.影像監測器(Imaging detector):藉由影像監測器可擷取電腦斷層影像,以確認病患的擺位與實際接受劑量。
6.射束阻擋器(Beam stop):減少非必要的放射線外漏,降低治療室輻射防護需求。

TomoTherapy的優點
放射線治療的基礎與未來發展目標,主要有兩大方向,其一是放射生物學:分次治療時程的調整,合併化學治療、標靶治療、賀爾蒙治療、免疫治療,放射增敏劑與克服腫瘤缺氧問題;其二是放射物理學:提供更理想的劑量分布 (增加腫瘤劑量,或降低正常組織劑量),以及減少治療位置的「不確定性」。TomoTherapy所具有的優勢,主要來自放射物理的層面。

提供更理想的劑量分布
放射治療技術數十年的演進,從最簡單的前後、左右對照的二維放射治療,到多角度的三度空間順形治療,再進化到可以產生凹形劑量分布的強度調控放射治療(IMRT),劑量分布的精緻程度不斷提升。TomoTherapy主要是將放射治療射源之直線加速器裝置於類似電腦斷層的旋轉性機頭,在治療床前進的過程中透過機頭360度旋轉(51個入射角度)均勻地將放射線X光射源有效集中於腫瘤治療部位,由於入射角度較傳統放射治療更多,與傳統治療相比,可降低正常組織所接受到之放射劑量,減少副作用的產生,可視為威力加強版的強度調控放射治療。

減少治療位置的「不確定性」
放射治療一般的療程,需要十次至數十次的治療,因此,除非病患在每次治療的擺位,體型與體內器官的位置,皆與模擬攝影定位當天的情況絲毫不差,否則必然產生一定程度的「誤差」,這就是放射治療不確定性的主要來源。對「誤差」進一步加以分類,可以分成擺位誤差(setup error)與內在器官位移(internal organ motion)兩種。

標準放射治療的擺位,主要靠的是病患皮膚上的標記線,與治療室的雷射定位線,兩者重合以確定治療座標的準確。但是皮膚是具有彈性的組織,加上雷射線加皮膚標記都有一定的寬度,因此對位上可能出現誤差,所以標準放射治療還會定期拍攝驗證片,即X光片,和模擬攝影定位時的影像作比對,確定骨骼構造也擺設於正確的位置。此時,問題仍無法完全解決,因為還有內在器官位移的問題。體內器官的位置,如胃腸道、膀胱的蠕動、填滿、排空,又如肺部的吸氣、吐氣,心臟的搏動,時時在變動之中。因此,當我們欲照射的部位(如攝護腺),出現在這些位置容易變動的器官旁邊時(如膀胱,直腸),就算骨骼位置完全精準,照射標的區仍可能產生數公厘甚至數公分的誤差。除此之外,隨著治療的進行,腫瘤可能會縮小,病患的體重可能會改變,這些因素更進一步增加了治療的不確定性。

基於目前的技術水準,並考量臨床使用的可行性,放射治療不確定性的解決之道,首推影像導引放射治療(IGRT):每次治療前,擺位完成後,擷取病患的影像(X光片或是電腦斷層),修正誤差後,再進行治療。影像導引放射治療是TomoTherapy內建的一大優點。

TomoTherapy於乳癌治療的應用
乳癌手術後使用輔助性放射治療,最大的好處是可以明顯減少局部復發率,但是慢性副作用,包含肺部纖維化、心衰竭及冠狀動脈心臟病的風險,以及第二原發癌症(second primary cancer)的機率增加,則是主要的顧慮。而這些慢性副作用的產生,除了病患本身的體質外,與放射線的範圍與劑量也有很大的相關,因此在進行放射治療的規劃與準備時,就需要同時考慮到正常器官的保護,包括肺臟、心臟與對側乳房。有時因為病情因素,治療範圍需要同時涵蓋內乳淋巴結或是兩側胸壁時,簡單的放射治療計畫常無法達到預期的標準,此時就會採用較複雜的治療計畫,如強度調控放射治療。已有多篇文獻指出,跟傳統治療計畫相比,Tomotherapy可以有效降低心、肺等器官接受到中等放射劑量照射的範圍,理論上可減少慢性副作用的發生,但是因為Tomotherapy本身的特性,低劑量的範圍可能會更廣,因此實際的臨床治療結果,仍有待大規模、長期的追蹤研究來驗證。
標準的放射性治療,流程有:
1.製做固定模具,決定治療姿勢及部位。
2.模擬攝影定位:電腦斷層掃描,擷取三度空間影像。
3.在電腦治療計畫系統中描繪治療標的(腫瘤), 周邊正常組織。
4.電腦治療計畫設計及運算:約需一至三週。
5.執行治療,與治療計畫驗證。

Tomotherapy除了這些步驟外,最大的特色是影像導引技術。接受治療的患者,於每日正式治療前,可透過電腦斷層(MVCT)之例行掃描,擷取當日最新之腫瘤(或照射目標)與正常組織相關位置的影像狀況,並調整治療的位置,因此可提高腫瘤目標治療的精準度,以及減少正常組織不必要的照射;若注意到病患的腫瘤大小與體型已產生明顯變化,亦可以重新進行計畫,以順應最新的狀況,稱之為適應性放射治療(adaptive radiotherapy)。

TomoTherapy沒有絕對之禁忌症或條件限制,但須經過醫師依專業之評估與判斷,來決定確實適合治療對象。適合進行一般放射治療的病患,除了因呼吸困難或躁動無法平躺20分鐘左右者外,皆可以接受TomoTherapy。某些不適合接受一般放射治療的情況,例如腫瘤生長形狀特異,貼近重要的危急器官,仍有機會透過TomoTherapy進行治療。

TomoTherapy和標準放射治療相比,具有一定程度的優勢,但本質上仍是一種強度調控放射治療,並非無所不能;例如,我們預期治療的慢性副作用可減少,不過急性副作用的減少則相當有限。在某些情況下(如:骨骼轉移病灶之緩和性放射治療),TomoTherapy和標準放射治療的療效與副作用相差無幾。另外,治療費用需要數萬至數十萬的部分自費(IGRT),以及每日治療時間較長等問題,也是在評估是否適合TomoTherapy時,需要一併考慮的重點。

結語
TomoTherapy最大的特色有二:斷層式治療技術提供更精緻、更均勻的放射劑量分布,每日進行的影像導引技術則可明顯降低治療位置的誤差。相對於一般放射治療,TomoTherapy無疑提供了更高品質的選擇,但可別忘了標準放射治療的發展,不論是設備、技術、觀念,亦是日新月異,與時俱進。病患在決定治療方式之前,可先於門診或會診,接受放射腫瘤科醫師專業的評估,並進行充分討論,了解不同治療技術的利弊得失之後,再做出最理想的選擇。

 


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