TOMO放射治疗系统

TOMO放射治疗系统简述TOMO放射治疗系统是Tomotherapy(螺旋断层放射治疗系统）的中英文简称，此设备常常简称为：TOMO放射治疗系统，也有叫为TOMO、TOMO刀、托姆刀、拓拇刀或是螺旋导航光子刀的。TOMO放射治疗系统是集IMRT（调强适形放疗）、IGRT（影像引导调强适形放疗）、DGRT（剂量引导调强适形放疗）于一体，是当今最先进的肿瘤放射治疗设备，其独创性的设计使直线加速器与螺旋CT完美结合，突破了传统加速器的诸多限制，在CT引导下360度聚焦断层照射肿瘤，对恶性肿瘤患者进行高效、精确的治疗。背景简介提到TOMO放射治疗系统，正如发表在美国医学物理杂志上一篇文章《TomoTherapy最终将取代直线加速器成为实现适形调强放疗的最佳手段》所指出的那样，“恐怕很少有什么能像TomoTherapy这样，是由医学物理学家构想出来，引进到临床领域，，并且带来如此令人激动而又具有深远影响的事物。”曾获得过北美放疗协会（ASTRO）最高荣誉——金质奖章的威尔逊医生，评价TomoTherapy是放射治疗过去几十年来的最激动人心的发展之一。已有超过800篇以上的国际临床和医学物理方面的文献和报道对TomoTherapy的先进性和良好的临床疗效予以肯定。从2002年起，自TOMO放射治疗系统通过美国FDA标志该产品诞生以来，已有几百台设备在世界上几十个国家投入临床应用，已有数万名癌症患者（包括我们的患者）实实在在的得到治疗并取得了令人满意的临床效果。技术特点TOMO放射治疗系统，集IMRT和IGRT于一体、以螺旋CT旋转方式治疗癌症，这就是TOMO放射治疗系统技术的核心特征。TOMO放射治疗系统同时还构建了放疗技术发展的新平台：自适应放疗（ART）或剂量引导放疗（DGRT）。下面来简单概括一下TOMO放射治疗系统的几项最重要而又突出的技术特点。1、IMRT的金标准调强的目的就是为了让剂量分布按照肿瘤的形状来包绕（适形度），而且靶区的剂量尽量均匀（均匀度）。TOMO放射治疗系统就是专门为实现调强放疗而设计的，其所能达到的调强水平，无论从其计划的复杂程度而言，还是从其能实现调强的范围（40cm×160cm）而言，都堪称调强放疗的金标准。很多医生和物理师在使用过TOMO放射治疗系统后，对其最深的印象和体会都是在复杂病例的计划上，这些是常规加速器系统难以匹及的。从物理学的角度上是不难理解的，因为TOMO放射治疗系统实现调强的过程就是CT成像的逆向反演，理论上可以实现40cm×160cm范围内的任何剂量分布要求。由于TOMO放射治疗系统可以再全身范围内实现优异剂量分布，使其成为在放射治疗领域的临床应用范围和治疗病种是目前最全面和最广泛的。2、一体化IGRT特征TOMO放射治疗系统的理念就是要在CT上实现调强放疗的功能，TOMO放射治疗系统的计划剂量分布一般比三维适形来的更加陡峭和精确。每天摆位产生的误差对治疗假话的实施可能会产生相当大的影响。对于复杂病例，每次治疗前的摆位验证，就成为TOMO放射治疗系统计划能否完美实现的一个必要条件。从一开始的并排CT设计，到后来的加速器和CT融合为一体，TOMO放射治疗系统每次治疗前做三维影像的观念，始终就根植于产品设计的全过程，并成为TOMO放射治疗系统与生俱来的IGRT基本特征。这完全不同于常规加速器的IGRT发展是在实现IMRT功能之后，才意识到必须要有三维影像才能确保IMRT的精确性。此外TOMO放射治疗系统能够做到每天治疗前的MVCT扫描，重要原因是其扫描剂量非常低，而且图像足够清楚。如果没有这个能力，IGRT也可能就成为虚设。3、自适应（ART）或剂量引导放疗（DGRT）自适应放疗是洛克·麦肯教授于1993年首次提出的一个有关现代精确放疗的新概念。传统放射治疗通常是每天1次，一周5次，总共三十几次为一个疗程。患者的治疗计划一般只在第一次治疗前做一次验证，之后再整个疗程当中，一般只做摆位验证，不再做当天实际剂量验证或计划修改。自适应放疗是指在治疗过程中，部分或全程监控和验证患者的计划执行状况，并和原来计划进行比对。由于肿瘤患者的体重、病灶大小和危及器官在治疗过程中可能会有较大改变，自适应放疗能够根据改变的程度做“在线”或“离线”式的计划修改。从而达到始终按照原来计划的临床和物理要求，精确治疗肿瘤患者的目标。“自适应放疗”在传统精确放疗的基础上，将放射治疗的水平又提升到一个新的高度。设备特点TOMO放射治疗系统相比于传统疗法，最大的特点就是：肿瘤剂量适形度更高，肿瘤剂量强度调节更准，肿瘤周围正常组织剂量调节更细。具体体现为：1、360度旋转，51个弧度，全方位断层扫描照射在线成像系统确定或精确调整肿瘤位置，数以千计的放射子野以螺旋方式围绕病人实施精确照射。从而可以使高度适形的处方剂量送达靶区，敏感器官的受量大大降低或避免。2、卓越的图像引导功能TOMO放射治疗系统的成像和治疗采用同一放射源——兆伏级射线，在放疗的同时即可采集CT数据，使放射治疗和螺旋CT流畅结合。3、自适应放疗，动态跟踪定位CT成像探测器会在放疗的同时收集穿透病人身体后的X线，从而推算出肿瘤实际吸收的射线能量，为以后的放疗剂量提供科学准确的参考数据。4、治疗范围广，治疗环节少，自动化程度高TOMO放射治疗系统集治疗计划、剂量计算、兆伏级CT扫描、定位、验证和螺旋放射功能于一体，治疗摆位和验证自动化程度高，花费时间少。结构和原理1、综述TOMO放射治疗系统是一种全新的调强放射治疗设备，是第一台专用于调强治疗的系统，机载了兆伏级CT。TOMO放射治疗系统还是第一台完全整合影像引导系统的放射治疗系统。2、螺旋照射方式TOMO放射治疗系统是一种全新的治疗设备，设计成为可以对肿瘤进行高度适形照射并同时最大可能的对周围的正常组织进行保护。用扇形X光束进行螺旋照射是它的最大特点。TOMO放射治疗系统无论是外观上还是原理上都更接近于CT。TOMO放射治疗系统的放射源是安装在类似于CT的滑环机架上的一个直线加速器，加速器在进床的同时环绕患者进行360°范围的螺旋照射治疗。连续的螺旋照射消除了层与层相连处可能产生的冷、热点的问题。由于采用动态的螺旋照射方式，照射野的微小改变都可以导致动态剂量分布的变化。TOMO放射治疗系统用64片二元多叶光栅调制照射野，源轴距为85cm。射线束形状为窄扇形，射野最大宽度为40cm，射野最大开度为5cm。等中心处剂量率为9Gy/min左右。TomoTherapy不支持非共面照射方式。3、影像引导TOMO放射治疗系统完美的将CT扫描技术和放射治疗系统整合到了一起。系统整合的优势就是每天都可以利用患者治疗前的兆伏级CT影像进行影像引导摆位。同源的兆伏级CT扫描真正做到了每天都对患者进行摆位验证。这些日常CT影像确保了整个治疗过程中患者每次摆位的精确性，物理师或医生可以检查这些影像的位置、大小，并且还可以在治疗前根据治疗计划检查肿瘤形状。这一步骤确保了放疗计划对于肿瘤靶区的精确照射，如果需要还可以根据肿瘤靶区修改治疗计划，将肿瘤治疗计划的精确度提升到了一个新的高度。整个治疗过程中的任何一分次间的CT影像都可以用来进行治疗计划的验证，并可以根据当天的情况进行自适应计划的设计。4、专用于IMRT的系统TOMO放射治疗系统是专门设计用6MV光子线进行调强治疗的设备。它和传统的加速器有许多方面的不同，比如它取消了均整器的设计，增加了多叶光栅的漏射防护能力和采用窄扇形束照射等方面功能。在所有的这些不同之处中，最重要的区别是取消了均整器的设计。光子射线在中心处的强度可以达到射野边缘强度的两倍。采用非均匀射野的主要原因有：①TOMO放射治疗系统是专用于强调治疗的设备并不需要均匀的剂量剖面，事实上均整器浪费了可以调制的光子注量。②取消了均整器后大大增加了射野中心处的输出，这提高了平均剂量率进而减少了患者的治疗时间。TOMO放射治疗系统不仅可以用来治疗多种类型的肿瘤，比如前列腺、脑、头颈部、胸部、腹部和盆腔等这些可以在传统加速器上进行治疗的肿瘤，还可以治疗传统加速器不适合治疗的肿瘤。由于有数目巨大的调制射野，TOMO放射治疗系统可以给复杂的肿瘤靶区以非常均匀并且高度适形的剂量分布，甚至可以实现凹形剂量分布。比如，TOMO放射治疗系统在治疗腹部肿瘤时，可以在给肿瘤以有效剂量的同时，可以完全避让肾脏，又如，前列腺紧邻膀胱和直肠，使用TOMO放射治疗系统可以在保护膀胱和直肠的情况下安全的照射前列腺。TOMO放射治疗系统的精确性和照射野剂量的准确性为原先已经照射过的和传统放疗并发症危险高的患者提供了一个很好的选择。治疗时的照射原理1、螺旋照射方式不同于传统加速器只从几个固定射野进行照射，TOMO放射治疗系统设计为围绕患者螺旋照射。TOMO放射治疗系统把6MV直线加速器安装在CT滑环机架（与诊断CT使用相同的技术）上，窄扇形射线照射野可以环绕机械等中心做360°连续旋转照射。机架旋转的同时，治疗床根据机架等中心进床，照射野射线围绕患者产生了一个螺旋形照射通量图。治疗过程中机架按照特定的恒速旋转，每旋转一圈有51个方向的调制射野（机架每旋转7°算一个射野方向）。连续的螺旋照射方式解决了层与层衔接处的剂量不均匀问题。2、气动二元多叶光栅TOMO放射治疗系统采用气动二元多叶光栅设计，64片互锁设计的二元叶片调制40cm宽的照射野。二元是指在治疗过程中，叶片只有开和关两种状态，通过开关时间来调制子野强度。优化程序的结果决定叶片的运动序列和开闭时间，叶片的运动序列和开闭时间完成了对子野强度的调制，64片叶片的共同作用实现了医生临床要求。3、sinogramsSinograms是旋转圈数（或床的位置）与机架角度的函数所表示的射线强度。Sinograms是连续的螺旋照射中MLC叶片打开时间的模式。Sinograms的一个元素代表着一个子野的强度，正是有这几万个子野强度组成了一个治疗计划的完整sinograms。治疗上的优势1、照射精准——特殊设计，最高精度TOMO放射治疗系统是目前唯一采用放疗照射与CT同源的影像引导放疗系统。成像精度高达±0.1mm，远远高于常规加速器；其独有的扇形束(FanBeam)兆伏级CT的影像质量也明显优于常规加速器的锥形束(ConeBeam)千伏级CT影像质量；同时该影像系统具有剂量计算和验证功能，保证了患者每次治疗时，治疗计划在位置和剂量上的双重高精度。2、疗效明显——局控生存，显著提高国内外多家医院临床总结均证实：TOMO放射治疗系统放疗与以往的放射治疗手段相比，患者的生存率都有明显的上升，放射反应及并发症显著减少。全军肿瘤放疗中心用该系统治疗73例鼻咽癌1年无复发生存率高达95.6%。46例非小细胞肺癌2年生存率为46.8%，较其他放疗手段高25%，而且无3级以上食管炎发生。42例合并远处转移的晚期肝癌治疗后1年生存率高达50.1%，明显优于传统治疗3、化繁为简——多个病灶，一次完成TOMO放射治疗系统是复杂和疑难肿瘤病例的克星。它通过多子野的螺旋断层照射方式，实现一次照射多个肿瘤病灶，降低了因为计划复杂而带来的正常组织受到反复照射的风险，同时由于螺旋照射的独特设计使它能够实现超长范围的调强照射野（60cmX160cm），而且无需考虑相邻野的衔接问题。多子野形成的高精度也使重要器官的保护成为可能。4、性价比高——减少并发症，降低总费用尽管因为TOMO放射治疗系统设备造价昂贵而导致单次治疗费用较高，但因该系统能在最大限度保护正常组织的同时，较大幅度的提高肿瘤组织的照射剂量，在患者生存率提高的同时，降低并发症发生率，因而可望为患者节省因为复发和处理并发症所带来的潜在治疗费用，因此在整体治疗性价比方面较常规的放射治疗手段具有明显优势。[1]TOMO放射治疗系统治疗的关键TOMO放射治疗系统治疗步骤包括固定体位、CT扫描、标记体位定位（靶点定位和勾画）、制定治疗计划（剂量的分析和分布）、在治疗机下复位、实施治疗，其实，TOMO放射治疗系统治疗设备都是一样的，但核心在于治疗方案的制定、靶点的精准勾画和剂量的大小，不同的专家