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2019-08-23
來源：器械之家
來源：器械之家
2019-08-23
自上世紀(jì)70年代以來，中國的放療產(chǎn)品事業(yè)取得了很大的發(fā)展，在歷經(jīng)北京醫(yī)療器械研究所、廣東威達(dá)醫(yī)療器械集團(tuán)公司、山東新華醫(yī)療器械有限公司、揚(yáng)州海明醫(yī)療器械公司、沈陽東軟醫(yī)療系統(tǒng)有限公司，以及眾多后起之秀如上海聯(lián)影、廣東中能等為代表的國產(chǎn)放療設(shè)備供應(yīng)商的不懈努力之下，在清華大學(xué)等科研單位的大力支持下，目前國內(nèi)的放療產(chǎn)品技術(shù)研究水平取得了長足的進(jìn)步，在技術(shù)的先進(jìn)性、質(zhì)量的可靠性、產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性方面都得到了不同維度的飛躍性的進(jìn)步。
通過對醫(yī)用加速器、TPS（放射治療計劃系統(tǒng)）、CT-SIM（CT模擬）機(jī)、X線模擬機(jī)、后裝機(jī)、電動多葉光柵、三維劑量場分析系統(tǒng)、X-刀、三維移動激光燈、RTIS（放療信息系統(tǒng)）、OIS（腫瘤信息系統(tǒng)）、各種定位輔助固定裝置的不斷投入和研制，國產(chǎn)放療設(shè)備已經(jīng)形成了一個完整的產(chǎn)品供應(yīng)體系，具備了提供整套放療解決方案以服務(wù)于患者治療的能力。
更為可喜的是，這些年不斷在質(zhì)子重離子治療方面的投入，為患者腫瘤治療又提供了一大重要手段！
進(jìn)入21世紀(jì)后，從國際領(lǐng)域的范圍來看，醫(yī)用加速器發(fā)展得特別快，可以用眼花繚亂來形容近些年的加速器方面的發(fā)展。但是如果我們總結(jié)醫(yī)用加速器的發(fā)展歷程，我們依然可以梳理出來加速器的發(fā)展脈絡(luò)和發(fā)展維度。
即無論加速器怎么發(fā)展，實(shí)際上都是沿著以下三條主線：
精準(zhǔn)：即IGRT方向的差異化演進(jìn)，主要解決的是治療準(zhǔn)確性的問題，關(guān)注的是靶區(qū)的實(shí)際大小、實(shí)時邊界形狀和在人體中的實(shí)際時空位置，重點(diǎn)解決的是“所見即所治”。
精確：臨床技術(shù)與手段的差異化演進(jìn)，主要解決的是照射劑量場和腫瘤靶區(qū)組織立體適形和生物適形、靶區(qū)內(nèi)劑量分布均勻的問題，重點(diǎn)解決的是“所治即所見”。
關(guān)注用戶體驗(yàn)：在此基礎(chǔ)上，衍生出來我們在如何滿足用戶使用舒適度的方向上的差異化演進(jìn)，即關(guān)注用戶（廣義性質(zhì)的）使用體驗(yàn)。
下面對這幾個方面予以詳細(xì)介紹。
精 準(zhǔn)
所謂精準(zhǔn)，準(zhǔn)確地說是關(guān)于IGRT方面的發(fā)展，即放療結(jié)合影像，準(zhǔn)確告知腫瘤治療過程中它的位置、形狀、大小，以便調(diào)整加速器射線的輻照方向以及強(qiáng)度，使得射線準(zhǔn)確的包裹腫瘤而避免傷及無辜。
以前的傳統(tǒng)的加速器，基本上通過模擬機(jī)定位（X線模擬機(jī)或CT模擬機(jī)或模擬解決方案）以后，將腫瘤靶區(qū)的位置通過在人體外表上的標(biāo)記予以呈現(xiàn)，并借助之拉票機(jī)房內(nèi)的固定激光燈來定位靶區(qū)位置。
由于實(shí)際治療過程中靶區(qū)的實(shí)際位置與靶區(qū)標(biāo)記位置存在無法對應(yīng)的情況，因此實(shí)際上這種定位的方法還是被歸屬于盲打治療階段。樣式見下圖。其特點(diǎn)是：
一般采用懸臂結(jié)構(gòu)；
定位擺位方便。
▲ 模擬機(jī)定位
到了上世紀(jì)90年代，為了解決腫瘤靶區(qū)的定位問題，先后發(fā)展了EPID、動態(tài)X線、CT等圖像引導(dǎo)設(shè)備，我們將這種圖像引導(dǎo)的加速器治療技術(shù)稱為IGRT。具體情況介紹如下。
1
EPID引導(dǎo)
EPID實(shí)際上是一種能夠承受MV級高能射線照射的二維X線平板探測器，其圖像引導(dǎo)的特點(diǎn)是：
MV射線錐形束成像，軟組織圖像模糊，只能利用骨骼影像和模擬機(jī)系統(tǒng)傳過來的圖像做配準(zhǔn)，主要用于擺位驗(yàn)證；
2D影像（拍片模式）；
理論上可任意選擇拍片角度操作簡單，成本低、容易實(shí)現(xiàn)，既可以離線校正驗(yàn)證射野的大小、形狀、位置和患者擺位，也可以直接測量射野內(nèi)劑量，是一種簡單實(shí)用的二維影像驗(yàn)證設(shè)備。
缺點(diǎn)是該模擬過程中常常無法直接或完整看到腫瘤侵犯范圍，通常需要借助骨、氣腔和體輪廓線等標(biāo)志等來間接確立放療臨床靶區(qū)。應(yīng)用該種技術(shù)進(jìn)行放療模擬定位時存在諸多的問題。主要表現(xiàn)在：
所獲得影像是二維的，前后位影像重疊失去了諸多前后位解剖學(xué)信息；
無法勾畫出腫瘤和正常組織和器官幾何體積；
基本無法進(jìn)行三維治療計劃設(shè)計和劑量分布的顯示；
無法與其它來源影像進(jìn)行融合來共同確定腫瘤的臨床靶區(qū)。
因此，該種影像用于惡性腫瘤放療特別是根治性放療的計劃設(shè)計存在很大限制。但由于獲得該影像經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，影像的整體感強(qiáng)，連續(xù)采集能獲得動態(tài)信息，因此目前該種影像多用于姑息性治療靶區(qū)確定和用于治療計劃設(shè)計、實(shí)施等方面的驗(yàn)證。
但是，隨著技術(shù)的發(fā)展，基于非晶硅平板探測器的EPID，可以直接測量射野內(nèi)劑量，是一種快速的二維劑量測量系統(tǒng)，用EPID系統(tǒng)進(jìn)行劑量學(xué)驗(yàn)證的研究開始不斷增多，逐漸興起并推向臨床。相信EPID會迎來DGRT的春天。
▲ EPID引導(dǎo)
2
CBCT圖像引導(dǎo)
CBCT系統(tǒng)實(shí)際上是一個X線系統(tǒng)動態(tài)平板。CBCT獲取數(shù)據(jù)的投照原理和傳統(tǒng)扇形掃描CT不同，X線球管以較低的射線量圍繞患者做環(huán)形DR（數(shù)字式投照），獲得的圖像數(shù)據(jù)在計算機(jī)中重建后進(jìn)而獲得三維圖像。
從成像結(jié)構(gòu)看，CBCT用錐形束X線掃描代替常規(guī)診斷CT的扇形束掃描；與此相對應(yīng)，CBCT采用一種平板探測器來代替常規(guī)診斷CT的線狀探測器。
因?yàn)閿?shù)據(jù)獲取的方式不一樣，常規(guī)診斷CT的投影數(shù)據(jù)是一維的，重建后的圖像數(shù)據(jù)是二維的，后處理工作站上的三維圖像是連續(xù)多個二維切片堆積而成的；CBCT的投影數(shù)據(jù)是二維的，重建后直接得到三維圖像。
顯然，CBCT采用錐形束X線掃描可以顯著提高X線的利用率，只需旋轉(zhuǎn)360度即可獲取重建所需的全部原始數(shù)據(jù)，其特點(diǎn)是：
kV射線錐形束成像，通過軟件圖像重建，呈現(xiàn)3D影像和DRR圖像，即錐形束CT；
可360°旋轉(zhuǎn)，部分設(shè)備突破360°；
由于利用的是錐形束和KV平板，射線散射較大，圖像清晰度有限；
可以做組織彈性配準(zhǔn)，由于器官邊沿分辨度不高，精確度有限。但是對于部分組織例如頭部等器官，骨骼剛性配準(zhǔn)就比較精確；
適合三位配準(zhǔn)和二維配準(zhǔn)；
成像軟組織分辨率和空間分辨率均比較差，成像劑量要比常規(guī)診斷CT高一個數(shù)量級別。
▲ CBCT引導(dǎo)
3
CT引導(dǎo)
從某種程度上來說，CT引導(dǎo)是真正意義上的IGRT。
CT影像是組織影像，不僅包含組織器官的位置信息，也包含組織器官的密度信息，因此它不但能夠做圖像位置定位，還能夠利用CT影像對治療計劃進(jìn)行離線調(diào)整。其特點(diǎn)如下：
能提供3D和2D圖像組織配準(zhǔn)；
成像速度快，圖像質(zhì)量好；
CT不僅能提供靶區(qū)位置、體積、結(jié)構(gòu)信息，最主要的還能夠提供組織密度信息，提供放療計劃修正的便利，部分承擔(dān)CT模擬機(jī)的功能。該能力在分次放療中，可根據(jù)腫瘤退縮或周圍器官變化做適應(yīng)性計劃優(yōu)化甚至分次治療過程中的再計劃。這是CT-linac的最大的優(yōu)點(diǎn)。
其缺點(diǎn)是CT掃描層面和加速器治療層面不同面，因此導(dǎo)致通過CT的擺位和定位位置校正確認(rèn)后，患者還需要挪動位置，挪動后的位置精度無法確認(rèn)和驗(yàn)證。
▲ 西門子的CT引導(dǎo)加速器（面對面方式）
▲ 上海聯(lián)影醫(yī)療的CT引導(dǎo)加速器（前后緊貼式）
4
雙X線系統(tǒng)正交影像引導(dǎo)
這種成像技術(shù)把兩套kV級X線以正交的角度安裝，同時對病人進(jìn)行照射。先在病人體內(nèi)植入金球或者以病人骨性標(biāo)記為配準(zhǔn)標(biāo)記。使用治療室內(nèi)兩個交角安裝kV級X線成像系統(tǒng)，等中心投照到患者治療部位，追蹤金屬標(biāo)志的位置變化，或者根據(jù)拍攝的低劑量骨骼圖像，與先前儲存在計算機(jī)內(nèi)的圖像進(jìn)行比對，以便決定腫瘤的正確位置, 并將數(shù)據(jù)輸送至控制加速器的計算機(jī)中用以控制加速器的工作。
與EPID MV級射線攝野片相比，骨和空氣對比度都較高,軟組織顯像也比較清晰。
目前主要是賽博刀(Cyber knife)系統(tǒng)在使用這種方式，當(dāng)然也有在以前的不具備IGRT功能的常規(guī)加速器系統(tǒng)中增加這樣一套定位系統(tǒng)的，例如江蘇瑞爾醫(yī)療科技公司就主要從事類似的雙X線圖像引導(dǎo)系統(tǒng)的研制和安裝使用，并取得了不錯的反響。
▲ Accuray(安科銳)公司的雙X線正交圖像引導(dǎo)系統(tǒng)
5
MV級的扇形束CT影像引導(dǎo)
這種機(jī)型比較少，主要是TOMO在采用這種圖像引導(dǎo)方式，如下圖。
▲ Tomotherapy的MV級射線扇形束圖像引導(dǎo)系統(tǒng)
采用這種方式來做圖像引導(dǎo)其實(shí)也是一種無奈。這種機(jī)型最初的設(shè)計其實(shí)是含有CT影像系統(tǒng)的，且CT掃描層面和治療層面是共面的?？墒强紤]到CT成像和加速器治療兩者之間的系統(tǒng)要求差異較大，例如轉(zhuǎn)速。要解決這個問題，整體結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)會極其復(fù)雜，于是無奈將CT系統(tǒng)減掉，變成了現(xiàn)在我們看到的這樣子。
也就是說，最初的設(shè)想，TOMO其實(shí)也是想用kV級射線來做圖像引導(dǎo)的。但是實(shí)際上由于實(shí)現(xiàn)起來難度很大，所以不得已才直接采用加速器的MV射線來做圖像引導(dǎo)。不過考慮到6MV射線對人體傷害過大，就將6MV射線能量降低到3.5MV，以降低圖像成像過程中對正常組織的傷害程度。這款機(jī)型在是在美國威斯康辛研制出來的，但是在美國本土銷售得并不好，在中國大陸反到比較受歡迎和鐘愛。個中原因耐人尋味。
6
MRI引導(dǎo)
在放療過程中，靶區(qū)組織的位置和結(jié)構(gòu)形狀會根據(jù)治療過程、人體應(yīng)激反應(yīng)、呼吸、情緒等因素隨時間而變動，這就導(dǎo)致了靶區(qū)的3D信息是不夠的，還需要加入時間因子，然后實(shí)現(xiàn)實(shí)時圖像引導(dǎo)，實(shí)時放射治療。
無論是EPID還是CBCT或者普通CT引導(dǎo)，目前都做不到實(shí)時圖像引導(dǎo)放療。或者是因?yàn)槌上駮r間較長，或者是因?yàn)槌上窈椭委熯^程不同步，或者是因?yàn)橛跋窠嵌扰c治療角度存在固有偏差。
這樣要實(shí)現(xiàn)呼吸門控治療，一般都是通過以下兩種實(shí)施：
紅外監(jiān)控呼吸幅度；
通過4DCT采集呼吸時相規(guī)律然后納入到治療計劃中。
前者屬于間接監(jiān)控腫瘤靶區(qū)隨呼吸的運(yùn)動，誤差較大；后者則是將靶區(qū)隨呼吸運(yùn)動的變化抽象化和簡單化，沒有考慮靶區(qū)隨呼吸運(yùn)動的頻率及幅度在不同時間和條件下的會有不同呈現(xiàn)的復(fù)雜性。
就目前而言，只有MRI有機(jī)會提供了這一種實(shí)時成像的可能。
同時，由于MR是一容積性影像采集裝置，能獲得高空間分辨率和高對比度任意層面和方向的解剖影像，尤其是對于確定頭頸、中樞神經(jīng)、脊髓和軟組織等部位腫瘤臨床靶區(qū)有極大幫助。
由于MR成像取決于物質(zhì)的質(zhì)子密度，T1加權(quán)、T2加權(quán)和血管流空效應(yīng)，因而MR較CT影像含有豐富的信息，而且磁共振檢測序列的選擇和優(yōu)化可有效地提高腫瘤與周邊正常組織的區(qū)分能力，因而MR是顯示組織密度對比差異小的區(qū)域，如頭頸、中樞神經(jīng)、脊髓、軟組織、宮頸、前列腺以及骨轉(zhuǎn)移處腫瘤臨床靶區(qū)的一種重要手段。
和CT等不同，MRI可以通過梯度場的變化提供任意方向的2D圖像，且圖像的成像速度快，1幀不超過10ms，這就相當(dāng)于實(shí)時影像了，目前這種2D圖像主要用于門控系統(tǒng)，實(shí)際上放療呼吸門控或跟蹤要求時間尺度是300ms（~0.1個呼吸周期），這包括圖像采集、重建靶區(qū)、勾畫（判斷）、開關(guān)射線，這樣圖像重復(fù)率至少需要4ftps，圖像延遲不超過100ms，MRI完全滿足這種需要。
MRI-Linac機(jī)器主要有四家在做：
醫(yī)科達(dá)(Elekta)的 Unity (1.5 T)
ViewRay的MRIdian (0.35 T)
The Australian MRI-Linac program (1.0 T)
MagentTx Aurora-RT (0.5 T)
▲ 醫(yī)科達(dá)(Elekta)的 Unity
▲ ViewRay的MRIdian
MRI引導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)：
無附加劑量、軟組織對比度高、可以進(jìn)行治療中引導(dǎo)。
實(shí)時 MRI引導(dǎo)軟組織擺位和在線劑量預(yù)測 ：病人每日治療的擺位可直接利用 MRI 影像針對靶區(qū)位置做定位，讓對位更精準(zhǔn)，并且病人在治療床上，能利用門卡預(yù)測當(dāng)前放療將要投遞的劑量。
術(shù)中適應(yīng)性放射治療(on-table Adaptive RT)：在分次放療中，根據(jù)腫瘤退縮或周圍器官變化做在線適應(yīng)性計劃優(yōu)化； 直接使用MR圖像進(jìn)行物理劑量計算存在困難：MR上的像素量與物質(zhì)內(nèi)質(zhì)子有關(guān)而與核外的電子密度不相關(guān)，因而無法直接利用磁場信號進(jìn)行物理劑量的計算。解決此問題辦法有兩個，一是將MR影像融合疊加到CT影像上，用MR和CT影像進(jìn)行靶區(qū)的勾畫，用CT影像中CT值進(jìn)行物理劑量計算；二是通過數(shù)學(xué)模型將磁共振信號轉(zhuǎn)變成電子密度用于劑量的計算。
治療中實(shí)時追蹤腫瘤(Real-Time Tracking)：治療全程連續(xù)造影，系統(tǒng)透過軟組織追蹤和自動化的射線控制，當(dāng)腫瘤組織移動超過醫(yī)師定義的追蹤界限，射線會自動暫停照射，當(dāng)靶區(qū)移回界線內(nèi)的范圍，治療會自動恢復(fù)。
7
PET引導(dǎo)
目前在海外，已經(jīng)有研究單位在研究PET引導(dǎo)放療的技術(shù)。
PET是一種新型發(fā)展迅速的能檢測腫瘤和正常組織代謝差異的功能性影像學(xué)技術(shù)，其基本原理是將利用能發(fā)射正電子的放射性核素（如18F、11C、15O和12N）標(biāo)記到某種物質(zhì)上，將這些物質(zhì)注射到人體內(nèi)，通過體外裝置進(jìn)行檢測并進(jìn)行顯像，可以靈敏準(zhǔn)確地定量分析腫瘤能量代謝、蛋白質(zhì)合成、DNA復(fù)制增殖和受體分布等。目前，較為常用的為18F和11C標(biāo)記的顯像劑。
由于PET 可以用于測定腫瘤細(xì)胞代謝狀況，并可以定量和三維顯示腫瘤內(nèi)諸如乏氧、增殖、新生血管狀態(tài)、凋亡和性激素受體狀態(tài)等生物學(xué)信息的一種新的功能性影像技術(shù)。
從理論上推測它可用于捕捉活體內(nèi)腫瘤生物學(xué)信息并將其用于指導(dǎo)放療計劃的設(shè)計。
然而，PET影像用于腫瘤臨床幾何靶區(qū)確定時尚存在一些問題：
相比于CT和MR影像，現(xiàn)有PET影像分辨率仍較低（僅2mm～7mm），解剖結(jié)構(gòu)顯示較差；
影像分辨率仍較低；
影像掃描方式需要改進(jìn)，目前無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)步進(jìn)式掃描，這樣會丟失部分組織信息；
目前尚無定量客觀反映實(shí)體瘤大小。
總之，時至今日——
放射治療是建立在影像基礎(chǔ)上的系統(tǒng)工程。
現(xiàn)有影像引導(dǎo)設(shè)施為放療計劃精確實(shí)施提供了一定的保證。
不同來源的影像為腫瘤放療靶區(qū)確定提供了不同信息，多種影像共同參與將有助于提高靶區(qū)設(shè)計的精確性。
功能性影像具有臨床應(yīng)用巨大的潛力，也是腫瘤放療個體化設(shè)計依據(jù)的重要來源。
需要注意的是，放療設(shè)備的本質(zhì)還是放療，不是診斷。兩者之間的重要性權(quán)重應(yīng)該處于合適的位置。片面追求影像的先進(jìn)而忽視了放療技術(shù)的發(fā)展，一定會對放療設(shè)備發(fā)展本身帶來其他問題。另外一個問題是考慮到影像系統(tǒng)主要還是為治療系統(tǒng)進(jìn)行定擺位，因此單純就這一點(diǎn)而言，影像成像層面和加速器治療層面共面時其系統(tǒng)性誤差能大大縮小。反之其由于部件運(yùn)動（例如CT-linac定位和擺位過程中治療床的轉(zhuǎn)動或前后移動）帶來的固有誤差難以通過軟件算法以及機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計來予以保證。對于這一點(diǎn)希望大家有一個清醒的認(rèn)識。
總體而言，核磁已經(jīng)接近實(shí)時軟組織成像，這種邊看邊打的方式極大地提高了放療的準(zhǔn)確性，既然已經(jīng)能夠?qū)崟r看到并定位腫瘤，影像引導(dǎo)技術(shù)是不是可以說已經(jīng)摸到了天花板呢？這個方向的下一階段發(fā)展路線理論上恐怕很難再有創(chuàng)新性空間?；蛘哒f，如果還希望在這個方向繼續(xù)發(fā)展下去，成本與代價也會推高到市場難以承受的地步。
精 確
精確的概念推廣，主要來源于用多葉準(zhǔn)直器（多葉光柵，即MLC）來從事適形治療后興起的概念，主要陳述的是CRT（適形放療）、3D-CRT（3D適形放療）、SRT、S-IMRT（靜態(tài)調(diào)強(qiáng)）、D-IMRT（動態(tài)調(diào)強(qiáng)）、VMAT（容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)）等放療技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。至于是否可以將筆形束治療技術(shù)應(yīng)用如SRS治療技術(shù)概念也納入這個概念里，目前沒有定論，但是也沒有人反對。我的意見是它們都是精確放療的技術(shù)手段。
不管怎么樣，我們的精確放療的前提條件都是基于將腫瘤組織假定為剛性的、固定位置的、密度均勻的靶區(qū)組織。只有在這一個前提下，我們對腫瘤靶區(qū)的定義（位置、體積、形狀）和放療計劃的制定才變得可知、可信也可控。
整體而言，對于治療而言，目前存在三種治療射線形態(tài)，即錐形束、扇形束和筆形束，其中以錐形束治療最為主流。三種不同的射線成野方式，決定了相對應(yīng)的臨床技術(shù)在不同的道路上發(fā)展。
先來看錐形束的放療技術(shù)的發(fā)展。我們知道，從加速管出來的射線之所以能形成不同的射線形狀，其實(shí)主要是由準(zhǔn)直器形狀決定的。
形成錐形束的是如下圖所示的二維多葉光柵，葉片的運(yùn)動主要由螺旋電機(jī)來驅(qū)動：
等中心平面內(nèi)，錐形束的射野現(xiàn)在一般是40cm*40cm，個別的是28cm*28cm（例如Halcyon）。以前的常規(guī)傳統(tǒng)加速器，35cm*35cm比較常見。
下表主要是關(guān)于錐形束加速器臨床技術(shù)的發(fā)展演變情況。
（點(diǎn)擊圖片可放大觀看）
如果從劑量場的分布角度來看，這些技術(shù)之間的臨床表現(xiàn)差異也是很大的，我們先來整體了解三維適形和三維調(diào)強(qiáng)的劑量場分布差異：
很明顯，從上圖看出，5野的IMRT和傳統(tǒng)的6野三維適形相比較，前者提高了對腫瘤形狀的適應(yīng)性。紅色區(qū)為95%的等劑量線包括范圍。
那么，VMAT和IMRT相比有什么不同？旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)技術(shù)是近十年來最具有臨床價值的放療技術(shù)之一。它將弧形治療和動態(tài)調(diào)強(qiáng)治療技術(shù)合二為一，發(fā)展和創(chuàng)造出來一種新型的臨床技術(shù)。
這方面的技術(shù)應(yīng)用，典型機(jī)型可能是Varian的TureBeam和Elekta的Axesse機(jī)型。
▲ Varian的TureBeam
▲ Elekta的Axesse
除了錐形束的旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)之外，還有利用筆形束從事立體定向放射治療的射波刀（Cybro-knife），以及利用扇形束做IMRT治療的Tomotherapy系統(tǒng)，這些都是在臨床技術(shù)進(jìn)行差異化設(shè)計的比較成功的案例。
錐形束主要由二維MLC形成，扇形束則是由一維二元光柵形成了，二元光柵葉片的運(yùn)動主要由氣動裝置來驅(qū)動，只有開合兩種位置狀態(tài)：
第一個廣泛使用的商售扇形束IMRT系統(tǒng)是由NOMOS公司生產(chǎn)的Peacock。此技術(shù)是把一個狹長的準(zhǔn)直器裝到傳統(tǒng)的機(jī)器上面，得到大約20cm寬、1-4cm長的扇形束。隨著機(jī)架的旋轉(zhuǎn)，扇形束能夠在患者的橫截面上形成一個條狀的照射野。在機(jī)架旋轉(zhuǎn)過程中，準(zhǔn)直器的葉片在計算機(jī)的控制下進(jìn)出，來調(diào)節(jié)每個扇形部開或關(guān)的時間，達(dá)到調(diào)強(qiáng)的目的。如果要治療整個靶區(qū)，就需要順序照射若干個窄條野。為避免窄條野間連接處出現(xiàn)較大的劑量錯誤，就要保證治療床運(yùn)動精確性，這要由廠家提供的叫做“Crane”的治療床步進(jìn)完成。
另外一個采用扇形束治療的就是Tomotherapy專用加速器了。Tomo加速器的二元光柵，葉片位置有三個，1cm/2.5cm/5cm，因此扇形束在等中心平面內(nèi)形成的最大射野面積是40cm*5cm。最小射野面積只有0.3cm*1cm。實(shí)際治療的時候，其有效治療范圍達(dá)40cm ×160cm。
因?yàn)樯刃问{(diào)強(qiáng)的原理和傳統(tǒng)加速器不一樣，所以應(yīng)用于錐形束的TPS系統(tǒng)不能直接應(yīng)用于扇形束治療計劃。該TPS只能使用Accuray公司提供的專用TPS，在做治療計劃時需要考慮如下因素：
重要靶區(qū)的處方劑量
射野寬度（Field)
螺距（Pitch)
調(diào)制因子（MF）
各劑量限定的優(yōu)先權(quán)重
TOMO相對于傳統(tǒng)療法，最大的優(yōu)點(diǎn)是腫瘤適形度更高。腫瘤劑量強(qiáng)度調(diào)整更為精準(zhǔn)，腫瘤周圍正常組織劑量調(diào)節(jié)比較精細(xì)。該系統(tǒng)集成治療計劃、劑量計算、兆伏級CT掃描、定位、驗(yàn)證和螺旋放射功能于一身。治療擺位和驗(yàn)證自動化程度較高。
早期在常規(guī)加速器上要形成筆形束，主要用限光筒，也就是在加速器配置限光筒和立體定位頭架，這就是曾經(jīng)風(fēng)行一時的X刀。
但是X刀由于精度的難以保證，更主要的是加速器和X刀在醫(yī)院屬于不同的科室，X刀屬于立體定向放射外科設(shè)備，屬于神經(jīng)外科，加速器屬于放療科，兩者從屬于不同的科室，結(jié)合后沒有在市場上形成化學(xué)反應(yīng)，最著名的筆形束設(shè)備其實(shí)就是專用于立體定向放射外科的伽馬刀了。因?yàn)椴粚儆诩铀倨?，我這里就不展開論述。
和TOMO同時發(fā)展起來的CyberKnife其實(shí)也是一種X刀系統(tǒng)，不過它是一種專用于立體定向放射外科的放療設(shè)備。
和伽馬刀類似，筆形束治療，采用的都是等中心點(diǎn)聚焦模式。筆形束治療腫瘤的直徑不大于6cm，且主要用于腦部治療。這樣，筆形束對小腫瘤的治療已經(jīng)被證明其有效性是得到行業(yè)認(rèn)可的。但是近些年隨著IGRT的發(fā)展和應(yīng)用，有將筆形束用于體部大腫瘤治療的拓展其臨床領(lǐng)域的趨勢。但是隨之而來的問題是，如果用筆形束治療體部大腫瘤，至少在治療效率方面將自身處于極為市場中的不利的地位。
筆形束治療一般采用大分割臨床技術(shù)，也就是說大分割放療在筆形束治療中取得了大量的臨床數(shù)據(jù)，有助于我們對大分割進(jìn)行進(jìn)一步的研究、利用和推廣到扇形束和錐形束放療中。
需要提出的是，筆形束和扇形束基本上利用的都是FFF的射線，沒有FF射線模式。因?yàn)镕FF模式能夠顯著提升射線劑量率，因此目前錐形束也在逐步采用FFF模式進(jìn)行臨床應(yīng)用。
不過在這里需要提及的是，不要把臨床方案和臨床技術(shù)能力進(jìn)行混淆。例如上面提到的比較受人重視的大分割技術(shù)，本質(zhì)上是一種臨床或者說是治療方案。它的實(shí)現(xiàn)本身不是一種需要在加速器進(jìn)行特別設(shè)計的臨床功能和技術(shù)。但是支持這種大分割放療后帶來的用戶體驗(yàn)方面的技術(shù)改進(jìn)，例如錐形束設(shè)備的FFF，那就是另外一種關(guān)注點(diǎn)了。
上面提及的所有的臨床治療技術(shù)，都是基于腫瘤組織是剛性和固定位置的前提下進(jìn)行的技術(shù)的演進(jìn)。但是由于實(shí)際上腫瘤組織存在很大的柔性且具備一定的（自我或被動）運(yùn)動性，且隨著治療的進(jìn)行，腫瘤的體積和形狀也在發(fā)生改變，因此，我們必須對腫瘤靶區(qū)的定義進(jìn)行修正，引進(jìn)靶區(qū)勾畫PTV概念、追求實(shí)時追蹤放療、4D時相/呼吸門控放療、自適應(yīng)治療等技術(shù)手段，都是對腫瘤基于剛性概念等條件下的計劃和治療過程進(jìn)行的修正、補(bǔ)充和優(yōu)化。采用的手段有超聲實(shí)時引導(dǎo)、紅外門控、MRI實(shí)時引導(dǎo)、視頻影像實(shí)時引導(dǎo)、X線實(shí)時引導(dǎo)等等。
作為放射放療領(lǐng)域的三大先鋒（瓦里安、醫(yī)科達(dá)、安科銳）之一，瓦里安在開發(fā)Halcyon?之前，調(diào)研了超過100家腫瘤醫(yī)院，來考察他們關(guān)于在5到10年時間內(nèi)運(yùn)營一家放療機(jī)構(gòu)的主要挑戰(zhàn)在什么地方。除了技術(shù)層面的問題，調(diào)研者們總結(jié)了三個尚未解決的困難：
如何擴(kuò)大獲得高質(zhì)量治療的需求？
如何簡化操作流，減輕醫(yī)生的工作？
如何改善治療環(huán)境，增加病人的舒適度？
然后，瓦里安在Vienna舉辦的第36屆ESTRO大會上發(fā)布了最新的治療系統(tǒng)——Halcyon?。作為一個全新的設(shè)備，Halcyon?給行業(yè)帶去了耳目一新的感覺。該設(shè)備作為關(guān)注用戶體驗(yàn)的典型設(shè)備，其新產(chǎn)品開發(fā)的立腳點(diǎn)和初衷，值得我們學(xué)習(xí)和感悟。
其實(shí)，關(guān)注用戶體驗(yàn)，不是最近出現(xiàn)的新概念。盡管以前我們可能沒有對這個理念進(jìn)行明確，但是無意間我們也設(shè)計了很多給用戶帶去很好的感受的技術(shù)和概念，例如FFF技術(shù)。
伴隨著大分割放療技術(shù)的應(yīng)用，加速器劑量率不足而使得接受大分割放療的患者由于一次治療時間過長而出現(xiàn)各種不適，FFF的出現(xiàn)，很好的兼顧了大分割技術(shù)的采用帶來其他問題，因此我們說，我們在設(shè)計加速器的過程中，關(guān)注用戶體驗(yàn)一直在進(jìn)行中。
我這里把關(guān)注用戶體驗(yàn)?zāi)贸鰜恚阉x為設(shè)備正在發(fā)展的一個維度和方向，等于是把它從技術(shù)的領(lǐng)域提高到產(chǎn)品戰(zhàn)略的領(lǐng)域，其實(shí)也是有道理的。個人認(rèn)為，除了瓦里安總結(jié)出來的改善病人舒適度這個需求，我們至少還可以從以下四個環(huán)節(jié)入手來考慮用戶體驗(yàn)的問題。
我們先來看看以往我們的加速器差異化設(shè)計，在哪些方面遵循了這些理念。
隨著放療在腫瘤治療應(yīng)用的普及，而在中國裝機(jī)量又嚴(yán)重不足的，使得我們相當(dāng)長時間內(nèi)不得不面臨著大量的患者需要放射治療的問題，這不可避免將導(dǎo)致部分醫(yī)務(wù)工作者簡化治療流程且常常工作到深夜，治療質(zhì)量得不到保證，工作者也苦不堪言。因此為了緩解這個突出的矛盾，我們不得不關(guān)注以下事項(xiàng)和需求：
加速器的大劑量率；
加大FFF的臨床研究和普及應(yīng)用；
大分割技術(shù)的推廣與應(yīng)用；
最大限度地提高放療射線的利用率；
在保證治療精確性的基礎(chǔ)上，臨床上多應(yīng)用動態(tài)調(diào)強(qiáng)，包括VMAT等，有助于縮短治療時間的先進(jìn)技術(shù)；
治療過程的流程化；
加速器的一鍵操作；
質(zhì)控的標(biāo)準(zhǔn)化。
需要說明的是，有些技術(shù)本身并不是為了加快治療速度而發(fā)展起來的，例如，大分割放療技術(shù)，其發(fā)展的本質(zhì)是基于其生物效應(yīng)優(yōu)勢。但是我們不能否認(rèn)，該技術(shù)的發(fā)展確實(shí)減少了定擺位的累計次數(shù)和時間，等于是減少了整個的治療時間，有利于在同樣多的時間里可以治療更多的患者。同樣，多采用VMAT技術(shù)，和普通IMRT相比，也能減少工作時間。如下圖所示：
所以說，盡管有些技術(shù)發(fā)展出來的初衷不是在顧及用戶的使用體驗(yàn)，但是不可否認(rèn)這些先進(jìn)的放療手段和技術(shù)，確實(shí)照顧到了用戶的關(guān)注。
未來，基于用戶體驗(yàn)的要求，我們加速器的研發(fā)除了上面提到的幾點(diǎn)差異化設(shè)計需求，還需要在以下方面進(jìn)一步發(fā)展：
發(fā)明與創(chuàng)造能夠提高工作效率的新的臨床治療模式（包括閃療）；
治療過程的自動化和模式固化；
自動定位、自動QA/QC；
互聯(lián)網(wǎng)+；
AI的應(yīng)用。
這里要插一句的是，相對于扇形束和筆形束，站在用戶體驗(yàn)的角度來看，錐形束對射線的利用效率要比扇形束的高很多。這也許能夠用來解釋為什么TOMO一直未能在市場上占據(jù)主流市場的原因。同樣，本來在立體放射外科上很有優(yōu)勢的用于小腫瘤治療的筆形束，如果把它用于體部大腫瘤的治療，先不說其他，至少其對射線的利用率是三者之間最低的。
總之，隨著放療的臨床要求不斷提升，所需的放療技術(shù)也隨之提升，從常規(guī)放療（Conventional RT）→調(diào)強(qiáng)放療（Intensity Modulated RT）→影像引導(dǎo)放療（Image Guided RT）→自適應(yīng)放療（Adaptive RT），隨之而來的是要求治療的精度更高、正常組織的損傷更小、病人的治療過程更舒適、使用更方便，維護(hù)更簡單有效等。因此對設(shè)備的要求也更加全面，目前放療設(shè)備已經(jīng)從一個以加速器為主的相對單一體系發(fā)展成以加速器+高精度MLC+高精度定位系統(tǒng)+影像系統(tǒng)+計劃軟件&信息管理軟件+各種輔助設(shè)備的綜合性治療平臺。放療產(chǎn)品的差異化發(fā)展維度，已經(jīng)不再只是集中在加速器系統(tǒng)本身，更不應(yīng)該只是集中在影像系統(tǒng)方面。關(guān)注用戶體驗(yàn)，堅(jiān)持夠用就好的原則，相信這必將成為我們下一輪差異化發(fā)展的領(lǐng)域。
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