精准放疗的利器“VitalBeam 高能直线加速器”

原创2021-02-04 19:43:43

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       我院引进的瓦里安VitalBeam治疗系统,自2020年3月投入临床使用以来,运行稳定、高效、精准。该设备是集合全新技术设计的新一代数字化高能直线加速器,每年约为全球150万肿瘤患者提供精准高效的放射治疗服务。其运用了大量创新技术,配备了六维度治疗床、CatalystTM HD(光学体表追踪)、CBCT(锥形束CT)等高端图像引导辅助系统,能在复杂的肿瘤治疗过程中同步处理成像、患者摆位和移动管理等。该设备相比其他放疗设备有着更快速、更安全、更精确的特点。

    “快速”是VitalBeam最大的特点之一。它的剂量率从以往的600MU/min提升到了最大可达到2400MU/min,对应的治疗时间将大大缩短,从以往的15分钟或以上到现在平均3分钟左右。同时,治疗系统还通过“智能”自动化操作,进一步加快了治疗速度、缩短了治疗时间,这不仅让某些之前无法进行治疗的患者有了治疗的机会,而且能减少因治疗时间过长而带来的系统性误差和风险。

   “安全”更是VitalBeam的一个重要特点。VitalBeam的安全性一方面来自于它的准确性,另一方面它在治疗区域之外的剂量跌落非常快,从而能有效地保护正常的组织和器官,同时它有智能化的自动提示功能,能避免一些不必要的操作。

    “精确”是VitalBeam的鲜明特点。首先,VitalBeam的安装精度是0.5mm,相比于以往的1mm,它的精度提高了一倍;其次,它有一整套影像系统,能进行图像引导下(IGRT)的精准治疗,即使肿瘤在治疗期间因患者的呼吸而不断移动,系统依然可以准确捕捉肿瘤的最新位置。

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图像引导(IGRT)放射治疗演示

 

      与VitalBeam加速器同步配置的Catalyst™ HD(光学体表追踪)系统,安装在直线加速器上。它主要由三个扫描单元组成,分别安装在治疗室的天花板上,并使用波长为450(蓝色),528(绿色)和624 nm(红色)的可见光投射到患者的表面上(图1)。通过摄像头单元,捕获来自患者表面的反射光。根据反射光的光学三角测量,确定患者在房间中的坐标位置,同时CatalystTM HD软件使用非刚性配准算法来计算患者的表面轮廓。

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 Catalyst™ HD系统主要实现三大功能:

      1.摆位(Cposition)

      摆位功能分别有姿势误差调节和患者整体移动调节。参考影像显示为绿色,如图2(a);摆位时的实时影像以蓝色显示,如图2(b);理想摆位应当使两个表面完全重合,如图2(c)。

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      若不重合,CatalystTM HD系统将投影彩色色块至患者体表,红色表示该表面过高,黄色表示过低。当姿势误差被修正,表面误差在允许范围内使,体表不再投影任何色块,如图3,实现姿势误差的调节功能。

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      体表追踪系统以六个自由度显示病人整体摆位的偏差。分别以相对和绝对形式显示。可发送水平X,纵向Y,垂直Z方向坐标至治疗床,实现辅助摆位功能,如图4。

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      2.实时监控(Cmotion)

      如果在治疗中,患者体表轮廓超出指定的容许范围,将触发连锁暂停出射线,如图5。

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      3.呼吸门控(Crespiration)

       在体表监控时可以同时实现呼吸门控管理,实时获取患者的呼吸曲线和幅度。因为可让患者可视化地知道自己的呼吸幅度达不达标,所以此宣教方法能更好地让患者配合实现DIBH。减少危急器官的放射损伤,提高治疗的增益比,提高治疗的重复性和准确性。

      体位的重复性对于使用高度适形的放射治疗技术至关重要。因此,需要使用图像引导(IGRT)方法来监测患者的位置。在临床实践中,最常用的成像技术是EPID或CBCT,它们可提供患者体内的解剖结构信息。但是这两种技术均使用电离辐射,根据ALARA原理,应将电离辐射降至最低,所以扫描频率方面还是有所限制,并且以上成像技术缺乏足够的能力来监测由呼吸,心脏或胃肠运动引起的靶标的分次治疗内运动。

光学表面成像技术,与常规成像相比,它们具有快速、无创且不使用电离辐射的优势。对于肿瘤相对于表面固定的患者,CatalystTM HD可以降低CBCT扫描频率,其至今还是无法取代CBCT和EPID在临床实践中重要地位,但两者的相互补充,能更好地为患者服务。

      目前,结合CBCT影像系统和Catalyst™ HD(光学体表追踪)系统,VitalBeam治疗系统可成熟地开展多种放射治疗技术:调强放射治疗(IMRT)、图像引导放射治疗(IGRT)、快速容积调强弧形放射治疗(RapidArc)以及体部立体定向放射治疗(SBRT)等诸多具有高治疗增益比的肿瘤放射治疗技术。