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2022-10-21
放射治療影像導航 (Image-guided radiotherapy，IGRT)是現今放射治療達至精準治療目的的一大有力武器。隨著科技的進步，X光影像不再需要必須在X光部才可產生。如果是X光影像，放射治療部同樣可以做得到。這就可以結合放射治療及影像對位，令治療的準確度大大提升。
影像導航的原理
大家可以想像一下，自己放下手機，再拿起來，再放下，那怕再仔細地放下，兩次放下手機的位置都會無可避免地有少許不同(雖然很少)。當應用在整個人體時，這種誤差會更明顯。影像導航就是為了找出這些誤差有多少。
在正式放射治療開始前，病人都會經歷電腦模擬掃描。當中所得的影像就會用作放射治療計劃設計。既然治療設計會以電腦模擬掃描的影像為藍本，也就是說日後正式治療時，病人的位置愈接近電腦模擬掃描的位置，治療就會愈精準。
為了達到這一個目的，所以放射治療中會用上很多的固定器，希望每一次病人的位置都可以一樣。固定器的作用很重要，但不能只靠它。因為再多的固定器，每一次病人的位置，都總會有些偏差。這就是為甚麼需要影像導航。只有透過不同的治療前影像，才可以知道這一天病人的位置是如何，與之前的相差多少。如果說固定器做了百分之八十的工作，那影像導航就幫助完成剩下的百分之二十，兩者結合起來，達至精準治療。
影像導航的作用
以下會特別講解一下影像導航在放射治療中的不同角色。
有助定位病人體內器官及骨骼位置
第一，正如上面強調，影像導航有助放射治療師看到病人體內器官及骨骼位置，與之前的電腦模擬掃描比對，藉此調整治療床位置，使病人的位置可以確切回復到設計的位置。
有助驗證對位工作
在正式治療時，放射治療師會使用固定器及病人身上紋點作對位之用。在幾乎所有情況下，這都可以有效達至對位工作。有了影像導航，治療師可以在釋放輻射前，再一次看到病人體內的位置。這可以驗證先前的對位是不是正確，例如會不會用了錯的固定器？會不會對錯了紋點？會不會混淆了兩個類似的病人？這些都是極低機會發生，但仍不能完全避免。在根治性放射治療上，輻射劑量甚高，這一驗證工作尤其重要。有了這一技術，相信放射治療師及病人會更安心。
有助提早發現病人潛在的身體異常
癌症病人的免疫系統較一般人差，加上腫瘤可能隨時有變化，在治療前有最新的影像，可以及早處理突發事宜。例如，如使用CBCT，可以直接看到病人的情況，腫瘤會不會突然增加了體積？又會不會突然在其他位置發現新的腫瘤？雖然CBCT的目的不是用作診斷之用，但如果醫生發現明確的腫瘤變化，或會調整治療計劃，甚至延遲治療，以處理突發情況。如果沒有影像導航，要發現上述情況，可能就要留待治療結束後的覆診才得知，那有可能會錯過最佳治療時間。
影像導航的種類
在直線加速器中，IGRT可分為四種，第一種是Portal Vision (PV)或Electronic Portal Imaging Devices(EPID)，第二種是On-board Images (OBI)或者是IView，第三種是Cone-beam computer tomography (CBCT) ，第四種則是磁力共振，Magnetic Resonance Imaging.(MRI)。
Portal Vision (PV)/Electronic Portal Imaging Devices(EPID)
PV或EPID指的是以MV能量（即普通X光能量的10倍左右）製作X光影像。PV或EPID 的輻射線釋放方向等同於治療輻射的釋放方向，同樣都是從機頭方向射出。這樣的好處在於不用考慮機頭轉換角度時的潛在誤差。只要影像重疊，治療的位置就會是一樣。而壞處是MV能量會穿過大部分的人體結構，令所產生的X光影像較為模糊。所以，治療師未必可以完全看到所有細節，這會令對位工作增加誤差率。在現今發展下，PV或EPID的應用也日漸式微，慢慢被OBI或IView取而代之。
On-board Images (OBI)/IView
OBI/IView指的是在直線加速器上，安裝了X光儀器，以KV能量產生X光影像。由於相比起MV能量，KV能量較少，可以明確分辨出骨頭及部分器官，OBI/IView的影像較清楚。這有助對位時更容易重疊影像，作出精準的對照及位置調較。所以，現今的影像導航放射治療比較依賴OBI/IView的應用。
然而，不論PV/EPID或OBI/IView，都有一個大缺點，就是只可以以二維影像作位置調整。因為在X光中，我們只能看到平面影像，但人體卻是三維立體。以二維影像去處理三維事物，誤差率自然較大。
Cone-beam computer tomography (CBCT)
為了應對這一問題，科技發展促成了錐狀射束電腦斷層掃描(CBCT)的出現。同樣是借助X光儀器，現今已可以產生一個類近電腦掃描的三維影像。當然，比起一般的電腦掃描，CBCT的影像質素不會太好，但已足夠用作驗證位置之用。作為三維影像，CBCT可以直接用來比對電腦模擬掃描的影像，加上可以更清楚地看到病人體內的器官，對位的準確度會比起PV或OBI更高。
磁力共振 Magnetic Resonance Imaging (MRI)
CBCT的出現令影像導航更上一層樓。不過，這樓層還未到最高。隨著磁力共振的發展愈來愈強，磁力共振用在放射治療影像導航上亦逐漸變得可行。磁力共振比起CBCT更能清楚展示軟組織，因此直接看到腫瘤的機會也大大提升。在對位時，放射治療師及腫瘤科醫生就可以專注於腫瘤的位置，作出仔細的對準，令正式治療時，輻射可以確實針對病人的腫瘤上。這是目前最精準的影像導航技術。另一個好處，自然就是磁力共振本身不會帶有輻射，病人可以免卻額外的輻射劑量吸收。
現時，本港的磁力共振影像導航技術尚未普及。其中一個挑戰在於磁力共振影像需要較長時間才可以產生。有些病人如需在急小便情況下治療(如前列腺癌放射治療)，或本身情況不太穩定，磁力共振影像導航技術或會帶來額外的壓力。不過，相信在可見的將來，這些問題都會得到充分解決，使磁力共振影像導航技術成為一大有力工具。
影像導航的流程
首先，放射治療師會取出病人專屬的固定器，再根據模擬掃描的姿勢，指示病人躺在治療床上。病人身上會有來自模擬掃描所畫下的不同的線條及紋點。放射治療師會以這些標記作初步的對位工作，然後就會離開房間，準備進行影像導航。
接下來就會開始講解OBI(即是KV X光影像)的影像導航。放射治療師會先為病人拍一張X光片。雖然模擬掃描是三維電腦模擬影像，但仍可透過影像重組，重建出X光影像(Digital Reconstructed Radiography, DRR)，才可以與影像導航的X光作比對。兩張的X光片一重疊之下，就會發現有些不同之處。這些不同地方就解釋了每次病人躺在治療床上時，位置都會有誤差。那怕對位再準，這些誤差都不會完全消失。
當放射治療師發現兩張X光影像有所不同時，就會通過調節治療床的不同方向，盡量重疊兩張X光影像。這時，在治療床所拍的X光影像，其實連結了治療床。放射治療師會移動新的X光影像，去貼近模擬掃描重建出的X光影像。影像移動的幅度就會變成治療床移動的幅度。治療師會”apply shift”，移動治療床。
如果發現治療床的移動幅度超出了可接受範圍，治療師會再拍新一張X光影像，再作比對，驗證新的病人位置，是不是真的更貼近模擬掃描重建出的X光影像。如果是，就可以正式開始治療。如果發現仍然需要再次大幅度移動治療床，就恉重複上述步驟，直至位置誤差少於安全水平。
一般的放射治療床可以移動四種方向，包括上下，左右、前後及偏擺。前三者比較容易理解，而偏擺就要稍作解釋一下。偏擺，英文是yaw，或更多人會用rotation來代替，因為這會更容易理解。這是指放射治療床會旋轉，或是順時針轉動，或是逆時針轉動，使病人身體也相應地移動。
在科技的支持下，有些放射治療床可以移動六種方向，額外的兩種方向就是俯仰(pitch)及翻滾(roll)。俯仰(pitch)是指病人在治療床上，移動後會娛成頭上腳下，或是頭下腳下上。而翻滾(roll)是指治療床會變成左上右落，或是左落右上，令病人「打側」少許。順帶一提，這種治療床就被稱之為六維治療床(6 degrees-of-freedom (6D) couch)。
有了六維治療床，不論影像導航採用二維的X光影像或是三維的CBCT及磁力共振影像，都可以多角度調節病人的位置，使最終治療位置盡量貼近最初模擬掃描的影像。
圖片來自 “Quantitative evaluation of patient setup uncertainty of stereotactic radiotherapy with the frameless 6D ExacTrac system using statistical modeling”
影像導航的限制
影像導航是一個放射治療中一個很重要的技術，也是精準治療中不可缺少的一環。然而，它並不能解決所有問題，同時存在一定的局限性。
影像導航仍然有誤差
第一，影像導航不能做到病人位置完全與模擬掃描的影像一樣。如果人體是一個實體物件，硬梆梆，那對位當然很容易。不過，人體是軟綿綿，加上人體內有很多器官，會互相影響。例如呼吸會影響肺部大小，食物多少會影響胃部大小等。在這些因素的影響下，完美的重疊是不可能的。誤差總會有，但是影像導航的作用是將這誤差由厘米，變成毫米，已是幫助很大。
影像導航不能應付開始治療後的位置變化
第二，影像導航只可以用在治療前，並不能應付病人在治療期間的位置變化。現時的科技限制了影像導航的應用，只可以在治療前確定病人的位置。一旦開始了治療，其實再也看不到病人身體的位置變化。人體不是死物，在數以分鐘計的治療時間內，或許會有些微郁動而不自知。最終的位置或會再有不同，而治療前的影像導航不能發現。
當然，大家可以放心，放射治療師全程監察病人的情況，如發現明顯的位置變化，會及時暫停治療，重新進行影像導航，再開始治療。至於細微的位置變化，也不用太擔心。因為在治療計劃中時已經考慮了這個問題，預留了一定的邊際，務求可以「電」到腫瘤目標。
影像限制了準確度
第三，影像導航的影像限制了對位的準確度。上面提及了影像導航的不同類型，每一種都有其優缺點。最大問題在於影像導航的影像不是用作診斷，加上時間限制，病人難以在治療床上長期保持同一姿勢，治療前的影像質素就不會太好。例如，CBCT會產生比起模擬掃描時更多的假影(artifacts)，令影像較模糊。另外，X光影像雖然比較好，但因為是二維影像，要全面應付人體的三維位置，會比較困難。
面對這些情況，大家不用太擔心。這不是指出影像導航沒有用。正如上述所說，影像導航可以將誤差由厘米，變成毫米，已發揮很大作用。每一種技術都有其限制。所以，醫護人員亦非常清楚，所以會結合其他東西，如固定器及治療計劃，一同去應付位置誤差問題。事實上，現今的影像導航技術己相當成熟，研究亦指出毫米的奕差不會對整個治療造成明顯的影響。隨著日後約續進步，相信影像導航的影像會更上一層樓，到時說不定可以將誤差由毫米，變為微米(micrometer)呢。
總結
影像導航是放射治療中非常重要的一環，亦是精準治療中不可或缺的元素。它可以驗證及調節病人治療前的位置，使其接近最初設計的位置。這就可以令輻射更準確射到腫瘤目標。隨著科技進步，不同種類的影像導航技術亦愈發成熟。在日後，相信會「百尺竿頭，更進一步」。這就是病人之福了。
原文原載於輻射決戰癌症
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