MRIgRT(磁共振图像引导放射治疗).pdf

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MRIgRT(磁共振图像引导放射治疗)

IGRT,影像引导放疗,除了 CBCT + Linac 和 MVCT + Linac 这两种常见的配置之外, MRI + Linac 这种结构配置也早已在研发之中。在这里, 我们把 MRI + Linac 称为 MRIgRT。因为 MRI 对 软组织结构的成像分辨率比 XCT 高得多,使得放 疗中对组织结构的识别更直观和简便,临床对 MRIgRT 寄予了厚望。 目前主要有四个机构在开展 MRIgRT 的研发 工作:一个是美国 ViewRay 公司;一个是加拿大 University of Alberta 的 Cross Cancer Institute (CCI ) ,另一个是在荷兰的 University Medical Centre Utrecht,另一个是悉尼大学的Keall MRIgRT方案。 采用Co60 投照系统。从目前可寻的资料显示,该系统似乎并未实现真 正的在线式跟踪放疗功能,也未采用IMAT 投照方式。 CCI 的 MRIgRT 项目是先从低场 0.2T 头部 治疗系统开始的。CCI 正在计划下一步的全身 MRIgRT 系统研发工作。CCI 的 MRIgRT 系统的结 构特点在于 Linac + 永磁体。在成像质量上可能 与 1.5T 高场 MRI 有差距。 荷兰 University Medical Centre 从 2000年 开始研究 MRIgRT 系统。由于有 Elekta 和 Philips Medical 这样的大公司的直接参与和联盟, Utrecht 的项目一开始就起点较高,直接从基于 Philips Achieva 1.5T 全身 MRI 系统+ Elekta Compact 6 MeV Linac 起步。项目组已经基本完 成系统原理设计、论证和研究工作,计划在 2008 年底之前,完成原型机系统的构建,开始临床测 试。 1.高对比度,软组织成像明显高于CT; 2.分子生物学和组织学诊断的提高; 3.心脏、大血管形态和功能诊断的提高; 4.无骨伪影; 5.任意方位断层; 6.无损检查。 另外,由于MRI具有的纯电磁扫描特征,借助于强大 的计算机实时处理能力,MRI 的实时运动成像为 Intrafraction 的跟踪放疗提供了基本手段。Utrecht 研究组 综合了Beaumont 和PMH 对前列腺癌的MRI 实时成像运 动跟踪研究中发现,靠近直肠的4 号观察位,即使在直肠 清空的情况下,经过5 分钟的时间,4 号位发生偏移量大 于3 mm 。见下图所示。 前列腺癌MRI 实时跟踪研究。4 号位(中后位)在5 分钟内位移超过3 mm (实线:直肠充盈状态;虚线:直肠清空状态) 然而,要把1.5T 的MRI 和Linac 集成在一起并正常 工作,确非易事。需要研究和解决下面三个系统集成的主 要问题: 1.MRI 的高场强磁场不能对Linac (主要是电子枪和 加速管)产生磁耦合作用; 2.Linac 发射的束流对MRI 磁体的穿透性,应不受 MRI 结构的影响; 3.在 1.5T 磁场中的射线剂量分布特性,应不受MRI 的影响。 图示:Linac 所在位置的实测场强为 1 mT 图示:Linac 束流穿透MRI低温槽、梯度线圈、射频线圈 上图示的结构中,低温槽壁由 5cm 的铝和 1cm 的不 锈钢板构成;梯度线圈由 8cm 厚的环氧树脂和 4cm 厚的 铜构成;射频线圈由几个 mm 的铜构成。其中,梯度线圈 由密度差异极大的两种物质构成,将对射线造成很大的散 射作用。Utrecht 研究小组设计了分离式梯度线圈结构, 在束流路径上设置窗口,使梯度线圈的高异质性对束流不 产生影响。同时,还优化了 MRI 的整体结构,原先由铝、 钢、环氧树脂等构成的 8 层同心圆结构相当于 7.5cm 厚 的等效铝,经过优化改进,减小到 4.2cm 等效铝的厚度。 最终使射线路径上的散射效应减低为相当于插入常规楔形 板。见下图所示。 图示:位于射线路径上的梯度线圈窗口 Philips Medical Achieva MRI 的低温槽 MRI 的梯度线圈和射频线圈 20MeV 电子线在磁场中发生明显偏转 6MeV 光子线在 1.1T磁场中的剂量分布 因此,电子线在MRIgRT 中是无法使用。

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