作者: 新光醫院腫瘤治療科 楊凱琳醫師
2013-11-18 15:00:00 UTC
前言：體外放射治療的設備一直有新的發展，傳統鈷六十遠隔治療機幾乎已被醫用直線加速器取代。隨著醫學影像和電腦治療計劃系統的發展，而發展出三度空間順形放射治療 (3Dconformal radiotherapy, 3D-CRT) 和強度調控放射治療 (intensity modulated radiotherapy, IMRT)，二者依舊為常用的放射治療技術。爾後開始發展出一些「改良式」的強度調控放射治療機器，例如螺旋刀 (Tomotherapy) 和弧形強度調控放射治療機 (ArcIMRT)，配合上影像導引放射治療 (image guided radiotherapy, IGRT) 使放射治療的劑量分布越趨向精準，副作用更少，同時腫瘤也可被更完整地照射，此類機器也可以執行立體定位放射手術 (SRS) 或立體定位消融放射治療 (SABR)；從前較常聽到的SRS或SABR設備有加馬刀 (GammaKnife) 和電腦刀 (Cyberknife)，本文將討論這幾類體外放射治療設備的運作方式、特點及其限制。
| 螺旋刀 Tomotherapy |
弧形強度調控放射治療 Arc IMRT |
電腦刀 Cyberknife |
伽瑪刀 GammaKnife |
|
| 適應症 | 全身 | 全身 | 全身 | 僅頭部 |
| 同一療程的治療範圍 | 160 cm (較無限制) |
40 cm | 3-5 cm以內 | 3 cm以內 |
| 多靶點照射 | 可同時照射多個腫瘤病灶，縮短療程時間 | 須分段治療 | 可以做，但一個靶點一療程，對位與治療時間很長 | 可以做，但一個靶點一療程，對位與治療時間很長 |
| 固定效果和機器精確度 | 好 | 好 | 好 | 最好 (但可能須將頭架的釘子固定在頭骨上) |
| 強度調控系統 | 51個角度、360度螺旋式旋轉強度調控照射 | 弧形強度調控照射 | 非強度調控原理 | 非強度調控原理 |
| 治療床 | 邊治療邊移動，增加照射角度多元性 | 治療時固定 | 治療時固定 | 治療時固定 |
| 照射區域的劑量分布 | 最佳且穩定 (順形度和均勻度皆很好) |
佳 (因機器廠牌、照射部位而有差異) |
稍不均勻 | 較不均勻 |
| 針對複雜外形照射區域 | 優 | 好 | 不適用 | 不適用 |
| 預防性低劑量大範圍照射 | 可 | 可 | 不可 | 不可 |
| 治療副作用 | 低 | 低 | 低 | 較低 |
| 分次治療 | 可 | 可 | 可 | 較難 |
| 單次治療時間 | <15分鐘 | < 5分鐘 | 20分鐘 ~ 2小時 | 20分鐘 ~ 1小時 (放射核種隨時間衰變會增加治療時間) |
| 影像導引放射治療 (IGRT) | 一定有 (內建有百萬伏特級電腦斷層，影像品質較不受金屬異物的干擾) |
可能有 (選擇性配備：普通平面X光影像或小範圍千伏特級電腦斷層，易受金屬異物的干擾) |
一定有 (以普通平面X光影像進行對位) |
無 |
| 非同平面治療 | 無 | 可 | 必定 | 必定 |
| 安全性：放射治療機頭和病人或治療床發生碰撞之可能性 | 絕對不可能發生碰撞 | 有可能 (尤其是使用「非同平面治療」的時候，雖有防撞機制，仍有發生紀錄) |
有可能 | 不可能 |
| 此表及文章撰寫人：新光醫院腫瘤治療醫師團隊成員楊凱琳 | ||||
常見的「改良式」強度調控放射治療機器
螺旋刀
螺旋刀(Tomotherapy)在台灣又被稱為「螺旋式電腦斷層放射治療機」、「導航螺旋刀」、「螺旋光子刀」、「影像導引螺旋刀」、「影像導引斷層式加速器螺旋刀」、「多模式螺旋斷層放射儀」等，簡而言之，Tomotherapy就是一種特殊形式的強度調控放射治療(IMRT)，運作方式和電腦斷層掃描有些類似，其機頭中的直線加速器360度環繞運行，以51個照射角度釋放高能量X光，配合治療床的同步移動，X光的路徑即如螺旋般經過身體，彷彿會轉彎的子彈，並結合氣動式的多葉式準直儀，高速交錯開合達成強度調控放射治療(IMRT)的執行。加上環狀影像訊號偵測器，還可像電腦斷層掃描一樣，產生百萬伏特級X光電腦斷層掃描影像 (mega-voltagecomputedtomography, MVCT)，如此，病患每次接受放射治療前，都可先以MVCT掃描定位，確定治療範圍的位置正確才開始治療，這就是影像導引放射治療 (IGRT)的高級形式。
Tomotherapy 的特點包括：
第一、因其螺旋形的放射線傳遞方式，可以有非常多的入射方向和角度，所以，螺旋形強度調控所產生治療計劃的劑量分布，會比使用五到九個固定角度的傳統強度調控放射治療更好一些，說的更精確一點，Tomotherapy可在某些困難病例中，能更有效地降低正常組織的劑量，減低副作用的嚴重度。
第二、Tomotherapy還可以執行出一些極不規則的劑量分布，例如像全骨髓照射、全肋膜照射和全腹腔照射，此類治療是無法或很難使用傳統機器執行的。
第三、如前段所述，Tomotherapy可以用MVCT達成執行IGRT的目的，而且MVCT相較於傳統CT較不受金屬異物的干擾，可以幫助對位的準確度。
第四、Tomotherapy的螺旋狀照射路徑最長可以涵括約160公分長的範圍，可以一次治療很多部位，不需分段治療，即所謂多靶點照射。
第五、Tomotherapy也可以執行立體定位放射手術(SRS)或立體定位消融放射治療(SABR)，國外有許多醫學中心是以Tomotherapy執行此類治療。
然而，Tomotherapy每次治療耗費時間較傳統直線加速器稍久，但多能控制在15分鐘以內。此外，因為無法水平轉動治療床，無法執行「非同平面治療」亦為Tomotherapy的一項限制，但卻也因此完全避免了放射治療機頭和病人或治療床發生碰撞的可能性。
弧形強度調控放射治療機
弧形強度調控放射治療機，即VMAT和RapidArc，二者分別由不同的公司所發展出來，但皆屬於弧形強度調控放射治療 (arc IMRT)，為一種新開發的放射治療執行技術，在台灣又被稱為「快弧刀」、「迅弧刀」、「快活光子刀」、「銳速刀」、「動態弧形刀」、「全體積強度調控弧形治療」等。事實上，這類機器在外觀上和主結構上皆和傳統直線加速器大同小異，同樣釋放高能X光射束和電子射束，主要的不同是其劑量演算軟體的改革，可說是以舊機型改裝，使的直線加速器可以在動態旋轉的過程中同時執行放射治療，一個弧形轉動最多可達358度，同時配合多葉式準直儀的葉片動態開闔來達成強度調控的目的。
如此的作法可以帶來的優點有：
第一、每次放射治療時間縮短，相較於傳統強度調控放射治療，有可能減少照射時間和轉動機頭的停頓時間，傳統分次劑量1.8-2Gy約可縮短到5分鐘以內。
第二、因為動態弧形照射相當於多重細切照射角度，所以能讓劑量的順形度比傳統IMRT更好，照射正常組織時劑量更少，以頭頸癌放射治療的唾液腺平均劑量為例，被證實有可能做的和Tomotherapy一樣好，惟必須使用較昂貴的細葉片機型方能做到。
第三、這類機器可以配有選擇性配備的影像裝置，以執行影像導引放射治療(IGRT)，視選配不同可取得平面照野影像或小範圍千伏特級電腦斷層(kilovoltage cone-beam computed tomography, kV CBCT)，只是因能量較低易受金屬異物的干擾影響對位。
第四、若選擇性配備可執行IGRT，則此類機器也可以執行立體定位放射手術(SRS)或立體定位消融放射治療(SABR)。
弧形放射治療在使用上也有其限制和要注意的事項：
第一、因旋轉過程為電腦控制，機器會設計有防止碰撞的安全機制，但使用上仍要注意病人是否可能與治療機頭碰撞，尤其是執行「非同平面治療」時。
第二、和傳統直線加速器一樣，其照野大小約40x40公分左右，超過40公分的照射標的需要以不同照野相接分段照射，若兩個照野重疊太多則會產生劑量過高的區域，反之，若相去太遠則會產生劑量不足的區域。
第三、因劑量計算流程較傳統IMRT繁複，治療計畫所花費的計算時間會較久。
立體定位放射手術或立體定位消融放射治療專用機器
加馬刀
西元1968年，Lars Leksell完成一部擁有179個鈷六十射源的加馬刀(Gammaknife)，成為立體定位放射手術(SRS)的開端，目前的加馬刀最多可利用201個鈷六十射源，其放出的加馬射線可以聚焦在一個點上，一次給予顱部病灶大劑量的放射線，整個療程通常為單次治療，照射耗時約20分鐘到1個小時，但是加上準備工作可能約3到5小時。病人在接受治療前須搭設頭架，需局部麻醉方便將四根釘子固定在病人的頭骨上，可在顱部影像中看見此頭架所提供的座標系統，並以此座標進行治療計畫。
加馬刀的特點包括：
第一、其頭架的設計使其固定效果非常好，擺設誤差很小，不須加上安全邊緣。
第二、通常為單次療程，相對來說則較難執行分次治療。
第三、陡峭劑量梯度可使病灶周圍的正常組織接受到儘可能低的劑量，一般副作用不大。
第四、和傳統顱部手術相比，侵入性少，安全性高，僅需局部麻醉。
而加馬刀的限制包括：
第一、加馬刀治療需配合頭架才能執行，且只能用於顱部病灶。
第二、因是聚焦治療，所以小於3cm的病灶才較適合使用加馬刀治療，太大的病灶需更多不同的聚焦點，會使的加馬刀的劑量梯度變的不那麼陡峭，周邊正常組織劑量會偏高，將失去聚焦的意義，且治療時間會過久。
第三、因頭架的大小有限，無法治療太接近顱部周邊的病灶。
第四、搭頭架仍有些微的侵入性，然而，現在已有發展出不用釘頭骨的新式頭架。
第五、放射核種隨時間衰變會增加治療時間。
第六、適合做加馬刀的病人只占放射治療病人中的一小部分，病人病情如需接受預防性低劑量大範圍照射則不適合使用加馬刀治療
電腦刀
Cyberknife在台灣最常被翻譯作「電腦刀」，也有譯作「射波刀」，其設計是將小型直線加速器裝設在一自由度很高的機械手臂上 (含有六個關節)，可在病人體外半球面的100個節點、1200個方向中選擇最有利的100到300條射束非同平面地向目標照射高能量X光，是一種聚焦式、大劑量的治療，可減少正常組織的劑量與傷害，一般療程常分為1到5次治療，也就是立體定位放射手術 (SRS) 或立體定位消融放射治療 (SABR)。
其優點包括：
第一、無須搭設頭架，沒有傷口。
第二、治療部位不限於顱部之非周邊部位，全身皆為治療範圍。
第三、低分次治療的特性可以減少病人往返次數。
第四、天花板上配有一對互成90度的X光攝影機可拍攝平面影像，用來幫助對位，修正治療床的各個軸向的擺位誤差，也是一種IGRT；若能配合影像追蹤記錄器官運動的規律性，可使機械手臂規則移動，減少因器官移動造成的照射誤差，但需在病灶中植入金標(fiducial marker)才能在平面影像中觀察腫瘤位置，通常此類治療要花費比預期更久的時間。
其限制包括：
第一、因無頭架，固定效果較加馬刀差，一般靶區須設定一安全邊緣，稍增加一些照射範圍。
第二、其治療時間長，每次約需30分鐘到2小時，病人可能會無法久臥不動，尤其是當配合影像追蹤的時候花費時間更久，因為可能會因為病灶移動情形不夠規則而頻頻使治療過程中斷。
第三、與加馬刀相似僅適合治療3-5公分以內的小病灶，否則治療時間會太久甚至會影響劑量梯度。
第四、適合做電腦刀的病人只占放射治療病人中的一小部分，病人病情如需接受預防性低劑量大範圍照射則不適合使用電腦刀治療。
第五、因機械手臂移動過程為電腦控制並執行「非同平面治療」，使用上一定要注意病人是否可能與治療機頭碰撞。
結論
體外放射治療的設備一直在推陳出新，讓人目不暇給，各種機器有其異同之處，各有特色優點，卻也分別有一些使用上的限制，並非使用新穎的機器就一定能為病人帶來額外的治療效益，依照病情和治療目的選擇適當的工具才會有好的效果。合宜的照射範圍和合理的照射處方劑量皆為放射治療很重要一環，無論使用何種放射治療設備，這些都需要放射腫瘤科醫師審慎規劃和評估；此外，由醫學物理師反覆進行的品質保證維護程序 (quality assurance, QA)也是使用任何設備都不可或缺的重要步驟，以此確保劑量和照射範圍的精確度。