在我国，食管癌是一种常见的消化道恶性肿瘤。2022年中国食管癌新发病例估计为22.40万例，死亡病例估计为18.75万例，在所有恶性肿瘤中发病率和死亡率分别位居第7和第5位[1]。对于不适合手术治疗的食管癌患者，根治性同步放化疗是主要的治疗手段[2]。放射治疗能最大程度上摧毁原发肿瘤细胞，使肿瘤缩小甚至完全消失，进而有效控制局部病灶。然而，确保放射治疗的精确性面临诸多挑战，包括患者体位固定方式、摆位误差、治疗过程中肿瘤解剖学变化、患者呼吸和内部器官运动等因素[3-4]。这些因素可能导致实际治疗的位置和剂量与原定计划存在偏差，从而影响治疗效果。

随着放疗技术和医学影像的持续进步，影像引导放射治疗（image-guided radiotherapy,IGRT）的出现为解决上述问题提供了新途径。IGRT通过在治疗前或治疗过程中获取患者的影像数据，能在线校正患者的摆位误差或根据肿瘤及周围危及器官的具体位置调整治疗计划，从而确保治疗的准确性和有效性[5-6]。

本文将详细阐述几种常见的IGRT技术在食管癌放疗中的应用情况、技术优缺点以及未来的发展趋势。IGRT的不断进步不仅有望提高食管癌放疗的精准性，也为减少治疗相关的并发症提供了新的可能性，为临床实践中IGRT的应用提供重要参考依据。

1、二维X线影像引导食管癌放疗

1.1兆伏级二维X线

电子射野影像系统（electronic portal imaging device,EPID）常用于早期电子直线加速器，通过拍摄正交影像与数字重建影像配准，获取摆位误差并校正。EPID具有体积小、操作简便、速度快、成本低、易实现等优点。

黄瑾萍等[7]利用EPID对47例食管癌患者放疗的摆位误差进行研究，发现颈段和胸上段的食管癌患者的摆位误差明显小于胸中段和胸下段的患者。邵洁等[8]使用EPID分别测量25例颈段和胸上段食管癌患者调强放疗三维方向上的摆位误差，计算出X、Y和Z轴上计划靶区的外扩边界值分别为7.1 mm、7.7 mm和7.2 mm，为制定放疗计划提供依据。曹彦坤等[9]通过EPID影像与数字重建影像对比得到摆位误差，计算食管癌计划靶区外扩范围。高超等[10]使用EPID测量42例食管癌患者的摆位误差，模拟实际摆位误差后评价肿瘤靶区、临床靶区和周围正常组织的受照剂量，发现摆位误差导致肿瘤靶区和临床靶区的受照剂量下降，部分患者脊髓最大剂量超过耐受剂量，但双肺和心脏的受照剂量未见明显变化。

虽然EPID在监测摆位误差等方面作用显著，但因其采用兆伏级能量，与物体的相互作用主要为康普顿效应，导致软组织分辨率较低，影像清晰度受限。

1.2千伏级二维X线

千伏级二维X线影像系统通过千伏级X线照射到患者的治疗部位，追踪金属标志物的位置变化，或者根据拍摄的X线图像与计划CT图像进行骨性标记配准，确保射线束准确投射到肿瘤靶区。相比EPID兆伏级影像技术，千伏级影像对比度更高，影像较清晰。

千伏级二维X线影像引导放疗技术在文献中的报道相对较少，胡彩容等[11]对EPID、千伏级二维影像和千伏级锥形束CT三种影像模式在IGRT中摆位误差的精度进行了研究，考虑了图像质量、成像剂量和配准精度等因素，研究证实千伏级二维X线影像优于EPID。千伏级二维X线影像获取速度更快、对患者曝光量更少，但软组织的对比度仍然偏低[12]。

2、三维X线影像引导食管癌放疗

2.1千伏级锥形束CT

多项研究表明，千伏级锥形束CT (cone beam CT,CBCT）在食管癌放疗中具有显著应用价值。秦永辉等[13]使用千伏级CBCT扫描获取28例食管癌患者的CBCT图像发现，纠正后三个方向的摆位误差均值和标准差均小于首次摆位误差，差异具有统计学意义（P<0.05），采用千伏级CBCT对食管癌患者的放疗摆位误差进行校正，有助于提高靶区剂量，减少对正常组织的照射，保证放疗质量。谢红亮等[14]报道了CBCT图像引导放疗技术在食管癌容积调强放疗中减少平移和旋转方向的摆位误差，提高了放疗的精确度。万宝等[15]比较了不同体位方式下食管癌患者的CBCT影像，发现双手体侧组的摆位误差和靶区外放边界较小。刘怡等[16]使用CBCT监测不同分段食管癌患者的摆位误差，计算靶区外放边界，得到颈胸上段与胸中下段食管癌的靶区外放边界值。Hoffmann等[17]报告了CBCT验证过程中，与骨解剖匹配相比，软组织匹配的摆位误差更小，可减少2～3 mm的靶区外扩范围。与EPID相比，千伏级CBCT的影像清晰，空间分辨率高，但软组织分辨率仍偏低。

2.2兆伏级CT

兆伏级CT(megavolt CT,MVCT）利用治疗机的6兆伏X线作为射线源，采用螺旋断层扫描方式重建影像。该技术通过匹配MVCT和计划CT影像获取摆位误差数据，主要应用于螺旋断层放疗[18]。其优势在于放射治疗和影像引导所用的射线源相同，系统中心一致，减少了因设备系统误差引起的摆位误差。虽然MVCT的影像质量不及千伏级别的CT图像，但足以显示解剖结构的细节。

关于MVCT的应用，国内外文献中涉及中枢神经系统肿瘤、乳腺癌、宫颈癌等病种的研究较多，但在食管癌方面的报道相对较少。陈培培等[19]利用MVCT分析食管癌患者的摆位误差，结果显示X轴和Y轴方向的摆位误差主要集中在0～3 mm，而Z轴方向主要集中在3.1～6 mm，不同固定方式、年龄和性别均对摆位误差有影响，使用MVCT进行影像验证能有效监测摆位误差。王振立等[20]使用MVCT影像引导系统能显著减少食管癌患者放疗摆位误差，确保治疗精度，并获取了摆位系统误差和随机误差数据，用于计算临床靶区到计划靶区的外扩边界。Chen等[21]回顾性研究20例在影像引导下螺旋断层放疗的食管癌患者的急性毒性和疗效，结果与传统方法相比均具有优势。

然而，采用MVCT进行影像引导治疗势必会增加患者的辐射剂量。一些学者利用标准模体模拟患者进行MVCT成像，测量模体内各点的平均剂量变化，结果表明，模体内受照射剂量与螺距比值、扫描长度之间存在密切相关性，扫描剂量会随着螺距比值减小和扫描长度增大而相应增加[22]。因此，在使用MVCT进行影像引导治疗时，需要权衡治疗效果与辐射剂量之间的关系，确保患者的安全和合理治疗。

2.3千伏级CT

千伏级CT(kilovolt CT,KVCT），即扇形束CT，将影像系统与医用电子直线加速器整合，实现了定位和治疗的一体化，与CBCT、MVCT相比，KVCT拥有更优质的影像和更高的软组织分辨率。对患者进行治疗前的KVCT扫描，不仅能够在线校准摆位误差，还可以根据靶区实际大小进行在线重新勾画，实现自适应放疗。目前，滑轨CT影像引导放疗采用KVCT影像系统，联影直线加速器（uRT-linac506c，联影医疗，中国）也在KVCT影像引导下治疗。Li等[23]利用Siemens滑轨CT系统获取食管癌患者的治疗前CT数据，计算了治疗前CT和计划CT中脊髓轮廓的Dice系数、最大Hausdorff距离和质心坐标值，并计算了不同食管癌节段的脊髓外扩范围。李定杰等[24]利用滑轨CT系统分析在线CT图像引导与非在线CT引导两种情况下的靶区外扩边界大小，结果显示，在线CT图像引导使得靶区外扩边界在左右、头脚和腹背方向由8.8 mm、9.1 mm和6.1 mm分别降低到4.1 mm、4.5 mm和4.3 mm，显著提高了放疗的精准度。

3、磁共振引导食管癌放疗

磁共振引导放疗（magnetic resonance guided radiotherapy,MRgRT）因其软组织高分辨率和成像过程中不产生电离辐射等优势，在食管癌放疗中具备实时、连续监控患者靶区运动范围、解剖结构变化以及靶区与周围组织关系的能力。食管癌原发肿瘤和受累淋巴结在CBCT或MVCT上往往难以清晰辨认区分，MRgRT因具备软组织分辨率高的优势可以清晰显示上述结构。

Lee等[25]在对MR引导食管癌放疗的回顾性研究中指出，MR影像有助于指导准确勾画肿瘤靶区，整合MRgRT系统通过实时成像和呼吸门控可以跟踪肿瘤，从而克服呼吸运动引起的食管运动。Boekhoff等[26]比较了29例食管癌患者分别接受MRgRT与常规IGRT的剂量体积直方图，结果显示，与常规IGRT相比，MRgRT方案的肺平均剂量减少了28%，肺V20Gy减少了55%，心脏平均剂量减少了24%，而心脏的V25Gy和V40Gy分别减少了53%和69%，研究表明MRgRT治疗食管癌可明显减少心脏和肺组织的剂量。

虽然MRgRT在食管癌放疗中具有显著优势，但仍存在一些缺点，例如MR影像易发生几何和灰度畸变，单独使用MR影像设计放疗计划是不可行的，与CT影像融合是一种可行的方法[27]。此外，MRgRT设备昂贵，治疗时间较长，因此不适合在临床上广泛应用。

4、食管癌IGRT的发展趋势

4.1体表光学影像引导放射治疗

体表光学影像引导放射治疗（surface-guided radiation therapy,SGRT）通过成像设备主动发光并接受反射光影像，利用光学三角等原理重建患者体表的三维实时影像。然后，通过弹性或刚性算法将重建影像与参考影像进行配准，计算摆位误差以引导放疗。在首次治疗时，SGRT参考影像通常需要在CBCT或KVCT等技术验证后采集。随后的治疗过程中，SGRT系统扫描重建患者体表的三维影像，并通过配准与参考影像对齐，从而校正摆位误差，确保治疗的准确性。如果在治疗过程中发现摆位误差超出SGRT容忍阈值，系统将自动中断治疗。

目前，SGRT主要应用于颅内肿瘤、鼻咽癌、腮腺癌、乳腺癌、前列腺癌等病种[28]。这些疾病的特点是肿瘤位于较表浅位置或体表位置相对稳定。然而，对于位于胸腔深处的食管肿瘤，由于受呼吸运动和食管蠕动的影响，体表位置未必能够准确代表内部肿瘤靶区的位置。为解决这一问题，一些研究采用机器学习的方法预测体表和体内的运动关系[29]，这有望拓展SGRT技术在更多病种中的适用性。

4.2剂量引导放射治疗

在放疗的中后期，随着照射剂量的累积，肿瘤体积逐渐缩小，仅仅依靠IGRT技术校正摆位误差可能导致周围危及器官的多余照射。食管周围的危及器官主要包括肺、心脏和脊髓[30]，过度照射这些器官可能会增加放疗并发症的风险，因此，必须努力降低危及器官的剂量。

目前，CBCT的影像质量相对较低，对软组织的显示不够清晰，难以进行精准的勾画和剂量计算。MR影像虽然提供了优越的软组织对比，但无法提供用于放疗剂量计算的组织密度信息。与之相比，滑轨CT，如联影直线加速器（uRT-linac506c，联影医疗，中国）能够扫描出诊断级别的CT影像，支持靶区和危及器官的在线勾画以及剂量计算[31-32]，为实现剂量引导放射治疗提供了一个可行的解决方案。

4.3生物引导放射治疗

CT成像技术在临床上得到广泛应用，但其局限性也显而易见，例如：医生在进行肿瘤靶区和危及器官勾画时，仅能依赖肉眼所见，存在较多不确定性；由于肿瘤细胞之间的放射敏感性存在差异，CT图像无法提供有关生物学信息的详尽资料。

为了克服这些限制，在肿瘤的放疗前或过程中，引入功能影像技术如MRI、正电子发射断层影像（positron emission tomography,PET）等，以显像与放射敏感性密切相关的靶分子，这种做法有助于获取能反映肿瘤靶区生物学信息和放射敏感性分布的影像[33]，基于这些信息，实施生物引导放射治疗成为可能。

生物引导放疗是根据肿瘤和正常组织的放射敏感性差异，实现精准的勾画，并对靶区中生物学信息和放射敏感性不同的区域实施差别化照射，实现最大限度地杀灭肿瘤细胞，同时保护正常组织。生物引导放射治疗的实施使得放疗策略更加个体化和精准，为患者提供了更有效的治疗方案[34]。

4.4影像组学引导放射治疗

影像组学是利用计算机处理患者多模态影像（如CT、MRI、PET等），揭示肿瘤内部不同的影像特征。近年来，影像组学分析成为研究热点，离不开人工智能和深度学习的发展。首先，需提取感兴趣区域的影像特征，包括灰度、体积、表面积和纹理等特征数据[35]，然后，通过多种机器学习算法，找出适合建立最佳预测模型的相关影像组学特征，接着建立预测模型并验证该模型的性能，通过验证后的预测模型可以应用于多个方面，例如指导制定放疗计划、预测治疗效果以及毒性反应等[36-37]。

影像组学引导放射治疗的核心目标不再是为了监测和校正摆位误差，而是深入挖掘医学影像中的信息，为个体化治疗提供支持，通过处理大量影像数据并提取其中隐藏的特征，为放疗决策提供更丰富的信息支持。

5、小结

IGRT的发展使得医生能够实时监测肿瘤位置和形态变化，及时调整治疗计划，最大化治疗增益比。这种实时跟踪和调整技术对于食管癌等部位复杂、周围器官密集的肿瘤至关重要。尽管IGRT在食管癌治疗中取得了显著进展，但仍然存在一些挑战，例如，对于移动性较大的食管肿瘤，呼吸运动等因素可能对影像引导的精度产生影响。因此，不断改进和结合多种影像技术，引入人工智能以提高精度，将是未来的发展方向。综上所述，IGRT在食管癌放射治疗中的应用为医生提供了更精准的治疗方案，但仍需进一步技术改进以克服当前面临的挑战。

参考文献:

[1]郑荣寿,陈茹,韩冰峰,等. 2022年中国恶性肿瘤流行情况分析[J].中华肿瘤杂志, 2024, 46(3):221-231.

[2]袁倩倩,张开贤,江萍,等.调强适形放疗与同步放化疗应用于食管癌患者的疗效比较研究[J].肿瘤药学, 2018, 8(2):162-169.

[3]李小波,徐本华.实时追踪引导动态靶区放射治疗的研究进展[J].中国医疗设备, 2023, 38(7):152-158.

[7]黄瑾萍,徐达宇,吴一旻,等. EPID在食管癌放射治疗摆位误差研究[J].中国医药指南, 2009, 7(17):51-52.

[8]邵洁,周霞,刘娟,等.应用EPID分析颈､胸上段食管癌适形调强放疗的摆位误差[J].浙江临床医学, 2013(12):1799-1802.

[9]曹彦坤,田志辉,霍俊杰,等.食管癌临床靶区到计划靶区外放的研究[J].实用医学杂志, 2014, 30(13):2064-2067.

[10]高超,王澜,迟子锋,等.食管癌三维适形放疗中摆位误差对剂量学影响的研究[J].中华放射肿瘤学杂志, 2009, 18(4):270-273.

[11]胡彩容,张秀春,陆军,等. 3种图像模式在影像引导放射治疗中的差异性研究[J].中华放射医学与防护杂志, 2012, 32(4):374-378.

[13]秦永辉,赵春樱,王若峥.图像引导调强放疗在食管癌治疗的应用[J].新疆医科大学学报, 2012, 35(3):282-287.

[14]谢红亮,曹洋森,张火俊,等. CBCT X射线图像引导技术在胸上段食管癌容积旋转调强放疗中的应用价值[J].临床医学研究与实践, 2023, 8(22):129-132.

[15]万宝,杨旭,郇福奎,等.肺癌和食管癌两种不同放疗体位锁骨上区摆位误差比较[J].中华放射肿瘤学杂志, 2022, 31(3):272-276.

[16]刘怡,王玲燕,刘海涛,等.应用锥形束CT在不同分段食管癌首周放疗摆位误差及临床靶区外放边界中的研究[J].中国社区医师, 2021, 37(32):47-48.

基金资助:广东省医学科学技术研究基金(A2022218);

文章来源:蔡佳桓,彭逊,陆佳扬.影像引导技术在食管癌放射治疗中的应用进展[J].汕头大学医学院学报,2024,37(04):247-250.