射波刀基本功能和结构

1987年，现为斯坦福大学医疗中心脑外科及放射肿瘤学教授的John R.Adler，当年跟随放射外科的创始人Lars Leksell博士在瑞典完成专科课程后，研发了射波刀治疗系统，它是一种针对癌性和非癌性肿瘤以及其他需要放射治疗的疾病的非侵入性治疗方法。

射波刀（cyber knife）系统是唯一一种具有直接安装在高精度机器人上且无需立体定位框架的全身肿瘤立体定向放射治疗系统。该系统将6MV能量的小型直线加速器安装在机器人治疗臂上，可以在一个事先通过TPS计算预制的工作空间里进行不同平面、多方位、多角度的投照。结合实时的影像监控追踪技术系统，对治疗过程中的肿瘤运动进行实时的亚毫米级的精确度修正及追踪，更加方便避开正常组织器官，对运动肿瘤靶区进行精准的追踪照射治疗，它具有更高的精准性和灵活性，可以在靶区运动的同时进行射线输出且同步运动治疗机头。它使用实时图像引导和机器人手臂从数千个射线入射角度传输剂量，为身体任何部位的剂量传输精度树立了新标准，并实现立体定向放射外科（SRS）和全身立体定向放射治疗（SBRT）治疗。机器人手臂在患者周围移动和弯曲，从数千个独特的角度接近肿瘤，显著扩大靶区照射的位置以将大剂量射线集中到肿瘤，同时最大限度地减少对周围健康组织的剂量。它用于治疗全身疾病，包括前列腺、肺、脑、脊柱、头颈部、肝脏、胰腺和肾脏，并且可以替代手术或用于无法手术或手术复杂的肿瘤患者。射波刀治疗系统因其独特的射线输送系统使其可以在相对较短时期内精准地输送超大剂量到达肿瘤靶区，因而大大地缩短了整个放射治疗周期，绝大多数部位的肿瘤在 1～5 个疗程中进行。

图4-9-1　射波刀放射治疗系统

射波刀治疗系统主要由治疗系统、治疗床、射野准直器、实时影像引导系统和靶区追踪系统构成。(https://www.daowen.com)

1．治疗系统：主要为一个小型直线加速器，安装在机器人治疗臂上的治疗系统。其具有较小的体积和质量，可以输出6MV能量的X线。采用无均整器技术，采用双通道计量监测系统。机器人的机械臂系统共有六个活动关节，由计算机自动控制。机械臂可以通过计划系统预先计算的角度和方位把加速器运动到指定的位置，进行多角度多方位的共面和非共面方式治疗。

2．治疗床：射波刀治疗系统的治疗床可在三维空间内实现六个维度的自由度运动。分别为前后、左右、上下、头脚方向倾斜、头脚方向翻滚、左右方向翻滚。其最大载重质量为250kg。而且区别于标准治疗床。机器人治疗床可以与机器人治疗臂同步运动，在六个自由度内随机头的运动而运动。

3．MLC射野准直器：最新治疗系统在加速器机头集成了26对叶片的多叶准直器系统，根据肿瘤体积的变化，MLC叶片可以在治疗中不断变换移动位置以最高适型度进行射线传输，以达到治疗计划系统实施照射的目的，同时也可以转换为多个对应尺寸的标准圆形射野满足不同靶区的需要。

4．实时影像及靶区追踪引导系统：该成像系统包含两个安装在天花板的X线球管和相对应的两个嵌入式安装在地板上的影像探测器组成。两个X线球管的位置相对保证产生90°正交的射束，地板上的影像探测器实时影像系统进行数字化重建处理，并和患者原有的模拟定位CT影像进行匹配。以此可以测定两个分次治疗间的靶区位移情况，并可以通过治疗机器人机械臂在治疗执行中自动完成位移补偿。射波刀光学追踪系统，在患者体表部位贴上定位贴，光学追踪摄像头系统可以实时监控患者呼吸运动，与X线影像系统共同进行靶区追踪。它可以根据靶区以及肿瘤部位的不同，而分别进行多种类型的靶区位移追踪。靶区追踪系统主要有：呼吸追踪系统、自适应成像系统、标记点追踪系统、六维颅骨追踪系统、脊柱追踪系统、肺部追踪系统。