2020, Vol. 40
肿瘤放射治疗技术已经发展到了今天的精确放射治疗，其理论基础是在不增加正常组织损伤的前提下增加肿瘤的受照剂量，从而提高肿瘤的局部控制率。但放疗过程中如果忽略肿瘤和器官的运动，就可能存在靶区“脱靶”和“误伤”正常组织的情况。为了减少呼吸运动所造成的肿瘤和器官的位移，产生了呼吸门控技术，大致可分为同步呼吸放疗技术和呼吸控制技术[1]。使用呼吸门控技术时，其“控制效果”以及使用什么样的设备和评价方法去验证和评价呼吸门控系统的“控制效果”值得探讨。目前，临床上针对非运动状态的调强适形放疗技术开展的剂量验证工作较为普遍，但对运动状态下的剂量验证工作开展的相对较少。
本研究使用GAFCHROMIC® EBT3型免冲洗胶片和山东省医学科学院放射医学研究所研制的RTP-B2型放射治疗质量控制检测运动模体，对1台美国瓦里安公司生产的Edge型加速器呼吸门控系统进行了剂量分布测量。
一、材料与方法1.设备：美国瓦里安公司Edge型医用电子加速器及呼吸门控系统。
2.测量仪器及模体：放射治疗质量控制检测运动模体(以下简称为“运动模体”，RTP-B2型，山东省医学科学院放射医学研究所)，由测量单元和运动单元两部分组成。测量单元为高度为20 cm的椭圆柱体，其横断面长轴长度为28 cm，短轴长度为24 cm，由密度为1.17 g/cm3的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成，模体内带有胶片暗盒插槽，用于插入可装胶片的暗盒；运动单元为一电动机械结构，可在水平方向做推拉运动，运动长度3 cm，推拉运动周期在10~30次/min频率范围内可调；美国国际特品公司GAFCHROMIC® EBT3型免冲洗胶片，最小标称分辨率25 μm。日本精工爱普生公司EPSON PREFACTION V700 PHOTO胶片扫描仪，扫描胶片时分辨率设置为75 dpi。美国太阳核工业集团公司SNC Patient 5.2胶片分析软件。
3.测量方法：将运动模体置于CT定位床上，分别在非运动状态下进行常规CT扫描和运动状态下进行4D-CT扫描，将扫描图像传到放射治疗计划系统(TPS)。在TPS工作站上，做三维适形放射治疗计划，治疗计划靶区(95%剂量曲线包绕范围)为一圆柱体，横断面(x-z平面)为直径3 cm的圆形，经过靶区中心的水平断面(x-y平面)为边长3 cm的正方形(图 1)。处方剂量400 cGy，6 MV X射线治疗射束。由181°~-179°机架旋转照射和-179°~181°机架旋转照射2个照射野组成。批准治疗计划，下传到治疗设备。
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图 1 经过靶区中心的水平断面(x-y平面)治疗计划图 A.全图; B.95%剂量曲线包绕区域局部放大图 Figure 1 Schematic of horizontal cross-section (x-y plane) across center of target area planned for treatment A. Full view; B. A locally enlarged view of 95% dose curve area |
将已装入胶片的运动模体移至治疗床上，摆位。在模体非运动状态下，执行一次治疗计划，获得1张对照组剂量分布胶片；在模体运动状态下(头脚方向动度1.5 cm，频率20次/min)，不使用呼吸门控技术执行一次治疗计划，获得第1张研究组剂量分布胶片；在模体运动状态下(头脚方向动度1.5 cm，频率20次/min)，使用呼吸门控技术执行一次治疗计划，获得第2张研究组剂量分布胶片。
将获得的3张胶片依次放入胶片扫描仪进行扫描，获得胶片剂量分布图像。打开SNC Patient 5.2胶片分析软件，对不使用呼吸门控技术运动状态下的剂量分布、使用呼吸门控技术运动状态下的剂量分布分别与对照组剂量分布进行通过率分析，得到2组通过率验证结果(表 1)。
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表 1 不使用呼吸门控与使用呼吸门控剂量分布验证通过率分析结果 Table 1 Analytical result of dose distribution verification pass rates between without and with respiratory gating system |
4.评价标准：根据美国医学物理师协会(AAPM)推荐的剂量验证评价方法，采用DTA(distance to agreement)协议进行相对剂量(RD)分布的通过率分析，验证区域(TH)为90%剂量曲线包绕范围，点剂量偏差(diff)±3%，点扩展距离(dist)3 mm。当通过率(%pass)>90%时评价为“合格”。
二、结果对照组胶片(1张)及研究组胶片(2张)胶片软件分析的剂量曲线结果见图 2~4。根据3张胶片的软件分析剂量曲线图，使用呼吸门控技术运动状态下的胶片剂量曲线分布(图 2)与对照组胶片剂量曲线分布(图 3)基本一致；而不使用呼吸门控技术运动状态下的胶片在y轴方向(即运动方向)上剂量曲线分布(图 4)与对照组胶片y轴方向上的剂量曲线分布(图 3)存在明显差异。在运动状态下，如不使用呼吸门控技术，靶区剂量分布在运动方向上将被“扩散”。
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图 2 研究组(门控)胶片软件分析剂量曲线图 Figure 2 Dose curve analyzed using film software in research group (with gating system) |
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图 3 对照组胶片软件分析剂量曲线图 Figure 3 Dose curve of analyzed using film software in control group |
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图 4 研究组(非门控)胶片软件分析剂量曲线图 Figure 4 Dose curve analysised by film software in research group (without gating system) |
2张研究组胶片分别与对照组胶片的“通过率”分析结果见表 1。由表 1可知，使用呼吸门控技术下的剂量分布“通过率”明显高于不使用呼吸门控技术下的剂量分布“通过率”。不使用呼吸门控时，其“通过率”仅为32.1%，可以说是已经完全不同于在非运动状态下所做的靶区形状和剂量分布；而当使用呼吸门控技术时，“通过率”为90.8%，可以满足AAPM推荐的剂量验证评价标准。
三、讨论呼吸运动能够造成胸腹部器官发生较大幅度的运动。研究发现，胸腹部器官在头脚方向(H-F)上的运动幅度大于其前后方向(A-P)和左右方向(L-R)上的运动幅度[2-3]。Seppenwoolde等[4]研究发现，肺下部肿瘤头脚方向上的平均运动幅度为(12±2)mm，而在前后方向和左右方向上的平均运动幅度为(2±1)mm。当运动幅度>5 mm时，常规的通过外放边界的方法已不能使肿瘤靶区获得理想的剂量分布[5]。并且，靶区边界的外放扩大将会使更多的正常组织进入射野范围。因此，如何补偿呼吸引起的肿瘤运动、减小计划靶区从而进行精确放疗成为目前动态放疗研究的热点。
呼吸门控技术对患者肺功能要求较低，可通过监测系统监测患者自主呼吸即可实施放疗。因此，呼吸门控技术是解决靶区运动情况下实施精确放疗较好的措施之一。但每一项技术都需要有相应的质量保证措施，呼吸门控技术也不例外。黄宝添等[6]指出，呼吸门控技术可通过精确靶区的勾画有效减小计划靶区照射体积，降低正常组织受照射剂量和不良反应。因此，该技术已开始应用于国内的肿瘤放射治疗领域，而对该技术的质量保证是放疗科工程技术人员所面临的技术难题。而这个难点就在于缺乏相应的质量控制运动模体和评价方法。本研究使用免冲洗胶片和山东省医学科学院放射医学研究所研制的RTP-B2型运动模体，测量了呼吸门控技术下的剂量分布，按照AAPM推荐的“通过率”方法评价呼吸门控系统是否“合格”，这是对呼吸门控技术开展质量保证工作的有益尝试。结果表明，使用免冲洗胶片在运动模体上对呼吸门控系统的性能进行验证分析的方法可行，可推广应用于临床呼吸门控系统的质量控制工作。
应用呼吸门控技术可显著提高放疗靶区准确性，减少正常肺部组织放射受量，提高放疗安全性及有效性，最终保障患者疗效及预后[7]。有临床研究结果表明，使用呼吸门控和不使用呼吸门控技术下，2级急性放射性肺炎的发生率分别为4.76%和17.39%[8]。但遗憾的是，由于种种原因，采用呼吸门控技术后放疗时间延长[9]，从而每天可接受放疗的患者人数减少，导致呼吸门控技术在临床上的应用并不理想。近年来发展起来的非均整(flattening filter free，FFF)模式治疗技术与呼吸门控技术结合应用，能够在治疗时间及靶区误差方面具有明显优势，值得推广应用[10]。根据本研究结果，不考虑靶区运动前提下所做的治疗计划剂量分布会明显不同于器官运动状态下的实际受照剂量分布。因此，有必要在临床上大力提倡应用呼吸门控技术及使用具有运动功能的模体开展相应的验证工作，从而实现精确放疗的目的。
利益冲突 无
作者贡献声明 卢峰负责研究设计、文献的查阅、研究过程的实施与数据的获取、数据分析和论文撰写；宋钢、陈英民、李海亮、陈睿负责研究过程的实施与数据的获取；邓大平负责论文的审阅
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