在放射治疗中，胸腹部肿瘤会随着呼吸起伏而运动，尤其是位于肺下叶或上腹部区域的病灶，在治疗期间因呼吸运动肿瘤位移可以达50 mm^[1]，造成靶区明显的几何和剂量学不确定性^[2-3]。有研究表明，部分肿瘤接受的剂量降低7%~15%时，肿瘤的局部控制率也会显著降低^[4]。放疗中当靶区运动超过5 mm时需要进行呼吸管理，呼吸门控技术是呼吸运动管理的有效方式^[5-6]。但呼吸门控的引入也会导致束流、机架和多叶准直器(MLC)的频繁中断、增加了治疗时间和计划执行复杂性^[7-8]。而目前在临床工作中对非门控下的调强放疗技术剂量验证较为普遍，在门控状态下的剂量验证研究相对缺乏。因此，有必要开展相应的质量保证研究工作。本研究对比呼吸门控实时位置管理系统(RPM)呼吸门控模式下与非门控模式下的计划剂量验证结果，分析RPM呼吸门控技术的引入对放射治疗照射精度带来的影响，探讨RPM呼吸门控模式下放疗计划执行的可靠性。

1. 病例选择: 回顾性选取2021年1月至9月深圳市人民医院40例胸腹部肿瘤患者，所有的患者均采用4DCT扫描定位，在RPM呼吸门控模式下行放射治疗。所选患者病灶中，有31例肺部病灶，7例肝部病灶，2例胰腺病灶，患者年龄为46~72岁，中位年龄58岁，靶区体积范围为6.5~ 265.7 cm³，中位体积36.5 cm³，单次处方剂量200~ 1 200 cGy，按采用的放疗技术分类，40例患者计划包括22个容积调强放射治疗(VMAT)计划，18个调强放射治疗(IMRT)计划，25个FFF模式(1 400 MU/min)计划及15个FF模式(600 MU/min) 计划。X射线能量采用6 MV，所有计划设计均在Eclipse 13.6计划系统上完成。

2. 仪器与设备: 本研究采用美国瓦里安公司EDGE型医用电子加速器及RPM呼吸门控系统。该加速器配备数字兆伏成像仪(DMI)型EPID，有效探测面积为43 cm×43 cm，探测矩阵为1 280 × 1 280，像素点间距为0.34 mm，最大探测频率20帧/s，可测量剂量率为50~2 400 MU/min。在剂量验证方面EPID具有成像分辨率高、采集数据快、图像便于处理、摆位方便等优点^[9]。国内外许多研究表明，EPID可有效应用于临床剂量验证^[10-11]，配合瓦里安Portal Dosimetry (PD)系统，可实现绝对剂量验证和γ通过率分析工作^[12-13]。

3. 测量方法: (1)测量时呼吸门控信号的产生：本研究采用瓦里安RPM呼吸门控系统产生门控信号，其工作原理是通过红外摄像系统追踪置于患者体表的RPM标记方块的反射信号，重建出相应的呼吸运动曲线^[14]。另外，本研究采用RPM系统质量控制运动模体来模拟患者呼吸运动引起的体表位移。该模体通过电机驱动离心旋转轮做周期运动，将RPM反射方块置于该离心旋转轮的上方，由红外摄像机读取反射信号转换为一个“呼吸”信号^[7]。生成的呼吸信号是近似正弦波，周期为4.5 s。本研究选择临床上常用的呼气末30%~60%稳定时相作为呼吸门控窗。当模体运动曲线进入门控窗，触发信号会自动发送到加速器使其开始出束。当模体运动曲线超出30%~60%门控窗时，加速器束流进入待机状态，机架和MLC移动也暂时中断。

(2) 临床计划剂量学验证：执行验证计划前，采用PTW 0.6 cm³指型电离室和水箱对加速器输出绝对量进行校准，测试机架、多叶准直器到位精度，并对测量工具EPID进行位置和影像中心校准、图像校准及剂量校准，保证测量条件一致。

使用Eclipse 13.6计划系统创建患者PD验证计划，设置源到EPID探测板距离SID=100 cm，其他测量条件与治疗计划一致。采用射野剂量图像预测算法重建二维剂量，将同一治疗计划在RPM呼吸门控模式下以及非门控模式下分别执行一次，采集各自的剂量图像信息，并分别与PD验证计划做对比，分析各射野剂量图像和预测剂量图像的差异。

(3) 评估标准：采用不同的γ通过率(3%/3 mm、3%/2 mm、2%/2 mm、1%/1 mm)评估标准进行剂量验证分析，比较RPM呼吸门控模式下与非门控模式下两者剂量验证差异。剂量阈值设置为10%。对于γ(3%/3 mm)标准，当γ通过率>95%时，即实测剂量与PD计算剂量的一致性符合临床要求。对于γ(2%/2 mm)标准，通过率≥90%即认为符合临床要求^[15]。

4. 统计学处理: 采用SPSS 25.0对验证结果的γ通过率进行统计学分析，采用Shapiro-Wilk方法检验数据正态性，结果用x±s表示，符合正态分布的数据行配对t检验，反之则行Wilcoxon符号秩检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

1. RPM呼吸门控模式下计划验证结果：在RPM呼吸门控模式下，使用PD系统共验证40个治疗计划，共140个照射野剂量图像。采用不同的γ评估参数进行剂量验证分析，结果见表 1。同时采用PD系统提供的射野剂量叠加工具分析治疗计划整体的剂量通过率，结果见表 2。

表 1(Table 1)

表 1 不同放射治疗技术下140个照射野γ通过率(%，x±s) Table 1 γ passing rates of 140 irradiation fields using different radiotherapy techniques (%, x±s) 类别 射野 3%/3 mm 3%/2 mm 2%/2 mm x±s 范围 x±s 范围 x±s 范围 VMAT 50 99.52±0.69 96.7~100 99.21±1.01 94.7~100 97.99±2.15 90.9~100 IMRT 90 99.56±0.73 96.5~100 99.34±1.17 94.2~100 98.00±3.04 84.3~100 FFF模式 77 99.62±0.69 96.3~100 99.32±1.14 94.5~100 98.19±3.06 84.3~100 FF模式 63 99.46±0.73 96.8~100 99.22±1.07 94.2~100 97.76±2.31 88.6~100 合计 140 99.55±0.71 96.3~100 99.27±1.11 94.2~100 98.12±2.75 84.3~100 注：VMAT. 采用容积调强放疗技术的照射野；IMRT. 采用调强放疗技术的照射野；FFF模式. 采用非均整器模式技术的照射野；FF模式. 采用均整器模式下的照射野

表 1 不同放射治疗技术下140个照射野γ通过率(%，x±s) Table 1 γ passing rates of 140 irradiation fields using different radiotherapy techniques (%, x±s)

表 2(Table 2)

表 2 不同放射治疗技术下40个治疗计划整体γ通过率(%，x±s) Table 2 Total γ passing rates of 40 radiotherapy plans using different radiotherapy techniques (%, x±s) 类别 个数 3%/3 mm 3%/2 mm 2%/2 mm x±s 范围 x±s 范围 x±s 范围 VMAT 22 99.61±0.62 97.9~100 99.22±1.11 95.5~100 97.89±2.23 92.9~100 IMRT 18 99.78±0.37 98.6~100 99.49±0.86 96.9~100 98.33±2.44 91.4~100 FFF模式 25 99.73±0.49 97.9~100 99.39±1.05 95.5~100 98.35±1.92 92.9~100 FF模式 15 99.59±0.59 98.1~100 96.92±1.00 96.9~100 97.64±2.79 91.4~100 合计 40 99.67±0.53 97.9~100 99.33±1.02 95.5~100 98.06±2.29 91.4~100 注：VMAT. 采用容积调强放疗技术的照射野；IMRT. 采用调强放疗技术的照射野；FFF模式. 采用非均整器模式技术的照射野；FF模式. 采用均整器模式下的照射野

表 2 不同放射治疗技术下40个治疗计划整体γ通过率(%，x±s) Table 2 Total γ passing rates of 40 radiotherapy plans using different radiotherapy techniques (%, x±s)

从表 1，2可知，在RPM呼吸门控模式下，不同均整器模式下的VMAT、IMRT射野平均通过率为(99.55±0.71)% (3%/3 mm)、(99.27± 1.11)% (3%/2 mm)；计划平均通过率为(99.67± 0.53)% (3%/3 mm)、(99.33±1.02)% (3%/2 mm)。选择更严格的阈值条件(2%/2 mm)时，仅出现2例射野通过率在90%以下，所有射野平均通过率在98%以上；所有计划通过率均在90%以上，平均计划通过率在98%以上。

2. RPM呼吸门控模式与非门控模式下计划验证结果比较：采用不同的γ通过率对RPM呼吸门控模式与非门控模式下测量的照射野及计划整体验证结果进行分析，分别见表 3、表 4。同时分析两种模式下计划整体γ值的分布范围，分别统计其最小值，最大值、平均值及标准偏差SD以及γ＞1.5的份额，结果见图 1。

表 3(Table 3)

表 3 不同γ评估标准下140个照射野的通过率比较(%，x±s) Table 3 Comparison of γ passing rates of 140 irradiation fields by different γ passing rate criteria (%, x±s) γ标准 呼吸门控模式 非门控模式 Z值 P值 x±s 范围 x±s 范围 γ(3%，3 mm) 99.55±0.71 96.3~100 99.62±0.64 95.9~100 -1.45 0.007 γ(3%，2 mm) 99.27±1.11 94.2~100 99.42±0.88 94.7~100 -2.86 0.003 γ(2%，2 mm) 98.12±2.75 84.3~100 98.33±2.32 85.5~100 -3.70 0.000 γ(1%，1 mm) 84.23±10.44 51.3~99.8 86.93±9.21 58.5~99.3 -4.52 0.000

表 3 不同γ评估标准下140个照射野的通过率比较(%，x±s) Table 3 Comparison of γ passing rates of 140 irradiation fields by different γ passing rate criteria (%, x±s)

表 4(Table 4)

表 4 不同γ评估标准下40个计划的通过率比较(%，x±s) Table 4 Comparison of γ passing rates of 40 radiotherapy plans by the different γ pass rate criteria (%, x±s) γ标准 呼吸门控模式 非门控模式 Z值 P值 x±s 范围 x±s 范围 γ(3%, 3 mm) 99.67±0.53 97.9~100 99.78±0.43 97.7~100 -0.99 0.167 γ(3%, 2 mm) 99.33±1.02 95.5~100 99.53±0.88 95.2~100 -1.69 0.090 γ(2%, 2 mm) 98.06±2.29 91.4~100 98.75±1.66 92.4~100 -3.30 0.001 γ(1%, 1 mm) 83.19±9.85 57.2~96 87.87±8.22 66.7~100 -4.11 0.000

表 4 不同γ评估标准下40个计划的通过率比较(%，x±s) Table 4 Comparison of γ passing rates of 40 radiotherapy plans by the different γ pass rate criteria (%, x±s)

注：G.呼吸门控模式；NG. 非门控模式 图 1 两种模式下计划验证γ值的分布 A. γ最大值；B. γ平均值；C. γ值的标准偏差；D. γ＞1.5的份额 Figure 1 Distribution of γ values in two verification modes A. The maximum value of γ; B. The average value of γ; C. The standard deviation of γ value; D.γ share > 1.5

从表 3可知，对于γ(3%/3 mm、3%/2 mm、2%/2 mm、1%/1 mm)评估标准，照射野在非门控模式下剂量验证通过率比RPM呼吸门控模式下测量结果分别高0.07%、0.15%、0.34%、3.21%，两种模式下差异具有统计学意义(3%/3 mm，Z=-1.45；3%/2 mm，Z=-2.86；2%/2 mm，Z=-3.70；1%/1 mm，Z=-4.52，P < 0.05)。

从表 4可知，对于γ(3%/3 mm、3%/2 mm)评估标准，两种模式下40个计划整体验证结果差异无统计学意义(P>0.05)。对于γ(2%/2 mm、1%/1 mm) 评估标准，在非门控模式下计划整体验证通过率比RPM呼吸门控模式下测量结果平均分别高0.7%、5.6%，两种模式下差异具有统计学意义(2%/2 mm，Z=-3.30；1%/1 mm，Z=-4.11，P < 0.05)。

对于γ(3%/3 mm、3%/2 mm、2%/2 mm、1%/1 mm)评估标准，两种模式下所有计划验证结果中γ值的最小值均为0，图 1显示在两种模式下，γ最大值分布均随着评估标准提高有所增大，离散度增加，两种模式下γ最大值分布差异不明显，γ平均值及标准偏差总体均随着评估标准提高而增大，但在非门控模式下整体偏小，离散程度更小，在γ(3%/3 mm、3%/2 mm、2%/2 mm)评估标准下，γ＞1.5的百分比份额很小，而在γ(1%/1 mm)标准下，两种模式下γ＞1.5的份额开始大幅增加。

本研究应用基于EPID的PD系统进行绝对剂量验证，结合RPM质量控制运动模体, 测量呼吸门控技术下的剂量分布。在RPM呼吸门控模式下，对于不同均整器模式下IMRT/VMAT计划，其γ通过率均符合AAPM推荐的临床治疗标准。Nicolini等^[7]及Cui等^[8]在研究呼吸门控模式对计划剂量学的影响时，按照γ(3%，3 mm)标准，VMAT计划通过率均在97%以上，与本研究结果一致。另外，刘书朋等^[9]在临床测试中通过加速器日志文件并没有发现MU、机架或MLC位置在RPM呼吸门控模式下有明显系统性漂移。Thiyagarajan等^[16]基于电离室和EBT胶片测量获得的呼吸门控计划通过率结果也均在临床可接受的范围内，其γ(3%，3 mm)通过率为92%~99%(96.63±3.84)%。

在比较呼吸门控模式下与非门控模式下验证结果的差异时，对于140个照射野的验证，按照γ(3%/3 mm、3%/2 mm、2%/2 mm、1%/1 mm)标准，两者差异均有统计学意义；对于40个计划的验证，仅在γ(2%/2 mm、1%/1 mm)标准下，两者差异有统计学意义。放疗计划是由所有照射野复合而成，验证结果受照射野的角度、数量、权重等多种因素影响。采用更为严格的γ(2%/2 mm、1%/1 mm)时，能更准确地体现由于RPM呼吸门控引入带来的剂量差异。而单野执行时所受影响因素少，比较两种模式下单个照射野执行情况可以更好地体现两者的差异。另外统计样本量也是一个影响因素。

对于验证结果γ值的最小值、最大值及γ＞1.5的份额时，两种模式下γ值差异不明显，且γ＞1.5的份额在γ(3%/ 3mm、3%/2 mm、2%/2 mm)评估标准下很小，说明RPM呼吸门控模式的引入并未带来较大的剂量误差影响，验证结果整体较好。另外，对于γ值的平均值及标准偏差，RPM呼吸门控模式结果总体比非门控模式的值偏高，结果更离散，从另一方面验证出RPM呼吸门控模式对放射治疗计划剂量学存在一定的影响。这种影响可能源自于加速器束流、机架、MLC的频繁中断；而且可能与加速器执行过程中中断次数有一定的相关性，Nicolini等^[7]在每个弧最大中断次数为20次时，在γ(3%/3 mm)标准下计划通过率为99%~100%，而在每个弧中断次数在50次时，γ(3%/3 mm)标准下通过率为97%~98%。Nicolini等^[7]在研究中指出，随着中断次数增加，对整个机器的机械性能及其控制系统的要求及挑战也随之增加。Yuji等^[17]研究了RPM呼吸门控模式下低MU值的剂量偏差，出束2 MU、4~10 MU以及15或20 MU，其最大剂量误差分别为4%、1%和0.5%；且出束MU值越低，其剂量重现性越差。在研究不同呼吸门控周期带来的剂量影响时，门控周期为2、4、6 s时，测量的剂量偏差分别为1%、0.5%以及0.8%，总体剂量偏差均在1%以内。从照射几何精度方面，呼吸门控模式下90%剂量线及50%剂量线所照射区域与非门控模式相比分别大1和2 mm。因此呼吸门控的引入确实会对放射治疗计划剂量学存在一定的影响，但该影响在临床接受范围内。

本研究使用RPM系统质量控制运动模体模拟呼吸运动，并未使用真实的患者呼吸波形，故不能排除不同加速器频率中断可能带来的影响。另外，不同模式下对应的验证计划均在同时段完成测试，可以保证加速器和EPID探测器状态的一致性，减少潜在的不稳定性带来的影响。

总之，非门控模式下剂量验证结果略优于RPM呼吸门控模式下验证结果，两种模式下差异具有统计学意义。RPM呼吸门控技术引入带来的剂量影响在临床可接受范围内，该门控模式下计划执行是安全可靠的。

利益冲突  无

作者贡献声明  郑芳负责研究设计、数据分析和论文撰写；钟鹤立、李子煌负责论文的总体规划和修改；陈洪涛、李隆兴、张定负责研究过程的实施与数据的获取；付鑫、史亚滨负责临床数据资料采集