程曉龍，劉吉平，楊雙燕，時(shí)建芳

浙江省腫瘤醫(yī)院放射物理室，浙江杭州310022

前言

體部立體定向放射治療（Stereotactic Body Radiation Therapy,SBRT）是一種非侵入性治療，在精確的影像技術(shù)引導(dǎo)下給予局部腫瘤以高劑量、低分割的放射治療，具有分割劑量大、精度高等特點(diǎn)，可獲得＞95%的腫瘤局部控制，已成為拒絕或不可手術(shù)的肺癌標(biāo)準(zhǔn)治療方法［1-3］。螺旋斷層放療（Tomotherapy,TOMO）技術(shù)是結(jié)合調(diào)強(qiáng)放射治療（Intensity-Modulated Radiotherapy,IMRT）和影像引導(dǎo)放射治療（Image-Guided Radiotherapy,IGRT），應(yīng)用逆向CT成像原理，采用調(diào)強(qiáng)的扇形射束，以螺旋旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行放射治療［4］。TOMO獨(dú)有兆伏級(jí)CT成像技術(shù)，成像源和照射源相同，機(jī)械精度相同，成像精度和照射精度都是±0.1 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)加速器的±1 mm，且可在每次治療時(shí)進(jìn)行擺位驗(yàn)證，確保射線對(duì)腫瘤靶區(qū)的精確照射。TOMO每個(gè)螺旋周期中有51弧形照射野，每個(gè)弧形照射野都有64個(gè)可調(diào)節(jié)的子野，每個(gè)子野都有100級(jí)強(qiáng)度可調(diào)，其單位劑量率達(dá)到850 MU/min，可減少單次治療時(shí)間［5］。本研究旨在明確TOMO的SBRT計(jì)劃設(shè)計(jì)中參數(shù)設(shè)置原則和劑量驗(yàn)證通過標(biāo)準(zhǔn)，并基于MVCT的擺位誤差確定合適的靶區(qū)邊界外擴(kuò)值（ITV-PTV）。

1 材料與方法

1.1 病例信息

選擇浙江省腫瘤醫(yī)院2015年1月至2018年5月行TOMO的45名早期原發(fā)性非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）患者，單次劑量 5.0～12.5 Gy，中位劑量 7 Gy，治療次數(shù)4～12次，中位次數(shù)8次。其中25例使用熱塑體膜固定，20例使用真空負(fù)壓墊固定?；颊呔谄届o呼吸狀態(tài)下，行螺旋CT模擬機(jī)4DCT圖像掃描，掃描范圍從第4頸椎上緣到第2腰椎下緣，層厚3 mm。選取吸氣末（EI）與呼氣末（EE）的10個(gè)序列圖像以及最大強(qiáng)度投影圖像傳輸至Raystation計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行靶區(qū)與危及器官勾畫。在每個(gè)時(shí)相上分別勾畫大體靶區(qū)（GTV），所有時(shí)相的GTV疊加在EE圖像（計(jì)劃CT圖像）中即為ITV，對(duì)ITV再均勻外擴(kuò)3～5 mm形成計(jì)劃靶區(qū)（PTV），最后在計(jì)劃CT圖像上勾畫雙側(cè)肺、脊髓、心臟等。

1.2 計(jì)劃設(shè)計(jì)

物理師首先在Raystation計(jì)劃系統(tǒng)中添加輔助結(jié)構(gòu)，主要是做圍繞PTV外擴(kuò)1 cm的劑量限制環(huán)，有時(shí)也根據(jù)PTV與雙肺的位置關(guān)系，通過增加block結(jié)構(gòu)來約束射束對(duì)肺的直接照射范圍。計(jì)劃再傳輸至TOMO工作站，將靶區(qū)和危及器官排位后，設(shè)置計(jì)劃相關(guān)核心參數(shù)：（1）射野寬度（Field Width,FW），如靶區(qū)最大徑長(zhǎng)＜6 cm，F(xiàn)W選擇1 cm或2.5 cm；如＞6 cm，F(xiàn)W選擇2.5 cm。（2）螺距（Pitch），根據(jù)單次劑量設(shè)置范圍為0.1～0.5，具體取值后文會(huì)詳細(xì)討論。（3）調(diào)制因子（Modulation Factor,MF），初始設(shè)定為2。（4）劑量計(jì)算網(wǎng)格（Dose Grid），選擇精細(xì)（Fine）。選定PTV為Prescription，并填入分次計(jì)數(shù)，其他參數(shù)可暫時(shí)默認(rèn)為0，點(diǎn)擊Bitch進(jìn)行子野計(jì)算，一般需要2～5 h。子野計(jì)算完成后，再通過更改參數(shù)值來進(jìn)行計(jì)劃優(yōu)化。確保處方劑量覆蓋95%PTV、100%GTV，雙肺 V20＜20%，脊髓 Dmax＜25 Gy，心臟 Dmax＜35 Gy、Dmean＜15 Gy。

1.3 計(jì)劃劑量驗(yàn)證

計(jì)劃劑量驗(yàn)證分為點(diǎn)絕對(duì)劑量驗(yàn)證和膠片相對(duì)劑量驗(yàn)證。將膠片置于圓柱形模體兩半球中間，按照紅激光燈擺位模體，并按照綠激光燈標(biāo)記好4點(diǎn)位置以及膠片正方向位置；然后，連接電離室，調(diào)用每例患者的DQA計(jì)劃出束照射。讀取當(dāng)時(shí)的溫度及壓強(qiáng)，在使用EBT3膠片進(jìn)行劑量驗(yàn)證的同時(shí)用電離室測(cè)量靶區(qū)感興趣點(diǎn)的點(diǎn)劑量（圖1），要求點(diǎn)劑量偏差≤±3%，膠片γ（3 mm/3%）＜1通過率＞90%。

圖1 EBT3膠片劑量驗(yàn)證擺位圖Fig.1 Replacement of EBT3 film dose verification

1.4 數(shù)據(jù)處理

靶區(qū)感興趣點(diǎn)劑量采集及計(jì)算依據(jù)AAPM TG-51號(hào)報(bào)告［6］，按照電荷劑量轉(zhuǎn)換公式：DcGy=Pctp·C·Ccf·Ecf，其中，是計(jì)算出的劑量值（單位cGy），C是靜電計(jì)讀出數(shù)據(jù)（單位nC），Ccf是電離室轉(zhuǎn)換因子（單位cGy/C），Ecf是靜電計(jì)修正因子，Cdegree是機(jī)房溫度（單位℃），Pbar是機(jī)房氣壓（單位kPa），具體計(jì)算表格如表1所示。γ分析通過率將測(cè)量得到的劑量分布數(shù)據(jù)定義為“參考分布”，將計(jì)算出的劑量分布數(shù)據(jù)定義為“被評(píng)估分布”。對(duì)“被評(píng)估分布”中所有數(shù)據(jù)與計(jì)算“參考分布”中每個(gè)參考點(diǎn)的γ指數(shù)進(jìn)行比較，γ＜1為通過，γ＞1為不通過，通過的參考點(diǎn)個(gè)數(shù)占參考點(diǎn)總數(shù)的百分比即為γ分析通過率［7-8］。設(shè)置γ分析通過率標(biāo)準(zhǔn)為3 mm/3%，即在3 mm的距離上計(jì)算劑量與測(cè)量劑量偏差不超過3%，在TOMO的DQA軟件中獲得γ分析的通過率。

表1 絕對(duì)劑量計(jì)算表Tab.1 The computation sheet of absolute dose

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

分類記錄兩組患者每次MVCT左右（X）、頭腳（Y）、前后（Z）和橫斷面旋轉(zhuǎn)（Roll）方向的擺位誤差值，用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，均數(shù)代表治療過程中的系統(tǒng)體位誤差（Σ），標(biāo)準(zhǔn)差代表隨機(jī)體位誤差（δ），根據(jù)公式M=2.5Σ+0.7δ計(jì)算 PTV 外放范圍［9-10］。利用SPSS 22軟件進(jìn)行分析，使用秩和檢驗(yàn)分析組間各項(xiàng)差異，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖2 絕對(duì)劑量偏差Fig.2 Absolute dose deviation

圖3 γ通過率Fig.3 Gamma passing rate

2 結(jié)果

TOMO計(jì)劃均滿足95%PTV體積的處方劑量覆蓋，靶區(qū)體積、劑量分布、計(jì)劃執(zhí)行時(shí)間與危及器官的受照劑量如下：GTV為（10.84±9.91）cm3，ITV為（17.27±12.56）cm3，PTV 為（33.67±19.81）cm3，PTV最大徑長(zhǎng)為（4.73±1.07）cm；靶區(qū)均勻性指數(shù)為1.05±0.06，適形度指數(shù)為0.73±0.08；計(jì)劃平均執(zhí)行時(shí)間為（15.85±4.34）min，肺 V5、V20、V30分別為 17.08%±10.62%、5.43%±2.96% 和 3.27%±2.0%；脊髓 Dmax（12.19±8.43）Gy；心臟Dmean為（3.92±3.08）Gy。

SBRT計(jì)劃劑量驗(yàn)證的絕對(duì)劑量偏差為-0.71%±1.32%，偏差范圍為-2.61%～2.63%，在±3%的評(píng)價(jià)值范圍內(nèi)，其中，有36例（80%）的結(jié)果在±2%的范圍內(nèi)（圖2）。SBRT計(jì)劃劑量驗(yàn)證的γ通過率為98.1%±1.1%，范圍為95.1%～99.6%，全部大于95%（圖3）。

熱塑體模組和真空負(fù)壓墊組的平均擺位誤差及ITV-PTV外擴(kuò)邊界值如表2所示。

3 討論

3.1 計(jì)劃參數(shù)設(shè)置

3.1.1 FW的設(shè)置FW是治療區(qū)域在機(jī)器等中心處的縱向范圍，可選數(shù)值為1.0、2.5和5.0 cm。對(duì)于SBRT當(dāng)PTV的徑向長(zhǎng)度＜6 cm，F(xiàn)W選擇1 cm或2.5 cm；如＞6 cm，F(xiàn)W選擇2.5 cm，這樣設(shè)置是在保證計(jì)劃質(zhì)量的情況下調(diào)整合理的治療時(shí)間［10-11］。

3.1.2 MF的設(shè)置MF=（最長(zhǎng)子野打開時(shí)間-最小子野打開時(shí)間）/子野平均打開時(shí)間，更大的MF意味著射束強(qiáng)度有很多變化，調(diào)制水平更高。

表2 不同固定方式的擺位誤差及ITV-PTV外放值Tab.2 Setup errors and ITV-PTV margins of different fixation techniques

3.1.3 螺距的設(shè)置螺距是機(jī)架旋轉(zhuǎn)1周進(jìn)床距離與FW的比值，決定著每次機(jī)架旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)的射束重疊。螺距值越大，射束重疊越少、治療床速度更快、機(jī)架旋轉(zhuǎn)周期更長(zhǎng)；螺距值越小，射束重疊越多、治療床速度越慢、機(jī)架旋轉(zhuǎn)周期更短［12-13］。TOMO計(jì)劃的螺距默認(rèn)值為0.43，但是當(dāng)分次施用大劑量時(shí)，機(jī)架旋轉(zhuǎn)周期可能超出其在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期的最大持續(xù)時(shí)間（60 s）。在調(diào)整螺距或分次劑量前，無法繼續(xù)分次（Fractionation）。如果無法成功計(jì)算一個(gè)分次的處方劑量的機(jī)架旋轉(zhuǎn)周期，Planning Station會(huì)出現(xiàn)一對(duì)話框，顯示該機(jī)架旋轉(zhuǎn)周期占最大持續(xù)時(shí)間的百分比（圖4）。

圖4 錯(cuò)誤提示Fig.4 Error message

通過查詢資料，與Accuracy工程師溝通并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可采取兩種方法來設(shè)置螺距值，從而解決上述問題，即機(jī)架旋轉(zhuǎn)周期百分比計(jì)算法和經(jīng)驗(yàn)公式法［14-15］：（1）機(jī)架旋轉(zhuǎn)周期百分比法，在計(jì)算螺距調(diào)整值時(shí)，考慮使用更大的百分比來確保獲得更大劑量分次的有效機(jī)架旋轉(zhuǎn)周期，計(jì)算得出的機(jī)架旋轉(zhuǎn)周期超過允許的最大機(jī)架旋轉(zhuǎn)周期37%，將百分比從37%增加到41%，再將螺距或分次劑量乘以0.59（100%－41%），計(jì)算出減小的螺距（0.25×0.59=0.14）。如果減小螺距仍不能創(chuàng)建需要的機(jī)架旋轉(zhuǎn)周期，則減小MF值，MF值按照2.7、2.4、2.2、2.0、1.7、1.4和1.2取值。（2）經(jīng)驗(yàn)公式法，依據(jù)機(jī)架旋轉(zhuǎn)周期（GP）與分次劑量（D）、MF和螺距的關(guān)系，得出經(jīng)驗(yàn)公式：，其中GP范圍為 0.2～1.0 min；D為分次劑量（單位Gy）；MF推薦取值為1.2、1.4、1.7、2.0、2.2、2.4和2.7。根據(jù)螺紋效應(yīng)，螺距也有對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式［16］，螺距=0.86/N，N取值2～8整數(shù)值。最佳機(jī)架旋轉(zhuǎn)周期為20 s，當(dāng)機(jī)器達(dá)到20 s的最佳GP時(shí)，治療計(jì)劃可實(shí)現(xiàn)更短的治療時(shí)長(zhǎng)，放射期間TOMO的更高效性能，減小對(duì)TOMO治療系統(tǒng)組件的不必要壓力［17-18］。螺距推薦取值按照最佳機(jī)架旋轉(zhuǎn)周期來計(jì)算，得出表3。

表3 分次劑量D與Pitch對(duì)照表Tab.3 Comparison table of fractional dose and pitch

3.1.4 劑量計(jì)算網(wǎng)格的設(shè)置指定橫斷面（X、Z）的體素維度，分辨率用于優(yōu)化和劑量計(jì)算。（1）粗糙（Coarse），使用系數(shù)4進(jìn)行降低采樣率處理的Ctrue影像計(jì)算得出的劑量；（2）正常（Normal），使用系數(shù)2進(jìn)行降低采樣率處理的Ctrue影像計(jì)算得出的劑量，適應(yīng)于大多數(shù)計(jì)劃；（3）精細(xì)（Fine），沒有經(jīng)過降低采樣率處理的Ctrue影像計(jì)算得出的劑量。

3.2 計(jì)劃劑量驗(yàn)證通過率

全部病例的絕對(duì)劑量偏差基本滿足±3%的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際測(cè)量中會(huì)偶爾出現(xiàn)偏差，分析原因如下：（1）測(cè)量興趣點(diǎn)的選擇，一般選擇膠片下5 mm的點(diǎn)為感興趣點(diǎn)，也可以在體模影像查看器內(nèi)選擇靶區(qū)與圓柱形模體中軸重合的點(diǎn)（圖5），電離室應(yīng)按照興趣點(diǎn)的位置放置，如位置與感興趣點(diǎn)不一致會(huì)直接影響計(jì)劃值和測(cè)量值的偏差；（2）物理師在做綠激光燈指示虛擬等中心準(zhǔn)確性的檢測(cè)時(shí)會(huì)將圓柱形模體180°旋轉(zhuǎn)，而測(cè)量旋轉(zhuǎn)劑量時(shí)沒有及時(shí)復(fù)位會(huì)造成電離室的位置并非在半球面下0.5 cm而是在1.5 cm處；（3）放療計(jì)劃本身有問題，需要重新進(jìn)行優(yōu)化。

圖5 感興趣點(diǎn)選擇Fig.5 Selection of interest points

膠片相對(duì)劑量驗(yàn)證采用γ（3 mm/3%）分析法，當(dāng)膠片劑量γ≤1像素點(diǎn)通過率＞90%時(shí)，才認(rèn)為該計(jì)劃滿足臨床要求。實(shí)際該方法也受多種因素影響：（1）γ分析的結(jié)果對(duì)劑量梯度和空間分辨率具依賴性，且該方法是不對(duì)稱分析法，分析結(jié)果與參考劑量分布的選擇有關(guān)；（2）膠片配準(zhǔn)過程出現(xiàn)偏差，本組分析采用DQA軟件中的“Coronal plus 4 lasers”模式，利用標(biāo)記的4個(gè)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)，標(biāo)記點(diǎn)的位置和大?。?biāo)記點(diǎn)直徑≤0.5 mm）都會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響；（3）讀取的校準(zhǔn)文件與膠片不匹配，因膠片批次、存放時(shí)間和存放條件都會(huì)對(duì)其劑量相應(yīng)造成影響［19-20］，所以需要定期重新刻度膠片劑量響應(yīng)曲線，不同階段膠片的刻度曲線是有一定偏差的，如圖6所示，其中，1～7表示不同時(shí)期的膠片刻度曲線。

結(jié)果表明SBRT的計(jì)劃通過率較高，可將通過率標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為：絕對(duì)劑量偏差＜±3%，γ(3 mm/3%)＜1通過率＞95%。

3.3 擺位誤差及靶區(qū)外放邊界值

經(jīng)SPSS 22分析平移誤差，熱塑體模組與真空負(fù)壓墊組的X、Y、Z方向的擺位誤差相差不大，偏差P＞0.05，沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，因此在選擇體位固定方式的時(shí)候可根據(jù)患者的身體素質(zhì)、呼吸情況、患者對(duì)不同體位固定技術(shù)在對(duì)應(yīng)的治療時(shí)間內(nèi)的耐受力等實(shí)際情況等來確定。對(duì)于SBRT的X、Y、Z方向的ITVPTV邊界值可分別設(shè)定為6、5、4 mm。

圖6 膠片刻度曲線Fig.6 Film calibration curve

3.4 TOMO肺癌治療的呼吸運(yùn)動(dòng)管理

對(duì)于肺癌治療的呼吸運(yùn)動(dòng)管理，射波刀是通過針對(duì)建立的呼吸曲線來實(shí)時(shí)修正機(jī)器人的手臂運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)修正［21］。目前TOMO還沒有實(shí)現(xiàn)靶區(qū)運(yùn)動(dòng)與機(jī)器輸出的實(shí)時(shí)結(jié)合，但是TOMO自身的機(jī)械特性即機(jī)架旋轉(zhuǎn)周期（12～60 s）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于患者的呼吸周期（正常呼吸頻率12～20次/min）［21］，且TOMO葉片具有快速的調(diào)制能力（一次開合時(shí)間為20 ms左右），可實(shí)現(xiàn)子野迅速切換，再加上考慮了呼吸運(yùn)動(dòng)的PTV勾畫，TOMO可實(shí)現(xiàn)肺癌治療的準(zhǔn)確性。目前TOMO也正在進(jìn)行靶區(qū)運(yùn)動(dòng)與葉片相結(jié)合的研究，以實(shí)現(xiàn)呼吸追蹤。

4 結(jié)論

本研究通過對(duì)行TOMO的SBRT病例進(jìn)行分析，著重探討基于TOMO的SBRT計(jì)劃設(shè)計(jì)和劑量驗(yàn)證的方法。研究表明，SBRT計(jì)劃設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于參數(shù)設(shè)置及計(jì)劃執(zhí)行時(shí)間。SBRT的劑量驗(yàn)證通過率較高，可適當(dāng)提升評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，即絕對(duì)劑量＜±3%，γ（3 mm/3%）＜1通過率＞95%。擺位誤差與放療設(shè)備、固定技術(shù)、配準(zhǔn)方法、患者個(gè)人和放療師的操作密切相關(guān)，有必要根據(jù)實(shí)際情況確定可靠的靶區(qū)邊界外擴(kuò)值。本研究提供了基于TOMO的SBRT治療規(guī)范，為其應(yīng)用的進(jìn)一步推廣提供了技術(shù)支持，且在臨床上有較為積極的應(yīng)用價(jià)值。