圖像引導(dǎo)多源γ射束立體定向放射治療臨床測(cè)試

毛 凱，王宗燁，康靜波

圖像引導(dǎo)多源γ射束立體定向放射治療臨床測(cè)試

毛 凱，王宗燁，康靜波

目的介紹圖像引導(dǎo)的體部多源γ射束立體定向放射治療系統(tǒng)性能測(cè)量。方法應(yīng)用深圳市奧沃醫(yī)學(xué)新技術(shù)發(fā)展有限公司生產(chǎn)的體部多源γ射束立體定向放射治療系統(tǒng)及江蘇瑞爾醫(yī)療科技有限公司的圖像引導(dǎo)放射治療定位系統(tǒng)，采用PTW-UNIDOS劑量?jī)x、PTW 0.6 cc電離室、PTW 0.125 cc電離室、PTW 0.015 cc電離室、PTW-TW60008半導(dǎo)體探測(cè)器、EPSON 10000XL背透光掃描儀、EBT2免沖洗放療膠片，測(cè)量γ射束立體定向放射治療定位參考點(diǎn)偏差、焦點(diǎn)劑量率、治療計(jì)劃軟件三維圖像重建位置誤差以及系統(tǒng)綜合定位精度。結(jié)果定位參考點(diǎn)偏差Δ＝0.433 mm，焦點(diǎn)吸收劑量率285.5 Gy/min，三維圖像重建位置誤差0.8 mm，綜合定位精度最大值Δ＝1.729 mm。結(jié)論該圖像引導(dǎo)的體部多源γ射束立體定向放射治療系統(tǒng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

立體定向放射治療；圖像引導(dǎo)；焦點(diǎn)劑量率；定位精度

20世紀(jì)50年代初，瑞典Karolinska大學(xué)的Leksell教授首先研發(fā)使用γ射束立體定向放射治療系統(tǒng)[1-2]。2000年后，我國(guó)也研發(fā)出自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的γ射束立體定向放射治療系統(tǒng)，該系統(tǒng)為多源立體定向放射治療設(shè)備，同時(shí)用多個(gè)密封放射源對(duì)一個(gè)等中心進(jìn)行輻照。

放射治療在腫瘤治療中占有越來(lái)越重要的地位，60%～70%的腫瘤患者需接受放射治療。圖像引導(dǎo)放射治療(image guided radio therapy，IGRT)是近十幾年逐步發(fā)展起來(lái)的腫瘤精確放射治療的最新理論和技術(shù)，通過(guò)先進(jìn)的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備及圖像處理方法對(duì)患者的病灶在治療前和治療中進(jìn)行定位跟蹤，實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的精確放射治療，降低對(duì)腫瘤周邊正常組織及關(guān)鍵器官的損傷，改善患者的治療效果。圖像引導(dǎo)是現(xiàn)代新興放射治療技術(shù)的基礎(chǔ)，如立體定向神經(jīng)放射外科手術(shù)、體部立體定向放射治療(stereotactic body radiation therapy，SBRT)、圖像引導(dǎo)調(diào)強(qiáng)放射治療。

體部γ刀放療系統(tǒng)，采用γ射線多元幾何聚焦方式，通過(guò)精確的立體定向，將經(jīng)過(guò)治療計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算規(guī)劃的一定劑量的γ射線從不同方向集中射于體內(nèi)的預(yù)選靶區(qū)，聚焦效應(yīng)使該點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)γ射線高劑量區(qū)，一次性或分幾次摧毀靶區(qū)內(nèi)的病變組織，以達(dá)到外科手術(shù)切除或損毀的效果，而靶區(qū)周邊的正常組織和關(guān)鍵器官僅受到很小劑量的瞬時(shí)照射，基本不受損傷。體部γ刀自誕生以來(lái)，一直沿用機(jī)械框架和體表畫(huà)線相結(jié)合的傳統(tǒng)定位技術(shù)，然而體部γ刀系統(tǒng)需要精確圖像引導(dǎo)定位，以滿足SBRT對(duì)精度的要求。

由江蘇瑞爾醫(yī)療科技有限公司研發(fā)生產(chǎn)的IGPS-V型圖像引導(dǎo)放療定位系統(tǒng)，采用kV級(jí)X射線投影交角成像技術(shù)，用于體部γ刀以及其他放療設(shè)備的精確圖像引導(dǎo)定位。IGPS-V型系統(tǒng)采用的kV級(jí)X射線交角透視成像技術(shù)已成功應(yīng)用于放療中的圖像引導(dǎo)定位多年，與電子直線加速器等多種放射治療系統(tǒng)結(jié)合使用，技術(shù)成熟，臨床應(yīng)用廣泛，大量的臨床數(shù)據(jù)已證實(shí)了其有效性和安全性。美國(guó)Accuray公司的 CyberKnife目標(biāo)定位系統(tǒng)和德國(guó)Brainlab公司的ExacTrac患者定位系統(tǒng)均采用類似的kV級(jí)X射線交角透視成像技術(shù)。CyberKnife和ExacTrac從2003年開(kāi)始在全球得到廣泛應(yīng)用，到目前為止，在全球范圍內(nèi)已安裝了近300臺(tái)CyberKnife、600余臺(tái)ExacTrac，已有數(shù)十萬(wàn)患者得到了安全、有效的治療，并發(fā)表了幾千篇技術(shù)和臨床應(yīng)用的學(xué)術(shù)論文。美國(guó)放射腫瘤學(xué)會(huì)和美國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會(huì)根據(jù)大量文獻(xiàn)資料得到的臨床應(yīng)用歷史數(shù)據(jù)，對(duì)SBRT的圖像引導(dǎo)定位精度作了分析和總結(jié)，推薦符合SBRT要求的定位精度應(yīng)≤1 mm。

IGPS-V型圖像引導(dǎo)放療定位系統(tǒng)，在線校正、驗(yàn)證患者擺位，實(shí)現(xiàn)圖像引導(dǎo)體部腫瘤立體定向放射治療。

1 材料與方法

1.1 材料 采用深圳市奧沃醫(yī)學(xué)新技術(shù)發(fā)展有限公司生產(chǎn)的體部多源γ射束立體定向放射治療系統(tǒng)、江蘇瑞爾醫(yī)療科技有限公司的圖像引導(dǎo)放療定位系統(tǒng)，以及PTW-UNIDOS劑量?jī)x、PTW 0.6 cc電離室、PTW 0.125 cc電離室、PTW 0.015 cc電離室、PTW-TW60008半導(dǎo)體探測(cè)器、EPSON 10000XL背透光掃描儀和EBT2(美國(guó)International Specialty Products公司)免沖洗放療膠片分別對(duì)焦點(diǎn)劑量率和絕對(duì)劑量精度進(jìn)行測(cè)量。

1.2 方法 根據(jù)臨床質(zhì)量保證和質(zhì)量控制要求[3]，測(cè)量定位參考點(diǎn)偏差、焦點(diǎn)劑量率、治療計(jì)劃軟件三維圖像重建位置誤差、綜合定位精度。

1.2.1 定位參考點(diǎn)偏差 定位參考點(diǎn)偏差≤0.5 mm。測(cè)量方法:①把裁剪好的膠片裝入焦點(diǎn)測(cè)量棒的暗盒腔內(nèi)，用白色透明膠帶固定，在膠片上標(biāo)志方向并寫(xiě)上編號(hào)。②將膠片平面處在X-0-Y平面，把焦點(diǎn)測(cè)量棒固定安裝在測(cè)量支架上，預(yù)選足夠輻照時(shí)間。開(kāi)啟直徑10 mm準(zhǔn)直器進(jìn)床輻照。③輻照結(jié)束用焦點(diǎn)測(cè)量棒的專用扎針在膠片上扎出標(biāo)志點(diǎn)。膠片上的小孔作為定位參考點(diǎn)的機(jī)械中心位置。重復(fù)以上3步，把膠片擺在X-0-Z方向進(jìn)床輻照。

1.2.2 焦點(diǎn)劑量率 水中的吸收劑量率不應(yīng)小于2.0 Gy/min。用于測(cè)量的電離室和劑量?jī)x應(yīng)滿足測(cè)量條件的要求[4-12]。將直徑160 mm的專用球形模體安裝在定位支架上(圖1)，模體中心位于定位參考點(diǎn)，插入電離室，使其有效測(cè)量點(diǎn)與模體中心重合。將專用模體隨治療床送入預(yù)定輻射位置，使用最大聚焦野，開(kāi)啟輻照系統(tǒng)進(jìn)行輻照。輻照時(shí)間為t分鐘，讀取劑量計(jì)讀數(shù)，計(jì)算焦點(diǎn)處相應(yīng)于水中的吸收劑量Dwater。焦點(diǎn)處在水中的吸收劑量率DRate按式(1)計(jì)算[13]:

其中，DRate為測(cè)量時(shí)刻最大聚焦野水中焦點(diǎn)吸收劑量率，單位為Gy/min；Dwater為最大聚焦野時(shí)模體內(nèi)焦點(diǎn)處水中的吸收劑量，單位Gy。

圖1 專用球形測(cè)量模體實(shí)物圖(左)及橫斷面示意圖(右)

利用式(2)將測(cè)量時(shí)刻水中的劑量率轉(zhuǎn)換到初裝源時(shí)刻的劑量率[14]:

其中，D0Rate為初裝源時(shí)的焦點(diǎn)劑量率，T0為初裝源的日期，T1為測(cè)量日期，T1/2為放射源衰變的半衰期。對(duì)于鈷-60，T1/2＝5.27年＝1 926 d。

1.2.3 治療計(jì)劃軟件三維圖像重建位置誤差 治療計(jì)劃軟件三維圖像重建位置偏差≤1.5 mm。采用2個(gè)直徑160 mm有機(jī)玻璃球模、測(cè)量支架。分別將2個(gè)直徑160 mm有機(jī)玻璃球模放置在測(cè)量支架上和負(fù)壓袋(負(fù)壓袋上的球模放上N型尺)上進(jìn)行CT掃描，將掃描后的圖片進(jìn)行治療計(jì)劃設(shè)計(jì)。計(jì)算出測(cè)量支架上球模中心的坐標(biāo)與實(shí)際坐標(biāo)的誤差，分別計(jì)算出X、Y、Z 3個(gè)方向上3個(gè)靶區(qū)的位置坐標(biāo)，按式(3)計(jì)算治療計(jì)劃軟件三維圖像重建位置偏差:

式中:Δ為實(shí)際靶區(qū)中心與治療計(jì)劃軟件重建靶區(qū)中心之間的距離，單位為mm；ΔX為X軸方向?qū)嶋H靶區(qū)中心與治療計(jì)劃軟件重建靶區(qū)中心之間的距離，單位為mm；ΔY為Y軸方向?qū)嶋H靶區(qū)中心與治療計(jì)劃軟件重建靶區(qū)中心之間的距離，單位為mm；ΔZ為Z軸方向?qū)嶋H靶區(qū)中心與治療計(jì)劃軟件重建靶區(qū)中心之間的距離，單位為mm。

1.3 綜合定位精度 綜合定位精度≤2.5 mm。采用一個(gè)直徑160 mm有機(jī)玻璃球模、負(fù)壓袋/負(fù)壓床、仿真體模(海軍總醫(yī)院射波刀仿真體模)、N型尺。用膠片法測(cè)試，測(cè)試結(jié)果應(yīng)符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中5.6.2的要求，膠片應(yīng)采用低靈敏度的自顯影膠片。測(cè)試步驟:

(1)把球模/仿真體模連同測(cè)量專用的空暗盒裝于負(fù)壓定位床的A位置，送入CT機(jī)掃描(分別用N型尺定位和激光定位)。

(2)把球模連同測(cè)量專用的空暗盒裝于負(fù)壓定位床的B位置，送入CT機(jī)掃描(分別用N型尺定位和激光定位)。

(3)把球模連同測(cè)量專用的空暗盒裝于負(fù)壓定位床的C位置，送入CT機(jī)掃描(分別用N型尺定位和激光定位)。

(4)根據(jù)CT片治療計(jì)劃系統(tǒng)分別采用4種方式(做4種計(jì)劃)用1號(hào)準(zhǔn)直器在靶點(diǎn)中心布靶:①掃描使用N型尺定位，治療使用IGRT輔助定位；②掃描使用N型尺定位，治療不用IGRT輔助定位；③掃描使用激光定位，治療使用IGRT輔助定位；④掃描使用激光定位，治療不用IGRT輔助定位。計(jì)算出該中心在患者坐標(biāo)系的坐標(biāo)X0、Y0、Z0。

(5)將X0、Y0、Z0經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后輸出到服務(wù)器由控制機(jī)/IGRT計(jì)劃軟件讀取。

(6)把膠片放入暗盒中，將膠片粘牢于暗盒上，并用專用扎針在膠片上扎出標(biāo)志點(diǎn)，作為靶點(diǎn)在膠片上的位置，將暗盒裝進(jìn)球模/仿真體模中。

(7)分別把膠片、球模/仿真體模、負(fù)壓袋裝于治療床上，并分別:①掃描使用N型尺定位，治療使用IGRT輔助定位；②掃描使用N型尺定位，治療不用IGRT輔助定位；③掃描使用激光定位，治療使用IGRT輔助定位；④掃描使用激光定位，治療不用IGRT輔助定位。用1號(hào)準(zhǔn)直器進(jìn)行輻照。

(8)取出膠片，測(cè)量靶點(diǎn)中心對(duì)輻射野中心的偏離，即為在該方向的定位偏離。把3個(gè)方向的偏離合成即得空間偏離。

取4個(gè)靶點(diǎn)中心與輻射野中心的距離偏離值ΔX中的最大值、ΔY中的最大值、ΔZ中的最大值按式(4)計(jì)算靶點(diǎn)位置總誤差:

式中:Δ為實(shí)際靶區(qū)中心與治療計(jì)劃軟件重建靶區(qū)中心之間的距離，單位為mm；ΔX為X軸方向?qū)嶋H靶區(qū)中心與治療計(jì)劃軟件重建靶區(qū)中心之間的偏離最大值，單位為mm；ΔY為Y軸方向?qū)嶋H靶區(qū)中心與治療計(jì)劃軟件重建靶區(qū)中心之間的偏離最大值，單位為mm；ΔZ為Z軸方向?qū)嶋H靶區(qū)中心與治療計(jì)劃軟件重建靶區(qū)中心之間的偏離最大值，單位為mm。

2 結(jié)果

定位參考點(diǎn)偏差，△＝0.433 mm，小于0.5 mm，合格(表1)；焦點(diǎn)吸收劑量率平均值285.5 Gy/min (表2)；治療計(jì)劃軟件三維圖像重建位置誤差(表3)；綜合定位精度最大值Δ為1.729 mm，小于2.5 mm，合格(表4)。

表1 定位參考點(diǎn)偏差(mm)

表2 焦點(diǎn)吸收劑量率(Gy/min)

表3 治療計(jì)劃軟件三維圖像重建位置誤差

表4 綜合定位精度

3 結(jié)論

輻射劑量學(xué)指標(biāo)測(cè)量結(jié)果滿足《體部多源γ射束立體定向放射治療系統(tǒng)》要求。

4 討論

用0.6 cc電離室可準(zhǔn)確刻度直徑30 mm以上的聚焦野，能夠得到準(zhǔn)確的刻度參數(shù)[15]。濕度修正(20%～70%):Kh＝0.997；電離室照射量修正因子: Nx＝1.003；離子收集非飽和修正因子:Ks＝1；Katt為光子在電離室材料(包括平衡帽)中的吸收與散射的修正因子；Km為電離室材料非空氣等效的修正因子:Katt×Km＝0.975；有機(jī)玻璃與空氣的組織本領(lǐng)比:So，air＝1.120；擾動(dòng)修正因子:Pu＝1.02；電離室中心電極的非空氣等效的修正因子:Pcel＝1；水對(duì)有機(jī)玻璃的質(zhì)能吸收系數(shù):u/p＝1.03；R-cGy轉(zhuǎn)換因子＝2.58×10－4×33.97＝0.876。

由于0.6 cc電離室體積過(guò)大，對(duì)于直徑30 mm以下的聚焦野測(cè)量不準(zhǔn)；用0.125 cc電離室和0.015 cc電離室，能準(zhǔn)確測(cè)量直徑30 mm以上尺寸聚焦野。膠片測(cè)量有待更深入研究。對(duì)于直徑30 mm以上尺寸聚焦野，膠片測(cè)量也能測(cè)量準(zhǔn)確；而對(duì)于直徑30 mm以下尺寸聚焦野，膠片測(cè)量效果則不理想。采用半導(dǎo)體和電離室結(jié)合的測(cè)量方法，能較好地完成γ射束立體定向放射治療質(zhì)量控制中焦點(diǎn)劑量率和絕對(duì)劑量精度的測(cè)量，先用電離室測(cè)量準(zhǔn)直徑30 mm以上尺寸聚焦野的焦點(diǎn)劑量率和絕對(duì)劑量精度，再由高靈敏度半導(dǎo)體測(cè)量出各個(gè)尺寸聚焦野的輸出因子，推出各個(gè)尺寸聚焦野的焦點(diǎn)劑量率和絕對(duì)劑量，能較好地完成γ射束立體定向放射治療質(zhì)量控制工作。

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熱烈祝賀《轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)雜志》入選中國(guó)科技核心期刊(中國(guó)科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊)

在編委會(huì)成員、作者和讀者的大力支持下，《轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)雜志》近年來(lái)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，辦刊質(zhì)量逐年提高。2016年10月12日在北京國(guó)際會(huì)議中心舉行的“中國(guó)科技論文統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)布會(huì)”上，雜志經(jīng)多項(xiàng)學(xué)術(shù)指標(biāo)綜合評(píng)定及同行專家評(píng)議推薦，成功入選“中國(guó)科技核心期刊(中國(guó)科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊)”。

在此謹(jǐn)向全體編委、作者和讀者表示最誠(chéng)摯的感謝，希望大家一如既往地關(guān)心、支持、幫助雜志，并提出寶貴的意見(jiàn)和建議。雜志將以此為契機(jī)，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，提高辦刊水平，突出特色，推動(dòng)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)發(fā)展。

(本刊編輯部)

Clinical performance test for an image-guided multi-source gamma beam stereotactic radiotherapy system

MAO Kai1，WANG Zongye2，KANG Jingbo3
(1.Department of Radiation Oncology，China-Japan Friendship Hospital，Beijing 100029，China；2.Tumor Therapy Cancer Center，the 306th Hospital of PLA，Beijing 100101，China；3.Tumor Diagnosis and Treatment Center，Navy General Hospital，Beijing 100048，China)

Objective To introduce performance measurement methods of an image-guided multi-source gamma beam system for body stereotactic radiotherapy.Methods The performances of a multi-source body gamma beam stereotactic radiotherapy system(Ournewmed Co.，Shenzhen)and an image-guided radiotherapy system(Rays，Jiangsu)were tested and studied in this paper.A PTW-UNIDOS dosimeter，a PTW 0.6 cc/PTW 0.125 cc/PTW 0.015 cc ionization chamber，a PTW-TW60008 semiconductor detector，an EPSON 10000XL backlight scanner and EBT2 films were used to measure the accuracy of reference positioning point，the focus dose rate，the position error of three-dimensional reconstructed images，and the overall positioning accuracy.Results It is showed that the measurement results of radiation dosimetry index could meet the requirements of Multi-Source Stereotactic Radiotherapy System with Gamma Beam for Body Lesion.Conclusion The imaged-guided multi-source gamma beam system for body stereotactic radiotherapy could meet the requirements of national standard.

Stereotactic radiotherapy；Image guided；Focus dose rate；Positioning accuracy

R730.55

B

2095-3097(2016)06-0352-05

10.3969/j.issn.2095-3097.2016.06.009

2016-06-31 本文編輯:馮 博)

100029北京，中日友好醫(yī)院放射治療科(毛 凱)；100101北京，解放軍第306醫(yī)院腫瘤治療中心(王宗燁)；100048北京，海軍總醫(yī)院腫瘤診療中心(康靜波)

康靜波，E-mail:kjbnet＠126.com