MOBETRON移動(dòng)式術(shù)中電子線加速器臨床應(yīng)用*

張達(dá)， 廖雄飛， 黎杰

610041 成都，四川省腫瘤醫(yī)院·研究所，四川省癌癥防治中心，電子科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院 放療中心

術(shù)中放療(intraoperative radiation therapy,IORT)是指在手術(shù)中對不能切除的暴露腫瘤、切除后的瘤床區(qū)進(jìn)行單次大劑量照射，以殺滅殘留腫瘤細(xì)胞。其優(yōu)點(diǎn)是在醫(yī)生視覺、觸覺引導(dǎo)下利用限光筒來決定放療區(qū)域，可將正常組織與治療區(qū)域分開，最大限度降低正常組織劑量。IORT是一項(xiàng)多學(xué)科聯(lián)合治療腫瘤的技術(shù)，其順利進(jìn)行需要放療科醫(yī)生、物理師、外科手術(shù)醫(yī)生、麻醉師和手術(shù)護(hù)士共同配合完成。四川省腫瘤醫(yī)院于2017年4月采用MOBETRON 2000型移動(dòng)式電子線加速器成功實(shí)施了西部地區(qū)首例IORT手術(shù)，同年9月正式開展臨床治療。截至2018年7月，共完成IORT手術(shù)46臺(tái)，現(xiàn)將我們積累的質(zhì)量保證(quality assurance,QA)數(shù)據(jù)和操作使用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備簡介

我院引進(jìn)的MOBETRON 2000型移動(dòng)式電子線加速器(IntraOP Medical Inc.,Sunnyvale,CA)具體參數(shù)如表1所示，其工作原理及介紹可參見文獻(xiàn)[1-3]。

該加速器配有45個(gè)不同直徑和端面角度的圓柱形限光筒，應(yīng)用于不同大小和角度的射野。限光筒直徑3～10cm，間隔0.5cm一個(gè)筒。限光筒端面傾角分別為0、15和30度，另配有一個(gè)直徑8cm，端面傾角45度的圓柱形限光筒和一個(gè)7cm×12cm，0度的矩形限光筒。每個(gè)限光筒長50cm，即為有效源皮距，表示虛擬射線原點(diǎn)到限光筒末端的距離為50cm。每個(gè)限光筒配有5mm和10mm的組織補(bǔ)償片，補(bǔ)償片大小和角度與限光筒相對應(yīng)。機(jī)頭配有消毒隔離帽，機(jī)頭下方安裝有一個(gè)射線阻擋裝置，可與機(jī)頭聯(lián)動(dòng)用于降低雜散輻射污染[4]。

1.2 QA設(shè)備

MOBETRON 2000產(chǎn)生3檔高能電子線用于治療，分別為6、9和12MeV，劑量率330MU/min。每檔能量配有一個(gè)QA測量模體(IntraOP QA Phantom)，模體一端用于測量最大劑量深度Dmax，另一端測量50%劑量深度D50。同時(shí)，系統(tǒng)配備了1個(gè)直徑10cm，端面0度的QA專用限光筒，PTW0.6cc指型電離室1個(gè)，靜電計(jì)1臺(tái)(Model 206, CNMC Instruments Inc.)，如圖1所示。

表1 MOBETRON 2000型移動(dòng)式電子線加速器特征參數(shù)Table 1. Characteristics of MOBETRON 2000

*MU:Machine unit; SSD: Source skin distance.

圖1 質(zhì)控設(shè)備Figure 1. Quality Control Equipmenta:Quality assurance applicator; b:Quality assurance phantom; c:Ionization Chamber; d:Electrometer.

1.3 測試方法

MOBETRON 2000加速器放置于手術(shù)室，平時(shí)保持關(guān)閉狀態(tài)，只有在治療當(dāng)天早上，物理師會(huì)開機(jī)預(yù)熱，并對機(jī)器進(jìn)行詳細(xì)而嚴(yán)密的QA和質(zhì)量控制(quality control, QC)，以確保各射線能量和劑量率在正常范圍內(nèi)。晨檢主要包括兩方面內(nèi)容：劑量輸出穩(wěn)定性和射束能量穩(wěn)定性。測量輸出量時(shí)使用Dmax模塊，測量能量穩(wěn)定性(D50/Dmax)時(shí)使用D50模塊，每次出束200MU。

1.4 治療過程

IORT是多學(xué)科聯(lián)合治療腫瘤的技術(shù)，在實(shí)施前需要進(jìn)行多學(xué)科聯(lián)合會(huì)診，制定出最佳治療方案；手術(shù)當(dāng)天早上，物理師對加速器進(jìn)行QA和QC，保證輸出劑量誤差在3%以內(nèi)。外科醫(yī)生將腫瘤切除或暴露后，放療醫(yī)生探查瘤床區(qū)位置，確定照射范圍和深度，并避開周圍正常組織和器官。醫(yī)生和護(hù)士安裝固定支架，將限光筒固定在合適的位置和角度。護(hù)士將無菌隔離帽安裝在治療機(jī)頭上，并用無菌床單覆蓋治療床，只露出限光筒和反光板。將治療床推至機(jī)頭下方，物理師調(diào)整機(jī)頭位置，直到射束中軸與限光筒中軸對準(zhǔn)，激光軟到位系統(tǒng)發(fā)光二極管燈穩(wěn)定地亮起。當(dāng)機(jī)頭與限光筒對準(zhǔn)后，兩者相距約4cm。所有工作人員撤離手術(shù)室后，物理師根據(jù)放療醫(yī)生給出的處方劑量和治療深度，選擇治療能量，計(jì)算機(jī)器跳數(shù)，并出束。治療完畢后，將治療床推回原位置，加速器各參數(shù)恢復(fù)原狀并關(guān)機(jī)。外科醫(yī)生繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)手術(shù)。

2 結(jié) 果

2.1 百分深度劑量

2.1.1 表面劑量 不同直徑，不同端面角度限光筒表面劑量如表2所示。根據(jù)GB15213-2016《醫(yī)用電子加速器性能和試驗(yàn)方法》相關(guān)要求[5]，醫(yī)用電子直線加速器產(chǎn)生的電子線的表面劑量用體模表面下0.5mm處劑量表示。

從表2可以看出，表面劑量隨能量增加而增加；隨直徑增加，表面劑量先降低再增加，且在5cm左右最低。

表2 表面劑量(%)統(tǒng)計(jì)Table 2. Surface Dose (%)

2.1.2 最大劑量深度Dmax不同直徑，不同端面角度限光筒最大劑量深度Dmax如表3所示。由表3可看出，Dmax隨能量增加而增加，隨角度增加而降低。端面0度的限光筒Dmax隨直徑先增加后減小，在5cm時(shí)達(dá)到最大值。

2.1.3 有效治療深度D90不同直徑，不同端面角度限光筒D90劑量深度如表4所示。

臨床上一般使用90%Dmax深度作為有效治療范圍[6]，由表4可知，D90隨能量增加而增加，隨角度增加而降低。

表3 最大劑量深度(mm)統(tǒng)計(jì)Table 3. Depth of Maximum Dose (mm)

2.1.4 實(shí)際射程Rp 不同直徑和端面角度的限光筒電子線實(shí)際射程Rp如表5所示。

Rp定義為電子深度劑量曲線下降最陡峭處切線與軔致輻射形成的背景外推線交點(diǎn)的深度[7]。由表5可看出，端面0度，直徑10cm的限光筒在能量12MeV時(shí)Rp最大為59.8mm。Rp隨能量增加而增加，隨端面角度降低，0度和15度Rp變化不大，30度限光筒Rp快速下降。

2.2 每日QA數(shù)據(jù)

2.2.1 輸出穩(wěn)定性分析 各檔能量輸出穩(wěn)定性如圖2所示。由圖可見，MOBETRON的輸出劑量穩(wěn)定性都在±3%以內(nèi)，滿足要求。

圖2 3檔能量Dmax輸出劑量Figure 2. Dmax Output Dose of 3 Patterns of Energy

2.2.2 能量穩(wěn)定性分析 MOBETRON電子線各檔能量的穩(wěn)定性用D50/Dmax進(jìn)行分析，如圖3所示。由圖可以看出，3檔能量穩(wěn)定性滿足美國醫(yī)學(xué)物理師協(xié)會(huì)TG72號(hào)報(bào)告要求，即6MeV允許誤差范圍為(-12.2%～12.5%)，9MeV為(-13.3%～13.7%)，12MeV為(-11.5%～11.9%)[3]。

圖3 3檔能量穩(wěn)定性(D50/Dmax)分析Figure 3. Stability of 3 Patterns of Energy (D50/Dmax)

2.3 IORT病例數(shù)據(jù)

2017年5月～2018年7月，我院共進(jìn)行IORT手術(shù)46例。具體病例數(shù)如圖4所示。

由圖4可以看出，胰腺腫瘤接受IORT的比例最高，共29例，占63%。其次為骨與軟組織腫瘤，共7例，占15%。

在46例病例中有39例為1射野，6例2射野，1例3射野照射。其中29例胰腺手術(shù)全部采用1射野，胰腺手術(shù)限光筒使用情況見圖5。由圖5可以看出胰腺手術(shù)使用的限光筒直徑多為5cm，有13例，占44.8%。4cm和5.5cm直徑各5例。

圖4 病例統(tǒng)計(jì)Figure 4. Case Statistics

圖5 胰腺手術(shù)限光筒使用情況Figure 5. Statistic of Applicator Used in Pancreatic Cases

骨/軟組織外科有2例2射野，1例3射野，胃腸外科有2例2射野，結(jié)直腸和宮頸各有1例2射野。

在39例1野照射病例中，12MeV能量有25例，占64.1%，其中胰腺病例為23例，結(jié)直腸2例。9MeV能量有8例，其中胰腺6例，占75%。6MeV能量6例，骨/軟組織有4例，占66.7%。胰腺手術(shù)照射深度約為3cm，射線能量12MeV或9MeV；骨與軟組織腫瘤照射深度較為表淺，靶區(qū)面積大，多采用多射野連接照射，照射深度在1cm左右，能量多為6MeV和9MeV，且多使用補(bǔ)償片，以減少治療深度。在全部46例病例中，僅11例使用補(bǔ)償片，而7例骨/軟組織IORT中就有6例使用補(bǔ)償片，可見骨/軟組織IORT照射深度較淺。在限光筒角度選擇上，0度有33例，占71.7%。

3 討 論

IORT利用低能光子或高能電子線對腫瘤組織或瘤床區(qū)進(jìn)行單次大劑量照射，其劑量跌落陡峭，且可以將正常器官移出靶區(qū)外。IORT可單獨(dú)使用，也可與外照射(external beam radiation therapy,EBRT)相結(jié)合進(jìn)行局部治療，以提高局控率[1]。目前的EBRT大多采用高能光子束。三維適形和調(diào)強(qiáng)技術(shù)的發(fā)展可以有效降低正常組織受量，但對射線敏感組織附近的腫瘤或者對射線不敏感的腫瘤組織，治療效果有限。而IORT可以在醫(yī)生視覺、觸覺引導(dǎo)下直接對瘤床區(qū)或腫瘤組織進(jìn)行單次大劑量照射，同時(shí)避開周圍正常組織和器官;對于腫瘤后面的正常組織的受量可通過調(diào)整射線能量來控制照射深度。如果靶區(qū)內(nèi)有正常組織，可將其移出靶區(qū)范圍。IORT一般只有一個(gè)射野，且源皮距固定，這有利于簡化治療計(jì)劃設(shè)計(jì)。通常物理師只需要根據(jù)限光筒直徑、端面角度、治療深度，選擇適當(dāng)?shù)纳渚€能量，并計(jì)算機(jī)器跳數(shù)。每個(gè)限光筒的劑量分布在對機(jī)器驗(yàn)收時(shí)已進(jìn)行測量，并記錄下來；同時(shí)，不同限光筒和射線能量所對應(yīng)的機(jī)器跳數(shù)也記錄下來，用于治療時(shí)計(jì)算機(jī)器跳數(shù)。

我院引進(jìn)的MOBETRON 2000型移動(dòng)式電子線IORT加速器，其電子線準(zhǔn)直性好，高度聚焦，因此產(chǎn)生的雜散輻射較少。在常規(guī)光子線EBRT中，由于皮膚建成效應(yīng)，表面劑量較低；而MOBETRON采用高能電子線直接對暴露的腫瘤或瘤床區(qū)進(jìn)行單次大劑量輻照，表面劑量在90%左右，3檔能量的Rp最大均不超過60mm，能有效保護(hù)靶區(qū)后組織，且劑量率較高。與光子線EBRT相比，術(shù)中電子線照射治療時(shí)間更短，表面劑量更高，靶區(qū)劑量分布更均勻。但I(xiàn)ORT專用加速器存在兩方面的不足，一是無法像EBRT一樣設(shè)計(jì)放療計(jì)劃，二是由于其每一脈沖劑量較高(3～12 cGy/pulse)，很難使用放療標(biāo)準(zhǔn)劑量計(jì)測量[1]。由于加速器機(jī)頭移動(dòng)范圍有限，因此對患者擺位、手術(shù)切口和限光筒端面角度選擇都有一定的要求；同時(shí)，麻醉機(jī)、監(jiān)護(hù)儀等設(shè)備和醫(yī)生手術(shù)操作習(xí)慣等也需要在術(shù)前考慮。安裝好限光筒后，應(yīng)盡量使限光筒端面與機(jī)頭平行，以利于物理師調(diào)整機(jī)頭位置，節(jié)省調(diào)節(jié)時(shí)間。物理師調(diào)節(jié)激光軟到位系統(tǒng)是一個(gè)比較耗時(shí)的過程，機(jī)頭可在5個(gè)方向上進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)任一方向，均會(huì)引起其余4個(gè)方向的變化。物理師通過激光位置點(diǎn)來判斷調(diào)節(jié)方向，需要多次微調(diào)，不斷縮小誤差范圍，直到激光軟到位燈穩(wěn)定地亮起。此時(shí)機(jī)頭與限光筒之間的距離約為4cm，機(jī)頭與限光筒之間通過激光反射來確定位置偏差，精度小于1mm[8]。激光軟到位系統(tǒng)還會(huì)受到呼吸運(yùn)動(dòng)的影響，尤其在胸腹部IORT時(shí)，可能會(huì)使位置偏差增大而導(dǎo)致治療中斷，因此，需要麻醉師適當(dāng)減小患者呼吸幅度，并加深麻醉[9]。

目前，我們對MOBETRON IORT加速器共進(jìn)行了60多次檢測，其輸出劑量均在±3%以內(nèi)，劑量學(xué)參數(shù)較穩(wěn)定，能滿足臨床應(yīng)用要求[10]。根據(jù)美國醫(yī)學(xué)物理師協(xié)會(huì)TG72號(hào)報(bào)告，能量穩(wěn)定性的評價(jià)方式為IORT加速器百分深度劑量曲線左右各平移1mm后，射線能量改變的范圍[10]。根據(jù)該報(bào)告[10]，我們使用加速器自帶的QA模體進(jìn)行測量，并計(jì)算出3檔能量的允許誤差范圍。IORT屬于單次大劑量照射，對劑量準(zhǔn)確性要求較高，因此，每次實(shí)施前，物理師會(huì)對加速器進(jìn)行QA和QC，并將檢測結(jié)果記錄下來，以便劑量計(jì)算時(shí)進(jìn)行修正。為保證患者得到準(zhǔn)確、安全、可靠的治療，需要設(shè)計(jì)一套規(guī)范合理的QA程序，以確保整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和精確度。為此，我們根據(jù)設(shè)備廠商提供的QA系統(tǒng)和程序，結(jié)合手術(shù)室特殊的防護(hù)環(huán)境，并參考TG72號(hào)報(bào)告[10]，建立了一套合理有效的日常QA程序。

IORT目前主要應(yīng)用于局部晚期和復(fù)發(fā)或反復(fù)發(fā)生的腫瘤，尤其是EBRT已不再適用的患者[11]。近年來，IORT在治療早期乳腺癌方面也取得了可喜的效果[12-14]。我院已完成的46例IORT手術(shù)中，胰腺腫瘤最多，其次為骨與軟組織腫瘤。IORT作為胰腺癌的綜合治療方法之一，可以提高局控率，延長生存時(shí)間，改善患者生活質(zhì)量[15-17]。我院骨與軟組織外科于2018年4月開展第一臺(tái)術(shù)中放療后，IORT患者數(shù)量增長較快。IORT在提高骨與軟組織腫瘤療效的同時(shí)還能保留骨與軟組織部分功能，在腫瘤局部控制上占有明顯優(yōu)勢[18-20]。骨與軟組織腫瘤也是使用接野照射最多的，這是由于患者靶區(qū)較大，一個(gè)射野無法完全覆蓋所有靶區(qū)，或者靶區(qū)間隔較遠(yuǎn)。但接野治療存在一定問題，包括如何銜接才能確保靶區(qū)既不遺漏又不出現(xiàn)過高劑量，相接處劑量分布如何等，需要行進(jìn)一步的研究。IORT采用單次大劑量照射，劑量一般在十幾到幾十Gy，與常規(guī)分割照射不同，IORT這種單次大劑量照射首先破壞腫瘤血管的內(nèi)皮細(xì)胞，繼而引起腫瘤自身免疫反應(yīng)，能有效抑制腫瘤細(xì)胞繁殖周期中細(xì)胞的再氧合和再分布[21]。在放射生物學(xué)理論中，單次照射的治療比比常規(guī)分割照射低，但由于IORT照射區(qū)域較小，且可將正常組織移出靶區(qū)外，因此其對正常組織的損傷大大降低。另一方面，Sindelar等[21]通過實(shí)驗(yàn)證明單次劑量小于25Gy一般不會(huì)產(chǎn)生毒副作用。由于腫瘤局控率與總劑量之間存在明確的關(guān)系，因此，可以通過IORT與EBRT相結(jié)合來提高總體劑量，以獲得更好的局控率。

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