瓦里安呼吸門控實(shí)時(shí)位置管理系統(tǒng)在4D 放射治療中的應(yīng)用方式

趙汝彬，郝連花，張紅葉，袁清偉，陳濤（通信作者）

山東省臨沂市人民醫(yī)院放療技術(shù)科 （山東臨沂 276000）

在體部放射治療中，腫瘤靶區(qū)會(huì)隨著呼吸而運(yùn)動(dòng)，為了避免因運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的腫瘤劑量不足，采取的方法是擴(kuò)大照射范圍形成內(nèi)靶區(qū)（internal target volume，ITV）[1]。擴(kuò)大的幅度一般根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果確定，但實(shí)際上不同的患者和不同的腫瘤部位，腫瘤在各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)幅度不同，因此，若能夠確定腫瘤的個(gè)體化范圍，則可減少放射損傷[2]；另一方面，如果只在腫瘤隨呼吸運(yùn)動(dòng)到某一位置時(shí)實(shí)施放射治療，則可在保證腫瘤不脫靶的情況下，進(jìn)一步減小照射范圍[3]。為此，很多技術(shù)得以發(fā)展，主要有兩類，分別為同步呼吸放射治療和控制呼吸放射治療[4]。實(shí)時(shí)位置管理（realtime position management，RPM）系統(tǒng)是瓦里安（Varian）公司針對(duì)腫瘤靶區(qū)隨呼吸運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題提供的一種放射治療方案[5]?？紤]到時(shí)間因素或者呼吸運(yùn)動(dòng)的放射治療稱之為4D放射治療。本研究旨在探討RPM 系統(tǒng)在4D 放射治療中的應(yīng)用方式，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 材料與方法

瓦里安公司Trilogy 直線加速器（帶影像透視功能），瓦里安公司Eclipse 13.6計(jì)劃系統(tǒng)，飛利浦Big Bore 大孔徑CT 以及瓦里安呼吸門控RPM 系統(tǒng)1.7.13（MR2）。

1.1 RPM 系統(tǒng)的原理與方式

RPM 系統(tǒng)的原理：放射治療的過(guò)程包括定位圖像獲取、計(jì)劃設(shè)計(jì)、計(jì)劃驗(yàn)證以及治療實(shí)施，在不同的階段均可采用RPM 系統(tǒng)；RPM 系統(tǒng)與CT 模擬機(jī)配合可以獲取全相圖像或指定相圖像，且與直線加速器配合可控制治療機(jī)定相出束治療。

RPM 系統(tǒng)的方式：（1）呼吸循環(huán)切分，一個(gè)呼吸循環(huán)可以切分為各個(gè)部分，稱為相，切分方式可以根據(jù)呼吸周期或呼吸幅度，相應(yīng)的稱為時(shí)相或幅相；（2）RPM 系統(tǒng)與CT 模擬機(jī)配合進(jìn)行圖像采集有兩種方式，全相掃描與單相掃描，全相掃描是將一個(gè)呼吸周期分為十個(gè)相，每個(gè)相都進(jìn)行掃描，從而獲得患者整個(gè)呼吸周期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，又稱4D CT，單相掃描是只掃描一個(gè)指定的相，可以是時(shí)相或幅相；（3）RPM 系統(tǒng)與直線加速器配合實(shí)施治療，RPM 系統(tǒng)控制直線加速器出束，通過(guò)監(jiān)控患者的呼吸曲線，只在呼吸進(jìn)行到某一指定相時(shí)命令加速器出束。

1.2 RPM 系統(tǒng)與CT 掃描有關(guān)的設(shè)置

若采用全相掃描，則CT 掃描需要使用回顧方式，若采用單相掃描，則需要使用前瞻方式，設(shè)置方法如下：打開RPM 控制軟件，于View 菜單下點(diǎn)擊system configuration，點(diǎn)擊advanced，選擇CT retrospective（回顧）或者CT prospective（前瞻）。對(duì)呼吸相的抓取可選擇時(shí)相或幅相，設(shè)置方法如下：于View 菜單下點(diǎn)擊session configuration，選取phrase（時(shí)相）或者amplitude（幅相）。

1.3 獲取全相圖像的放射治療

圖像獲?。簰呙枞肯辔?，首先打開RPM 主機(jī)，然后打開CT 主機(jī)，如果使用2個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的RPM 監(jiān)控模塊，則無(wú)需校準(zhǔn)，如果使用6個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的監(jiān)控模塊，則每次開始前需要進(jìn)行校準(zhǔn)檢查，RPM 程序會(huì)自動(dòng)判斷是否需要實(shí)施校準(zhǔn)；在CT 機(jī)輸入患者信息，擺好患者位置，準(zhǔn)備掃描，打開RPM 程序，新建患者，在輸入患者ID 時(shí)要與CT 機(jī)輸入的一致；RPM 選擇回顧模式，相選擇推薦選擇時(shí)相，將反光塊置于患者體表平坦且隨呼吸運(yùn)動(dòng)幅度較大的部位，并做好體表位置標(biāo)記；打開RPM 控制軟件，先追蹤，待穩(wěn)定后開始記錄；CT 選擇全相呼吸掃描模式，確認(rèn)接收到波形后，根據(jù)呼吸周期計(jì)算每分鐘呼吸循環(huán)次數(shù)，查表確定螺距并進(jìn)行設(shè)定，RPM 控制軟件開啟門控，CT 開始掃描；掃描完畢等待接收呼吸文件，RPM 軟件停止門控，輸入存儲(chǔ)文件參數(shù)，其中Exam No、Series No 與CT 機(jī)一致，否則呼吸文件無(wú)法導(dǎo)入CT 機(jī)，存儲(chǔ)文件，CT 機(jī)將自動(dòng)讀取存儲(chǔ)的文件，并重建4D CT 的十個(gè)時(shí)相序列。

治療計(jì)劃：首先在各個(gè)時(shí)相或主要時(shí)相勾畫腫瘤靶區(qū)（gross tumor volume，GTV），然后將其全部復(fù)制到平均密度投影圖像上，最后融合為ITV（或在最大密度融合圖像上直接勾畫ITV），外擴(kuò)計(jì)劃靶區(qū)（planning target volume，PTV），做治療計(jì)劃。

治療實(shí)施：同常規(guī)放射治療，治療時(shí)不采用RPM系統(tǒng)。

總之，通過(guò)RPM 系統(tǒng)配合CT 獲取4D CT，用于勾畫ITV，在治療時(shí)不采用RPM 系統(tǒng)。

1.4 獲取指定相圖像下的門控放射治療

圖像獲?。簰呙鑶蝹€(gè)相位，RPM 選擇前瞻方式，相選擇推薦選擇幅相，打開RPM 控制軟件先追蹤，根據(jù)患者呼吸曲線，選擇掃描的相，推薦選擇呼氣末，待呼吸穩(wěn)定后開始記錄；CT 選擇單相呼吸掃描模式，確認(rèn)接收到波形，不設(shè)定螺距，RPM 控制軟件開啟門控，CT 開始掃描，掃描時(shí)RPM 控制CT 掃描時(shí)機(jī)，CT 機(jī)只在指定的相進(jìn)行掃描，不掃描其他相；掃描結(jié)束后無(wú)文件，CT 機(jī)無(wú)需呼吸文件進(jìn)行圖像重建。

治療計(jì)劃：勾畫靶區(qū)，外擴(kuò)PTV，做治療計(jì)劃，此時(shí)的CT 圖像為指定呼吸相的圖像，所做的治療計(jì)劃只是針對(duì)該時(shí)刻的靶區(qū)位置，因此放射治療時(shí)，需要只在該時(shí)刻出束，采用RPM 系統(tǒng)。

治療實(shí)施：實(shí)施前驗(yàn)證RPM 控制治療機(jī)在指定的相出束，并準(zhǔn)確照射到移動(dòng)靶區(qū)，驗(yàn)證通過(guò)后即可通過(guò)RPM 控制直線加速器實(shí)現(xiàn)門控放射治療。

1.5 RPM 門控放射治療前的驗(yàn)證

在加速器下，為在治療前透視驗(yàn)證RPM 系統(tǒng)是否控制直線加速器在指定的相出束，需要進(jìn)行額外設(shè)置，具體步驟如下：在Eclipse 計(jì)劃系統(tǒng)中創(chuàng)立擺位野，在擺位野下創(chuàng)建MLC，MLC 適形為可觀測(cè)的移動(dòng)靶區(qū)或器官（可見的周圍性肺癌靶區(qū)，若靶區(qū)不可見則可選擇勾畫并觀察膈?。?；批準(zhǔn)計(jì)劃時(shí)，選擇需要顯示在數(shù)字重建射線影像（digitally reconstructed radiograph，DRR）上的輪廓，通過(guò)這兩項(xiàng)處理，在加速器下實(shí)施透視時(shí)，透視圖像上可以顯示MLC 及靶區(qū)輪廓；打開RPM 控制軟件，打開參考呼吸曲線，點(diǎn)擊Verify，加速器影像系統(tǒng)開啟到透視模式并打開輪廓顯示；RPM 控制軟件開啟門控，加速器按下透視按鍵開始透視，此時(shí)RPM 控制射線的開啟時(shí)機(jī)會(huì)顯示在透視圖像上，并通過(guò)顏色變化提示出束時(shí)刻，輪廓線和MLC 射野指示為綠色，說(shuō)明射線不出束，為紅色說(shuō)明射線出束；根據(jù)輪廓顏色的變化，判斷出束時(shí)靶區(qū)或膈肌是否剛好移動(dòng)到MLC射野之內(nèi)，是則說(shuō)明未脫靶，否則說(shuō)明存在脫靶，需要排查原因。

1.6 RPM 系統(tǒng)治療實(shí)施

打開RPM 控制軟件，選擇患者，打開參考曲線，然后依次點(diǎn)擊治療、記錄、開啟門控；加速器控制臺(tái)打開患者，調(diào)出計(jì)劃，準(zhǔn)備治療，按下Beam ON，此時(shí)射線出束時(shí)機(jī)已由RPM 系統(tǒng)控制，RPM 系統(tǒng)根據(jù)呼吸曲線的設(shè)置，在呼吸進(jìn)入預(yù)設(shè)相時(shí)通知加速器出束，實(shí)現(xiàn)指定相門控放射治療。

2 結(jié)果

2.1 RPM 全相圖像獲取治療方案

在飛利浦大孔徑CT 機(jī)上選擇oncology 掃描圖卡，選擇Resp 4D CT Chest 項(xiàng)目，RPM 設(shè)置選擇CT retospective（回顧）方式及phase 時(shí)相掃描，見圖1。

圖1 RPM 控制軟件回顧前瞻，幅相時(shí)相設(shè)置界面

在RPM 控制軟件上依次點(diǎn)擊Track、Record、Enable Gating，見圖2。

圖2 RPM 控制軟件開啟門控菜單

于CT 控制端觀察是否收到呼吸波形，收到后開始掃描，掃描完畢后在RPM 控制軟件上點(diǎn)擊Stop Gating、Save，保存呼吸文件等待CT 機(jī)讀取，CT 機(jī)讀取呼吸文件，并重建出包含十個(gè)呼吸時(shí)相的圖像序列，即為4D CT。

計(jì)劃設(shè)計(jì)與治療實(shí)施：勾畫靶區(qū)有3種方式，分別為在每個(gè)時(shí)相序列圖像上勾畫、挑選吸氣末呼氣末以及中間3個(gè)時(shí)相勾畫、在密度最大投影融合圖像上勾畫。融合靶區(qū)即為ITV，外擴(kuò)（只考慮擺位誤差，不考慮呼吸運(yùn)動(dòng)幅度）為PTV，最后將PTV 復(fù)制到平均密度投影融合圖像上進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，治療時(shí)無(wú)需RPM，同常規(guī)放射治療。

2.2 RPM 指定相放射治療方案

在飛利浦大孔徑CT 機(jī)上選擇oncology 掃描圖卡，選擇Resp single Phrase 項(xiàng)目，RPM 設(shè)置選擇CT prospective（前瞻）方式及Amplitude 幅相掃描，見圖1；在RPM 控制軟件上依次點(diǎn)擊Track、Record、Enable Gating，見圖2；通過(guò)調(diào)整藍(lán)色和橙色橫線選擇掃描的相（需抓取的患者呼吸階段），選擇呼氣末穩(wěn)定時(shí)段，見圖3。

圖3 RPM 控制軟件選定掃描幅相方法

于CT 控制端觀察是否收到呼吸波形，收到后開始掃描，此時(shí)RPM 控制CT 機(jī)只在指定的呼吸相出束掃描，掃描完畢后在RPM 控制軟件上點(diǎn)擊停止門控 ，CT 重建出一個(gè)相的圖像序列。

計(jì)劃設(shè)計(jì)、驗(yàn)證與實(shí)施：靶區(qū)勾畫完畢外擴(kuò)為PTV，進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)治療前動(dòng)態(tài)透視驗(yàn)證，在Eclipse 計(jì)劃系統(tǒng)中添加擺位野，野下添加MLC，并將MLC 適形為透視可見的靶區(qū)，如果靶區(qū)不可見，適形為膈肌，批準(zhǔn)計(jì)劃時(shí)選擇將靶區(qū)或膈肌顯示在DRR 上，治療時(shí)間乘數(shù)改為4或5，見圖4。

圖4 Eclipse 計(jì)劃系統(tǒng)透視驗(yàn)證參數(shù)設(shè)置

治療前透視驗(yàn)證，將直線加速器開啟到透視模式，在RPM 控制軟件點(diǎn)擊驗(yàn)證，然后開啟門控，加速器開啟透視，并同時(shí)顯示MLC 以及器官輪廓，并通過(guò)輪廓顏色變化模擬加速器實(shí)際出束時(shí)機(jī)，輪廓顏色在出束時(shí)顯示紅色，不出束時(shí)顯示綠色；仔細(xì)觀察器官隨呼吸的移動(dòng)以及MLC 顏色，若MLC 變紅，器官剛好運(yùn)動(dòng)至照射范圍內(nèi)，則說(shuō)明驗(yàn)證通過(guò)，見圖5。

圖5 治療前透視驗(yàn)證界面

治療時(shí)，在RPM 控制軟件點(diǎn)擊治療、開啟門控，加速器開啟治療，RPM 根據(jù)患者呼吸到指定范圍后控制直線加速器出束，呼吸離開指定范圍后停止出束，直至完成所有治療。

2.3 常規(guī)放射治療、全相放射治療和單相放射治療比較

3種治療方式在各個(gè)環(huán)節(jié)的占用時(shí)間、是否透視驗(yàn)證以及PTV 靶區(qū)等幾個(gè)方面存在差別，見表1。

表1 3種治療方式比較

3 討論

在行CT 掃描時(shí)，使用RPM 系統(tǒng)可獲取全相圖像即4D CT，也可獲取單相圖像。獲取全相圖像，勾畫ITV，放射治療時(shí)會(huì)在整個(gè)呼吸周期持續(xù)照射靶區(qū)及移動(dòng)范圍；獲取單相圖像，放射治療時(shí)，只在該相時(shí)刻出射線，照射范圍不包含靶區(qū)移動(dòng)范圍。

除此之外，RPM 系統(tǒng)還可以在獲取全相圖像下實(shí)現(xiàn)指定相的門控放射治療。CT 圖像采集掃描全部相位，計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)在幾個(gè)指定時(shí)相勾畫靶區(qū)，治療實(shí)施時(shí)，RPM 系統(tǒng)控制治療機(jī)在指定相出射線照射靶區(qū)。

采用4D CT 可以勾畫ITV，使得PTV 的范圍不會(huì)盲目擴(kuò)大，在不丟失靶區(qū)的情況下減小照射體積。使用單時(shí)相，只在呼吸進(jìn)入指定相時(shí)出束照射，照射體積更小[6]。

如果患者呼吸運(yùn)動(dòng)幅度過(guò)大（＞1 cm），應(yīng)采用RPM單相放射治療方案，以減小照射體積；如果呼運(yùn)動(dòng)幅度?。ǎ? cm），可采用RPM 全相掃描放射治療方案。為此，在圖像獲取階段，需要同時(shí)獲取全相4D CT 圖像與幅度控制單相圖像，根據(jù)4D CT 圖像判斷靶區(qū)移動(dòng)幅度，并根據(jù)移動(dòng)幅度決定采用何種放射治療方案；通過(guò)采用無(wú)均整模器模式射束，提高劑量率，縮短治療時(shí)間[7]。

通過(guò)RPM 系統(tǒng)與CT 模擬機(jī)和直線加速器的配合，可以實(shí)現(xiàn)不同放射治療方式。需要注意的是，不同的方案在治療復(fù)雜度、治療時(shí)間與照射范圍上存在差異，合理選擇RPM 的使用方式，可以實(shí)現(xiàn)最佳的治療增益。

［參考文獻(xiàn)］

［1］ Hodapp N. The ICRU Report 83: prescribing, recording and reporting photon-beam intensity-modulated radiation therap (IMRT) [J]. Strahlenther Onkol, 2012, 188(1): 97-99.

［2］ 王義海，阿合力·那斯肉拉，潘廣鵬，等.四維CT 呼吸門控技術(shù)聯(lián)合圖像引導(dǎo)放射治療在肺癌中的應(yīng)用[J].重慶醫(yī)學(xué)，2014（30）：3994-3996.

［3］ Patel AA, Wolfgang JA, Niemierko A, et al. Implications of Respiratory Motion as Measured by Four-Dimensional Computed Tomography for Radiation Treatment Planning of Esopageal Cancer[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2009, 74(1): 290-296.

［4］ 陳博，楊怡萍. 呼吸門控技術(shù)在胸部腫瘤放射治療中的研究進(jìn)展[J]. 現(xiàn)代腫瘤醫(yī)學(xué)，2019，27（12）：184-187.

［5］ Liu J, Lin T, Fan JJ, et al. Evaluation of the combined use of two different respiratory monitoring systems for 4D CT simulatio and gated treatment[J]. J Appl Clin Med Phys, 2018, 19(5): 666-675.

［6］ Weiss E, Wijesooriya K, Dill SV, et al. Tumor and normal tissue motion in the thorax during respiration: Analysis of volumetric and positional variatons using 4DCT[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2007, 67(1): 296-307.

［7］ 劉穆平，初磊，鄧煜，等. 呼吸門控技術(shù)以及非均整模式應(yīng)用于早期非小細(xì)胞肺癌小[J]. 腫瘤預(yù)防與治療，2019，32（8）：707-710.