2. 济宁市疾病预防控制中心，山东 济宁 272008;
3. 山东省医学科学院放射医学研究所，山东 济南 250062
2. Jining Center for Disease Control and Prevention, Jining 272008 China;
3. Institute of Radiation Medicine, Shandong Academy of Medicine Sciences, Jinan 250062 China
胸腹部肿瘤放射治疗时，由于靶区受到呼吸、心跳的影响而产生较大位移，常规加速器静态调强放射治疗难以保证放疗的精度，进而将导致肿瘤控制率降低而不良反应率升高。即使使用具有呼吸追踪性能的放射治疗技术，例如呼吸门控系统，由于呼吸运动追踪偏差，也将导致正常组织剂量计算误差及正常组织曝露在高剂量照射下的危险性增加[1]。与常规加速器静态调强放射治疗相比，螺旋断层放射治疗系统（TOMO）用于非移动靶区治疗时其剂量均匀性更好，对邻近组织器官的损伤更小[2]。那么，当TOMO用于胸腹部肿瘤放射治疗时，呼吸运动对其剂量分布的影响如何？本研究使用GAFCHROMIC® EBT3型免冲洗胶片和山东省医学科学院放射医学研究所研制的RTP-B2型放射治疗质量控制检测运动模体，对1台螺旋断层放射治疗装置的靶区剂量分布进行了测量。对得到的剂量分布胶片使用SNC Patient分析软件进行分析，通过“通过率”（即“符合程度”，以下同）指标评价了呼吸运动对TOMO靶区剂量分布造成的影响。
1 材料与方法 1.1 材料与仪器放射治疗质量控制检测运动模体（RTP-B2型，山东省医学科学院放射医学研究所），由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料制成，可在水平方向上运动；美国国际特品公司GAFCHROMIC® EBT3型免冲洗胶片（批次04111801），使用前对胶片进行剂量刻度，以靶区中心剂量进行归一；美国安可锐公司HD型螺旋断层放射治疗装置及其治疗计划系统。
1.2 研究方法 1.2.1 放射治疗计划CT扫描运动模体，做三维适形放射治疗计划，经过靶区中心的水平断面（X-Y平面）为近似长方形，长边长度约4.7 cm，短边长度约3.4 cm，见图1。处方剂量400 cGy，Y轴向射野宽度5.048 cm，机架旋转4.5圈，进床距离9.7 cm。批准治疗计划，下传到治疗设备。
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图 1 经过靶区中心的水平断面（X-Y 平面）治疗计划 Figure 1 Horizontal section (X-Y plane) treatment plan through the center of the target |
将运动模体移至治疗床上，在模体非运动状态下，执行一次治疗计划，获得1张对照组剂量分布胶片；再在模体运动状态下（头脚方向动度1.5 cm，频率20次/分钟），执行一次治疗计划，获得1张研究组剂量分布胶片。运动模体及现场照射实验，见图2。
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图 2 运动模体及现场照射实验图 Figure 2 Motion phantom and irradiation experiment |
将胶片放入胶片扫描仪进行扫描，获得图像。使用胶片分析软件，测量对照组剂量分布胶片、研究组剂量分布胶片的治疗计划靶区（95%剂量曲线）宽度、半影宽度，并与治疗计划值进行比较；再对对照组剂量分布胶片、研究组剂量分布胶片进行“通过率”分析，得到“通过率”结果。
1.2.4 “通过率”评价标准根据美国医学物理师协会（AAPM）推荐的剂量验证评价方法，采用DTA（Distance to Agreement）协议进行相对剂量（RD）分布的“通过率”分析。
2 结 果 2.1 胶片灰度图像对照组胶片及研究组胶片的灰度图像见图3。
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图 3 胶片灰度图像（左：无呼吸运动 右：有呼吸运动） Figure 3 Gray film (left: non-respiratory movement, right: respiratory movement) |
治疗计划（TPS）中给出的95%剂量曲线（靶区）宽度、辐射野的半影宽度（以下简称“半影宽度”）及其胶片分析结果见表1。对照组胶片及研究组胶片的剂量分布曲线（90%剂量曲线、80%剂量曲线、20%剂量曲线）图见图4。由表1可知，胶片分析得到的无呼吸运动时靶区包绕曲线（95%剂量曲线）宽度与治疗计划值最大偏差约2.4 mm，而有呼吸运动时靶区包绕曲线宽度与治疗计划值最大偏差达到了27.2 mm；无呼吸运动时靶区半影宽度分别为31 mm（头方向）、28.5 mm（脚方向），而有呼吸运动时靶区半影宽度分别为39.7 mm（头方向）、37 mm（脚方向）。由胶片剂量分布曲线图得到的测量结果与胶片灰度肉眼观察结果吻合。呼吸运动在运动方向（头-脚方向）上对TOMO靶区剂量分布造成的影响较大，导致治疗计划靶区包绕的体积明显变小而半影区明显扩大。
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表 1 95%剂量曲线（靶区）宽度、半影宽度治疗计划值及其胶片分析结果 Table 1 Treatment plan values and film analysis results of target width of the 95% dose curve and penumbra width |
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Figure 4 Dose distribution curve (left: non-respiratory movement, right: respiratory movement) |
有、无呼吸运动时胶片剂量分布“通过率”分析结果见表2。由表2可知，其“通过率”仅为12.3%，有呼吸运动时的胶片剂量分布与无呼吸运动时的剂量分布存在明显不同，这与图4中的剂量分布曲线图所表现出的结果吻合。
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表 2 无呼吸运动胶片与有呼吸运动胶片90%剂量分布通过率分析结果 Table 2 Pass rate of 90% dose distribution in the non-respiratory movement film and respiratory movement film |
2021年在中国肿瘤杂志上发表的《中国放射治疗相关的器官运动管理指南》[3]中指出：在放射治疗技术快速发展的今天，了解肿瘤的运动规律，研究控制其运动的方法，可有效地缩小肿瘤内边界，减小计划靶区，更好地发挥先进技术的优势，达到既提高肿瘤控制率，又不增加正常组织并发症的目的，从而扩大放射治疗增益比，达到更好的治疗效果。胸腹部肿瘤，例如肺癌、肝癌、胰腺癌等受呼吸运动的影响发生放射治疗靶区移动已成为业界共识，《2019 年美国放射治疗及肿瘤学会临床实践指南：胰腺癌的放射治疗》[4]中，对于接受SBRT的胰腺癌患者，推荐采用呼吸运动管理技术的推荐强度为“强”、证据等级为“高”、共识率为“100%”。研究发现胸腹部器官在头脚方向（H-F）上的运动幅度大于其前后方向（A-P）和左右方向（L-R）上的运动幅度[5，6]。Seppenwoolde[7]研究发现肺下部肿瘤头脚方向上的平均运动幅度为（12 ± 2） mm，而在前后方向和左右方向上的平均运动幅度为 （2 ± 1）mm，因此，本实验对头脚方向上的运动对TOMO靶区剂量分布的影响进行了研究。当运动幅度大于5 mm时，常规的通过外放边界的方法已不能使肿瘤靶区获得理想的剂量分布[8]。
螺旋断层放射治疗系统是一款专门为图像引导调强放疗而设计的，代表着最新一代的断层射线治疗技术。相比普通直线加速器，TOMO在治疗方式上有很多不同，其能在 360°范围内全角度实施切片式照射，照射过程中，机架旋转，床运动，加速器脉冲和二元气动多叶准直器保持同步。对于这样一种新型的调强放疗技术，建立规范的调强放疗计划质量保证体系，保证调强放疗的安全可靠性尤显重要[9]。目前临床上通常采用厂家提供的专用圆柱形模体，例如Arc CHECK 剂量验证系统（Sun nuclear 公司，美国），配合电离室、胶片等进行治疗计划剂量验证，这种验证方法对于头颈部肿瘤等相对不产生位移的靶区治疗计划能够提供足够的质量保证，但对于胸腹部肿瘤等产生较大位移的靶区治疗计划则显不足。这与临床上缺乏相应的质量控制运动模体和评价方法有关。GAFCHROMIC® EBT3型胶片用于吸收剂量测量稳定可靠，通过刻度胶片建立扫描值与胶片吸收剂量之间的对应关系，可将验证胶片的扫描值转换成吸收剂量[10]。本研究使用GAFCHROMIC® EBT3型胶片和山东省医学科学院放射医学研究所研制的RTP-B2型运动模体测量了TOMO在呼吸运动下的剂量分布，按照AAPM推荐的 “通过率”方法评价了呼吸运动对剂量分布的影响，这是对TOMO用于胸腹部肿瘤靶区治疗计划开展质量保证工作的有益尝试。
根据本研究结果，呼吸运动在运动方向上对TOMO靶区剂量分布造成的影响较大，导致治疗计划靶区包绕的体积变小而半影区扩大。因此，临床上制定胸腹部肿瘤TOMO治疗计划时器官运动对靶区剂量分布的影响不容忽视，有必要在临床上提倡使用具有运动功能的模体开展相应的验证工作，从而实现精确放疗的目的。
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