瓦里安呼吸門控實時位置管理系統(tǒng)在4D 放射治療中的應用方式

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)院放療技術科 （山東臨沂 276000）

在體部放射治療中，腫瘤靶區(qū)會隨著呼吸而運動，為了避免因運動導致的腫瘤劑量不足，采取的方法是擴大照射范圍形成內(nèi)靶區(qū)（internal target volume，ITV）[1]。擴大的幅度一般根據(jù)統(tǒng)計結果確定，但實際上不同的患者和不同的腫瘤部位，腫瘤在各個方向的運動幅度不同，因此，若能夠確定腫瘤的個體化范圍，則可減少放射損傷[2]；另一方面，如果只在腫瘤隨呼吸運動到某一位置時實施放射治療，則可在保證腫瘤不脫靶的情況下，進一步減小照射范圍[3]。為此，很多技術得以發(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]。實時位置管理（realtime position management，RPM）系統(tǒng)是瓦里安（Varian）公司針對腫瘤靶區(qū)隨呼吸運動的問題提供的一種放射治療方案[5]。考慮到時間因素或者呼吸運動的放射治療稱之為4D放射治療。本研究旨在探討RPM 系統(tǒng)在4D 放射治療中的應用方式，現(xiàn)報道如下。

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：放射治療的過程包括定位圖像獲取、計劃設計、計劃驗證以及治療實施，在不同的階段均可采用RPM 系統(tǒng)；RPM 系統(tǒng)與CT 模擬機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定相出束治療。

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

1.2 RPM 系統(tǒng)與CT 掃描有關的設置

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，設置方法如下：打開RPM 控制軟件，于View 菜單下點擊system configuration，點擊advanced，選擇CT retrospective（回顧）或者CT prospective（前瞻）。對呼吸相的抓取可選擇時相或幅相，設置方法如下：于View 菜單下點擊session configuration，選取phrase（時相）或者amplitude（幅相）。

1.3 獲取全相圖像的放射治療

圖像獲取：掃描全部相位，首先打開RPM 主機，然后打開CT 主機，如果使用2個標記點的RPM 監(jiān)控模塊，則無需校準，如果使用6個標記點的監(jiān)控模塊，則每次開始前需要進行校準檢查，RPM 程序會自動判斷是否需要實施校準；在CT 機輸入患者信息，擺好患者位置，準備掃描，打開RPM 程序，新建患者，在輸入患者ID 時要與CT 機輸入的一致；RPM 選擇回顧模式，相選擇推薦選擇時相，將反光塊置于患者體表平坦且隨呼吸運動幅度較大的部位，并做好體表位置標記；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，確認接收到波形后，根據(jù)呼吸周期計算每分鐘呼吸循環(huán)次數(shù)，查表確定螺距并進行設定，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，輸入存儲文件參數(shù)，其中Exam No、Series No 與CT 機一致，否則呼吸文件無法導入CT 機，存儲文件，CT 機將自動讀取存儲的文件，并重建4D CT 的十個時相序列。

治療計劃：首先在各個時相或主要時相勾畫腫瘤靶區(qū)（gross tumor volume，GTV），然后將其全部復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），外擴計劃靶區(qū)（planning target volume，PTV），做治療計劃。

治療實施：同常規(guī)放射治療，治療時不采用RPM系統(tǒng)。

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

1.4 獲取指定相圖像下的門控放射治療

圖像獲取：掃描單個相位，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，確認接收到波形，不設定螺距，RPM 控制軟件開啟門控，CT 開始掃描，掃描時RPM 控制CT 掃描時機，CT 機只在指定的相進行掃描，不掃描其他相；掃描結束后無文件，CT 機無需呼吸文件進行圖像重建。

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

治療實施：實施前驗證RPM 控制治療機在指定的相出束，并準確照射到移動靶區(qū)，驗證通過后即可通過RPM 控制直線加速器實現(xiàn)門控放射治療。

1.5 RPM 門控放射治療前的驗證

在加速器下，為在治療前透視驗證RPM 系統(tǒng)是否控制直線加速器在指定的相出束，需要進行額外設置，具體步驟如下：在Eclipse 計劃系統(tǒng)中創(chuàng)立擺位野，在擺位野下創(chuàng)建MLC，MLC 適形為可觀測的移動靶區(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肌）；批準計劃時，選擇需要顯示在數(shù)字重建射線影像（digitally reconstructed radiograph，DRR）上的輪廓，通過這兩項處理，在加速器下實施透視時，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RPM 控制射線的開啟時機會顯示在透視圖像上，并通過顏色變化提示出束時刻，輪廓線和MLC 射野指示為綠色，說明射線不出束，為紅色說明射線出束；根據(jù)輪廓顏色的變化，判斷出束時靶區(qū)或膈肌是否剛好移動到MLC射野之內(nèi)，是則說明未脫靶，否則說明存在脫靶，需要排查原因。

1.6 RPM 系統(tǒng)治療實施

打開RPM 控制軟件，選擇患者，打開參考曲線，然后依次點擊治療、記錄、開啟門控；加速器控制臺打開患者，調(diào)出計劃，準備治療，按下Beam ON，此時射線出束時機已由RPM 系統(tǒng)控制，RPM 系統(tǒng)根據(jù)呼吸曲線的設置，在呼吸進入預設相時通知加速器出束，實現(xiàn)指定相門控放射治療。

2 結果

2.1 RPM 全相圖像獲取治療方案

在飛利浦大孔徑CT 機上選擇oncology 掃描圖卡，選擇Resp 4D CT Chest 項目，RPM 設置選擇CT retospective（回顧）方式及phase 時相掃描，見圖1。

圖1 RPM 控制軟件回顧前瞻，幅相時相設置界面

在RPM 控制軟件上依次點擊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 控制軟件上點擊Stop Gating、Save，保存呼吸文件等待CT 機讀取，CT 機讀取呼吸文件，并重建出包含十個呼吸時相的圖像序列，即為4D CT。

計劃設計與治療實施：勾畫靶區(qū)有3種方式，分別為在每個時相序列圖像上勾畫、挑選吸氣末呼氣末以及中間3個時相勾畫、在密度最大投影融合圖像上勾畫。融合靶區(qū)即為ITV，外擴（只考慮擺位誤差，不考慮呼吸運動幅度）為PTV，最后將PTV 復制到平均密度投影融合圖像上進行計劃設計，治療時無需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 機上選擇oncology 掃描圖卡，選擇Resp single Phrase 項目，RPM 設置選擇CT prospective（前瞻）方式及Amplitude 幅相掃描，見圖1；在RPM 控制軟件上依次點擊Track、Record、Enable Gating，見圖2；通過調(diào)整藍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RPM 控制CT 機只在指定的呼吸相出束掃描，掃描完畢后在RPM 控制軟件上點擊停止門控 ，CT 重建出一個相的圖像序列。

計劃設計、驗證與實施：靶區(qū)勾畫完畢外擴為PTV，進行計劃設計，為實現(xiàn)治療前動態(tài)透視驗證，在Eclipse 計劃系統(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，批準計劃時選擇將靶區(qū)或膈肌顯示在DRR 上，治療時間乘數(shù)改為4或5，見圖4。

圖4 Eclipse 計劃系統(tǒng)透視驗證參數(shù)設置

治療前透視驗證，將直線加速器開啟到透視模式，在RPM 控制軟件點擊驗證，然后開啟門控，加速器開啟透視，并同時顯示MLC 以及器官輪廓，并通過輪廓顏色變化模擬加速器實際出束時機，輪廓顏色在出束時顯示紅色，不出束時顯示綠色；仔細觀察器官隨呼吸的移動以及MLC 顏色，若MLC 變紅，器官剛好運動至照射范圍內(nèi)，則說明驗證通過，見圖5。

圖5 治療前透視驗證界面

治療時，在RPM 控制軟件點擊治療、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種治療方式在各個環(huán)節(jié)的占用時間、是否透視驗證以及PTV 靶區(qū)等幾個方面存在差別，見表1。

表1 3種治療方式比較

3 討論

在行CT 掃描時，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，放射治療時會在整個呼吸周期持續(xù)照射靶區(qū)及移動范圍；獲取單相圖像，放射治療時，只在該相時刻出射線，照射范圍不包含靶區(qū)移動范圍。

除此之外，RPM 系統(tǒng)還可以在獲取全相圖像下實現(xiàn)指定相的門控放射治療。CT 圖像采集掃描全部相位，計劃設計時在幾個指定時相勾畫靶區(qū)，治療實施時，RPM 系統(tǒng)控制治療機在指定相出射線照射靶區(qū)。

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

如果患者呼吸運動幅度過大（＞1 cm），應采用RPM單相放射治療方案，以減小照射體積；如果呼運動幅度小（＜1 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)移動幅度，并根據(jù)移動幅度決定采用何種放射治療方案；通過采用無均整模器模式射束，提高劑量率，縮短治療時間[7]。

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

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