射波刀同步呼吸追踪放疗应注意的问题及对策

赵 瑞，李 莎，张 京，曹小波，田种泽

（联勤保障部队第940 医院放疗科，兰州730050）

0 引言

射波刀放疗影像追踪定位技术主要包括颅骨追踪、脊柱追踪、金标追踪和同步呼吸追踪技术[1]。对于受呼吸影响、X 射线平片看不到的肿瘤（如肝癌）需采用同步呼吸追踪联合金标追踪的方法进行射波刀放疗；对于受呼吸影响、X 射线平片可见的肺周围型肿瘤则需采用同步呼吸追踪联合脊柱追踪、肿瘤追踪的方法（以下统称“肺追踪”）进行射波刀放疗。射波刀放疗同步呼吸追踪技术与传统放疗呼吸门控技术[2]相比，具有治疗射束随肿瘤运动（受呼吸运动影响）而移动、各呼吸时相治疗射束不中断及执行效率高的特点，是射波刀放疗临床实施难度最高的一项影像追踪放疗技术。我院自开展G4 射波刀放疗10 年来，采用同步呼吸追踪技术治疗肿瘤患者累计600 余例，取得了良好的放疗效果。现对其实施过程中应注意的相关问题及处理方法进行分析总结，以供同仁参考。

1 呼吸追踪背心的穿戴和呼吸Marker 点的粘贴要求

1.1 呼吸追踪背心的穿戴

射波刀放疗系统随配呼吸追踪背心分大、中、小3 种型号，为充分反映患者的呼吸状态，应根据患者体型选择相应型号，以赤膊紧身穿着最为理想。考虑到环境温度、患者心理、卫生需求等原因赤膊穿着常常不易实现，患者保留衣着应尽量紧身轻薄，呼吸追踪背心的型号选择应做到宁紧勿松，以防患者自有衣服褶皱引起患者不适、体位变动及同步呼吸曲线锯齿波的出现，影响射波刀放疗执行的精准性。对于呼吸追踪放疗患者较多的单位，若出现呼吸追踪背心残破，其单位可购买市售紧身背心并缝制相应魔术贴进行替换。

1.2 呼吸Marker 点的粘贴

射波刀同步呼吸追踪呼吸模型主要是为确定运动肿瘤位置与呼吸运动曲线各时相点对应关系（如图1 所示），其追踪精度与呼吸Marker 点是否贴近肿瘤无关，同样与肿瘤运动方向是否一致无关。为便于呼吸追踪红外相机呼吸Marker 点的捕捉及呼吸模型的快速准确建立，呼吸Marker 点应粘贴于患者呼吸动度最大处，并给呼吸追踪红外相机对呼吸Marker 点的获取留有充足的空间，以防后期患者体位/治疗床的调整造成呼吸Marker 点被遮挡。若呼吸Marker 点位于患者体表凹陷（如腹窝）处影响呼吸追踪红外相机捕捉，可垫高呼吸Marker 点并辅以胶布粘贴。呼吸Marker 点的粘贴位置应避开肿瘤治疗区域，以防呼吸Marker 点遮挡射线影响肿瘤放疗处方剂量。

图1 全优呼吸模型曲线

2 患者呼吸模型建模时的相关问题

2.1 放疗前应注意的问题及处理

为使患者呼吸模型快速建立并在治疗过程中保持其呼吸模型不变，放疗前应对患者进行注意事项交待和答疑解惑以消除患者首次放疗时的紧张、恐惧情绪，嘱咐患者在治疗中始终保持平稳呼吸状态，减少因呼吸频率、幅度频繁变化对呼吸追踪定位精度的影响。对于呼吸状况不佳的患者，放疗前应进行呼吸训练，使患者形成良好的规律性呼吸记忆，以方便呼吸模型的建立与后续治疗的顺利进行；对于嗓子干痒的患者，放疗前可嘱咐其口含清凉类润喉糖/片等进行缓解；对于表现为轻中度呼吸道刺激症状的患者，放疗前可给予止咳、平喘、镇静类药物，并在治疗过程中加强对患者精神状态的观察。

2.2 放疗中呼吸模型的选择及参数调整

射波刀放疗有效呼吸模型包括次优和全优2 种呼吸模型（如图2、3 所示），当呼吸模型中有3 个以上呼吸曲线时相点与肿瘤位置相对应时其呼吸模型为次优呼吸模型；当呼吸模型中有7～8 个呼吸曲线时相点与肿瘤位置相对应时其呼吸模型为全优呼吸模型。全优呼吸模型可实现治疗射束相对于肿瘤运动在时间、空间上的同步精确校正，是同步呼吸追踪放疗理想的呼吸模型。相对于全优呼吸模型，次优呼吸模型呼吸时相点与肿瘤位置对应关系比较粗糙，其呼吸追踪定位精度降低，而且呼吸曲线所确定数目越少其呼吸追踪定位精度越低。

图2 次优呼吸模型

图3 全优呼吸模型

由于同步呼吸追踪放疗呼吸模型迭代机制的设计，对于初始呼吸状况不太理想的患者，当其呼吸状态趋向平稳规律时，其次优呼吸模型会随着实时X射线影像摄取数目的增多逐步转化为全优呼吸模型，缩短实时X 射线影像拍摄间隔和呼吸Marker 点位置偏移回查（Lookback）时间（如图4 所示），可促进次优呼吸模型向全优呼吸模型的快速转换；对于呼吸状况始终较差的患者，因其呼吸周期、呼吸模式随着治疗时间的延长会不断发生改变，治疗中还可能伴发呛咳情况，次优呼吸模型通常会贯穿于患者整个治疗过程，对同步呼吸追踪放疗精度影响加大，同样缩短实时X 射线影像拍摄间隔和呼吸Marker点Lookback 时间，会加快呼吸曲线时相点对应肿瘤位置的再调整和增加呼吸曲线时相点确定数目，有助于提高次优呼吸模型的治疗精度。虽然缩短实时X 射线影像拍摄间隔会增加患者额外的辐射剂量[3]，但其可使患者获得更高的治疗收益。

图4 偏移回查设定

3 同步呼吸追踪联合金标追踪相关定位问题的处理

3.1 患者初始体位的标定

同步呼吸追踪联合金标追踪放疗对金标影像定位提供了调整治疗床（Couch）和调整金标偏移（Offset）2 种方法。受呼吸运动对肿瘤植入金标的影响，患者初步摆好体位后若直接使用Offset 方法对金标定位往往难以成功。原因是初始摆位后患者本身的躯体位移加上金标受呼吸运动影响的位移，其区域范围往往超出金标追踪默认搜寻区域范围，而加大金标追踪默认搜寻区域范围则会造成靶区定位系统（target location system，TLS）对金标的查找更加困难，往往需多次使用Offset 方法才能使患者实时金标影像（包括其运动范围）落入TLS定位DRR（digital reconstructed radiograph）影像中的金标影像附近（亦即金标追踪默认搜寻区域范围），此时才容易被TLS 发现和标定。患者初始摆位后若先使用Couch 方法对患者进行体位标定，则患者本身的躯体位移被大幅缩小，即便加上金标呼吸位移范围其区域范围也容易落入TLS 定位DRR 影像中的金标影像附近，可轻松被TLS 识别和发现，即使再次利用Offset 方法对金标定位其使用频次亦会大幅减少，有利于提高同步呼吸追踪联合金标追踪影像定位效率，降低患者额外的辐射剂量。

3.2 金标追踪定位困难的重要原因

在同步呼吸追踪联合金标追踪定位中，若已使用Couch 方法对患者初始体位进行了标定，并且已多次使用Offset 方法，但TLS 仍提示多重错误，无法实现对金标的识别，多是因患者初始体位旋转误差过大导致，尤其是CW/CCW（顺时针/逆时针）旋转误差过大所致，此时需要手工调整患者体位，重新进行同步呼吸追踪联合金标追踪影像定位。若患者体位旋转调整后TLS 提示金标可信度超出阈值范围，可降低金标可信度阈值以实现TLS 对金标的正常识别，然后根据TLS 计算出的体位旋转角度数值的1/3～1/2 进行患者体位调整，一般情况下可使金标可信度得到提高（正式治疗时需将金标可信度重新调回其默认阈值）。患者体位旋转会造成金标X 射线影像尺寸及形状的改变，是其不能被TLS 正常识别并导致金标可信度降低的根本原因。

3.3 金标追踪影像曝光条件的调整

受金标材质尺寸、患者体厚、呼吸频率等的影响，在同步呼吸追踪联合金标追踪放疗中金标可信度可出现时高时低不稳定变化，这是引起射波刀放疗中断的常见原因，可根据患者身体实际情况对实时影像曝光条件进行调整[4]。对于可能因金标材质尺寸、患者体厚导致的金标可信度降低，可尝试调整X 射线曝光条件kV 值；对于可能因患者呼吸频率过快引起的金标可信度降低，可尝试调高X 射线曝光条件管电流（mA）值和降低曝光时间（Ex）值加以解决。

3.4 脊柱追踪辅助放疗计划的使用

基于射波刀TLS 肿瘤放疗六维误差（指三维平移加三维旋转误差）计算的需要，射波刀放疗指南要求肿瘤可用金标数目不应低于3 个。从放疗临床实践看，无论患者处于放疗初期、中期还是末期，受植入金标游动及金标植入位置、距离、角度等的影响，可用金标数目小于3 个的情况时有发生[5]，从而导致无法计算肿瘤三维旋转误差，使得射波刀放疗精度大打折扣。其解决方法是：中断同步呼吸追踪联合金标定位放疗，向主管医师说明情况，采用扩大肿瘤靶区（gross tumor volume，GTV）外部边界措施以避免GTV漏照，并要求物理师制订相应肿瘤部位脊柱追踪辅助放疗计划[6-7]，以期使用脊柱追踪所计算患者体位三维旋转误差代替肿瘤三维旋转误差，尽量减小肿瘤三维旋转误差校正功能丧失给肿瘤放疗带来的不确定影响。当然，重新植入金标或者重新进行CT 扫描定位为理想的解决手段，但受主观或客观因素的影响，放疗临床实践中常常难以实现。

4 肺追踪相关定位问题的处理

4.1 放疗体位的潜在变化及调整

肺追踪是利用同步呼吸追踪获得肺肿瘤实时呼吸时间点位置、利用脊柱追踪获取患者体位三维旋转误差、利用肺肿瘤（X 射线影像）追踪获取肺肿瘤的三维平移误差，从而实现对运动肿瘤的精确放疗。其相对于同步呼吸追踪联合金标追踪的区别在于无法对肿瘤三维旋转误差进行实时检测，只能以患者分次治疗时脊柱追踪首次放疗体位的三维旋转误差检测结果代替肺肿瘤的三维旋转误差检测结果，并且一直沿用至当前分次治疗结束。因此，在肺追踪放疗过程中应特别注重患者放疗体位的潜在变化，尤其是当放疗患者发生呛咳情况时。另外，若治疗中发现肺肿瘤平移误差发生明显改变，则预示患者放疗体位旋转误差也可能发生较大潜在变化，应再次行脊柱追踪检测。准确而又及时的患者放疗体位三维旋转误差的变动预测与校正操作，有利于肺追踪放疗精度的保持。

4.2 肺追踪目标的选择及参数调整

射波刀放疗临床实践中，造成肺追踪放疗困难的常见原因主要包括追踪肿瘤选取不当、追踪肿瘤X 射线实时影像与周围组织分界不清、追踪肿瘤X射线实时影像单侧遮挡及追踪肿瘤存在旋转变形4种情况。肺追踪放疗中的追踪肿瘤是指用于X 射线影像追踪和呼吸模型建立的参考标志，在放疗计划制订时追踪肿瘤可选取为GTV 或者计划靶区（planning target volume，PTV）。从我院肺追踪放疗临床实践看，将PTV 作为追踪肿瘤其定位参数dxAB（x轴配对公差）波动较大，容易造成呼吸建模或治疗中断，而选择GTV 则很少出现这种情况，原因与GTV 外扩为PTV 后所包含较多低密度肺组织会影响TLS对追踪肿瘤边界的判定有关[8]。当患者追踪肿瘤周边伴有高密度炎性改变造成X 射线实时影像与周围组织分界不清时，肺追踪定位可出现追踪肿瘤无法识别、追踪肿瘤可信度降低的情况，可尝试以下3 种解决方法：（1）改变X 射线曝光条件以提高追踪肿瘤影像对比度（如图5 所示）；（2）勾选追踪肿瘤DRR 追踪选项（如图6 所示）；（3）更改放疗计划将追踪肿瘤与其周边高密度影像勾画在一起作为新的追踪肿瘤。当追踪肿瘤单侧X 射线实时影像受纵隔、横膈、肺门等正常组织遮挡致其dxAB 超阈值、可信度降低无法追踪定位时，可勾选追踪肿瘤主要/辅助影像追踪选项[9]，但需要注意的是肺追踪放疗精度会因dxAB 数值的升高、可信度的降低而有所降低；当追踪肿瘤X 射线影像基本不受周边组织影响可视程度高但TLS 无法顺利实现对追踪肿瘤的定位时，应高度怀疑追踪肿瘤存有运动旋转变形情况，可勾选追踪肿瘤平面旋转追踪选项，同样该选项会由于其运动平移计算不准确导致肺追踪放疗精度降低。

图5 曝光条件调整

图6 影像追踪选项

5 结语

呼吸运动是影响肿瘤放疗的最大不确定因素，大大制约了精确放疗的实施。有研究[10-11]表明，早期肺癌运动幅度的中位数和最大值分别为5.9、31.0 mm，而对于位于肺下叶或上腹部的肝脏肿瘤，其运动幅度更是高达50 mm。为减少呼吸运动对肿瘤放疗的影响，在制订放疗计划时放疗医生不得不加大GTV外放范围，造成更多正常肺组织被卷入照射区域，从而导致放疗并发症的增加。射波刀作为当前最先进的前沿放疗设备之一，同步呼吸追踪技术的引入使得射波刀实现了治疗射束可随肿瘤的（呼吸）运动而同步移动，为运动肿瘤放疗提供了优于1.5 mm 的肿瘤放疗精度，大大缩小了GTV 的外放范围，降低了放疗并发症。同步呼吸追踪放疗是一种与脊柱追踪、金标追踪及肿瘤追踪定位技术相结合的综合放疗方式，其相对于单纯的颅骨追踪、脊柱追踪、金标追踪放疗方式实施难度系数更高，给放疗技师的技术要求提出了更大的挑战。放疗技师在射波刀技术操作中只有本着严格、严谨、求真务实的工作态度，严密观察、分析同步呼吸追踪放疗中各种不利因素带来的影响，做出适时、客观和准确的评估与处理，才能保证射波刀精确放疗优势的真正发挥。