陳　毅, 沈文同, 趙勝光, 張毅斌, 段隆焱, 許　赪

(上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院 放療科, 上海, 200025)

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Mobetron術(shù)中放療加速器的物理測試和操作技術(shù)

陳毅, 沈文同, 趙勝光, 張毅斌, 段隆焱, 許赪

(上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院 放療科, 上海, 200025)

摘要:目的探討Mobetron 1000移動(dòng)式術(shù)中放療加速器電子線的劑量學(xué)特性和操作技術(shù)。方法對(duì)Mobetron加速器所配套的47個(gè)不同形狀、尺寸的限光筒進(jìn)行4、6、9、12 Mev共4種能量的物理數(shù)據(jù)測量分析，總結(jié)臨床32例患者的術(shù)中放射治療操作經(jīng)驗(yàn)。結(jié)果直徑10 cm、端面0°的限光筒的4、6、9、12 Mev能量的最大深度劑量分別是0.6、1.2、1.6、2 cm，治療深度分別為0.9、1.8、2.5、3.4 cm。32例患者術(shù)中放射治療劑量正確，操作順利，無意外發(fā)生。結(jié)論應(yīng)用移動(dòng)式術(shù)中放療加速器具有正常組織保護(hù)好、治療時(shí)間短、生物效應(yīng)高等優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞:放療加速器; 物理測試; 操作技術(shù); Mobetron

術(shù)中放射治療(IORT)是指在腫瘤手術(shù)過程中，對(duì)不能切除的暴露瘤體或切除后的瘤床和淋巴引流區(qū)域，在直視條件下利用限光筒進(jìn)行精確定位并實(shí)施的單次大劑量放射治療。其優(yōu)點(diǎn)是能根據(jù)術(shù)中情況來決定放療的適合性，能使腫瘤組織與正常組織得到分離[1]。這種方法在20世紀(jì)60年代由Abe[2]首次成功應(yīng)用于臨床，當(dāng)時(shí)的術(shù)中放療是利用常規(guī)直線加速器，這需要將已經(jīng)在手術(shù)中的患者轉(zhuǎn)移至放療科接受術(shù)中放療，這一過程對(duì)麻醉技術(shù)、患者體位、手術(shù)時(shí)間控制、無菌環(huán)境的保證等提出嚴(yán)格要求，極大地增加了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。1997年，世界首臺(tái)移動(dòng)式術(shù)中放療加速器在加利福尼亞大學(xué)投入使用。2009年本院購進(jìn)Mobetron 1000術(shù)中放療加速器，現(xiàn)將5年來本科積累的該設(shè)備的物理數(shù)據(jù)測量和操作管理經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下。

1材料與方法

1.1設(shè)備簡介

美國IntraOP公司生產(chǎn)的Mobetron1000加速器。該設(shè)備由3部分組成: ① 調(diào)制單元(加速器本地控制系統(tǒng)和電源系統(tǒng))，用于機(jī)器維護(hù)調(diào)試狀態(tài)下的出束控制和劑量率調(diào)節(jié); ② 控制單元(加速器遠(yuǎn)程操作控制系統(tǒng)及射野監(jiān)控系統(tǒng))，用于實(shí)際治療時(shí)的出束控制和監(jiān)控治療射野情況; ③ 治療單元(射線發(fā)生主機(jī)裝置)，包括治療頭、真空系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等，是放射治療的實(shí)施裝置。術(shù)中放射治療時(shí)，調(diào)制單元置于手術(shù)室相鄰的加速器機(jī)房內(nèi)，提供后臺(tái)維護(hù)支持；治療單元通過蓄電池動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，挪移至手術(shù)床旁進(jìn)行治療；控制單元?jiǎng)t推至手術(shù)室外的安全距離處，進(jìn)行出束控制和監(jiān)視。與常規(guī)直線加速器(S波段，3 GHz)相比，它采用更高頻率的X波段高頻磁控管(10 GHz)[3]，加速管的尺寸和重量都大大降低。整個(gè)射線發(fā)生裝置被集成在機(jī)頭內(nèi)，機(jī)頭安裝在一個(gè)可多方向轉(zhuǎn)動(dòng)的C型臂機(jī)架上。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，治療機(jī)頭能夠沿C型臂做等中心旋轉(zhuǎn)，包括左右旋轉(zhuǎn)±45°，前后傾斜±30°, 最高旋轉(zhuǎn)速度為0.75°/s, 上下方向可垂直升降30 cm, 整個(gè)底盤可以做前后左右10 cm平移，移動(dòng)速度最高為2 mm/s，激光軟到位的操作即通過這些部位方向運(yùn)動(dòng)完成。整個(gè)治療單元重量僅為1.26噸，可以在手術(shù)室內(nèi)自由移動(dòng)。在治療機(jī)頭的下方安放有聯(lián)動(dòng)功能的射線阻擋裝置(Beam stopper)，使射線污染和散射降到一個(gè)很低的水平。治療頭配有45個(gè)圓形不銹鋼限光筒，直徑為3～10 cm, 端面傾角分別為0、15、30°。1個(gè)9 cm×12 cm的橢圓形筒和1個(gè)8 cm×15 cm的矩形筒。1套10 cm的QA限光筒和適配器，1套電離室模塊共8個(gè)，分別對(duì)應(yīng)不同能量的Dmax和D50。1套大小與限光筒尺寸相對(duì)應(yīng)的0.5 cm和1 cm厚的組織補(bǔ)償器。消毒隔離帽等附件。

1.2性能參數(shù)

Mobetron 1000僅產(chǎn)生電子射線用于治療。有效源皮距SSD(虛源到限光筒末端的距離)為50 cm。能量為4、6、9、12 Mev，劑量率為250 cGy/min和1 000 cGy/min。

1.3物理數(shù)據(jù)測量

治療前測量一套詳細(xì)反映射線性質(zhì)的物理數(shù)據(jù)。測量工具包括測量限光筒底座，47個(gè)限光筒、三維水箱、電離室、氣壓計(jì)、溫度計(jì)、劑量儀及相關(guān)的測量分析軟件。測量內(nèi)容包括每個(gè)限光筒4種能量的百分深度劑量(PDD)、離軸比、野因子。由于Mobetron加速器的機(jī)頭下方是Beam stopper，不能直接放置三維水箱，因而將特制的木質(zhì)矮桌子(長×寬×高為80 cm×80 cm×50 cm)置于Beam stopper上方，再將水箱放置在桌子上進(jìn)行測量。測量時(shí)限光筒底面與水面相切。當(dāng)測量30°斜面限光筒時(shí)，要保證有較高的水位，以防止機(jī)架與三維水箱側(cè)壁發(fā)生碰撞。測量受環(huán)境、溫度、氣壓和水位等影響，盡可能較短時(shí)間內(nèi)一次性完成。

1.4治療過程

術(shù)中放療是一項(xiàng)多學(xué)科聯(lián)合治療腫瘤的技術(shù)。治療的順利進(jìn)行需要放療科醫(yī)師、物理師、技師、外科手術(shù)醫(yī)師、麻醉師和手術(shù)護(hù)士來配合完成。物理師在治療前1 d對(duì)機(jī)器進(jìn)行預(yù)熱檢查，確保各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)在正常范圍內(nèi)。利用質(zhì)控限光筒進(jìn)行吸收劑量測量校準(zhǔn)，保證輸出劑量誤差在±3%以內(nèi)。手術(shù)當(dāng)天，護(hù)士提前0.5 h通知放療醫(yī)師到場，當(dāng)外科醫(yī)生將腫瘤暴露或切除后，放療醫(yī)師要探查腫瘤位置，確定照射范圍深度，選擇射線能量和劑量。將限光筒置入病灶部位，確認(rèn)將鄰近重要臟器組織推移限光筒外，并拍照存檔，最后利用管夾系統(tǒng)將限光筒固定在手術(shù)床沿的支架上。放射對(duì)位前，護(hù)士先將無菌隔離帽罩在Mobetron治療機(jī)頭上，技師將加速器移動(dòng)至手術(shù)床上方，執(zhí)行激光軟到位操作，最終使LED燈指示面板中間的方形綠燈閃亮，即表示可以出束。麻醉師確認(rèn)電路、氣路、輸液管路、麻醉系統(tǒng)和監(jiān)護(hù)系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)。所有工作人員撤離手術(shù)室，手術(shù)室門切換到手動(dòng)狀態(tài)。技師控制單元輸入治療參數(shù)，開機(jī)出束治療。治療完畢迅速進(jìn)入手術(shù)室，復(fù)核設(shè)備狀態(tài)后撤離Mobetron加速器。手術(shù)醫(yī)生按常規(guī)完成后續(xù)的手術(shù)工作。

2結(jié)果

經(jīng)測量得出電子線4、6、9和12 Mev共4種能量在特定百分劑量處的深度值，見表1。表面劑量以照射部位表面下0.5 mm處[4]的劑量表示。以直徑10 cm、端面0°限光筒為例，4 Mev表面劑量為77.2%, 6 Mev是 83.4%，9 Mev是88.4%，12 Mev是92.3%。表面劑量隨能量升高而增加，與常規(guī)外照射電子線類似[5]。將90% Dm作為治療深度，臨床選擇能量以90%等劑量線包圍靶區(qū)為基準(zhǔn)[6]，靶區(qū)厚度小于1 cm用4 Mev，小于1.5 cm用6 Mev，小于2.5 cm用9 Mev，小于3.5 cm用12 Mev。

表1　直徑10 cm、端面0°限光筒不同能量的特定

50%Dm在體表投影為照射野范圍，高能電子束隨深度增加，高值等劑量線向內(nèi)側(cè)收縮，所以在90%等劑量線的治療深度處，其50%劑量線覆蓋的范圍較照射表面縮小，因此限光筒的選擇根據(jù)靶區(qū)最深部位的直徑再放大0.5～1.5 cm。0.5%～2%Dm分別為4～12 Mev的X線污染區(qū)，應(yīng)盡量使污染區(qū)避開重要臟器組織。劑量跌落的度量用G表示，G=Rp/(Rp-Rq)，該值一般在2.0～2.5, G值越大表明劑量跌落越快，12 Mev在6 cm深度劑量已低于10%。2011—2013年本科32例術(shù)中放射治療技術(shù)參數(shù)見表2。

作者將Mobetron電子線深度劑量特性與直線加速器Elekta precise比較。因兩種加速器結(jié)構(gòu)形態(tài)有較大差異，測量時(shí)模擬各自常規(guī)治療狀態(tài)測量。選用相同能量(12 Mev)電子線比較，但在限光筒形狀、源皮距和劑量率上均不同，見表3。

表2　32例術(shù)中放療病例治療技術(shù)參數(shù)

表3　Mobetron與Elekta precise電子線劑量特性比較

3討論

在普通外照射中，較低的表面劑量能保護(hù)皮膚組織，而在術(shù)中放療中，射線不通過皮膚直接照在暴露的腫瘤上，因此希望有較高的表面劑量，使整個(gè)腫瘤受照劑量更為均勻。Mobetron的電子線具備這種特性，且1%劑量深度僅9.6 cm，遠(yuǎn)低于Elekta的15 cm，更有利于保護(hù)靶區(qū)下方的正常組織。Mobetron采用1000 Mu/min的高劑量率，研究[7-8]表明術(shù)中單次劑量18 Gy相當(dāng)于常規(guī)照射(2 Gy/次)劑量50 Gy，相對(duì)生物效應(yīng)較高，增強(qiáng)對(duì)腫瘤的殺傷效果，縮短治療時(shí)間。激光軟到位的操作是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，它有5個(gè)方向的位置調(diào)節(jié)，治療頭與限光筒適配器存在4 cm的距離，利用激光的反射來確定相互位置偏差，其精度小于1 mm。系統(tǒng)通過探測激光位置來點(diǎn)亮其相對(duì)位置的LED燈，為操作者提供即時(shí)擺位參考。5個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)中，調(diào)節(jié)任一參數(shù)都會(huì)引起其他4個(gè)參數(shù)的變化，故需多次調(diào)整，不斷縮小調(diào)整范圍，最終使空間兩軸線(射束中心線和限光筒中軸線)完全對(duì)接重合。熟練的技師一般能在15 min完成激光軟到位操作。影響激光軟到位的因素還有患者的呼吸運(yùn)動(dòng)。對(duì)靠近胸腔部位的術(shù)中放療，麻醉師可在放療前適當(dāng)減小呼吸機(jī)的運(yùn)動(dòng)幅度并加深麻醉[9]，以防患者出現(xiàn)自主呼吸運(yùn)動(dòng)，引起限光筒晃動(dòng)而使治療中斷。

Mobetron的底盤寬度是110 cm，治療頭距底盤邊緣的距離是55 cm，加左右5 cm的運(yùn)動(dòng)幅度，總共60 cm，這就要求手術(shù)切口與手術(shù)床底座的距離至少要60 cm才能滿足放療擺位要求[10-13]。治療時(shí)，加速器底盤要伸到手術(shù)床下面，與手術(shù)床底座緊鄰?；颊哳^側(cè)要放置呼吸機(jī)、麻醉監(jiān)護(hù)儀器設(shè)備，加之手術(shù)醫(yī)生的操作習(xí)慣，患者在手術(shù)床上的頭腳位置不能互換。這時(shí)要在放置限光筒前再將患者往頭端移動(dòng)，使頭部放在一個(gè)另加的腦部手術(shù)專用頭架上，必須保證切口距手術(shù)床底座60 cm以上。手術(shù)床應(yīng)避開正對(duì)的無影燈支柱，以防碰撞使擺位受限[14-15]。在放置好限光筒后，也可以適當(dāng)調(diào)整手術(shù)床的左右傾斜和頭腳高度，盡量使限光筒端面接近水平狀態(tài)，以利于激光軟到位的執(zhí)行，節(jié)省激光軟到位時(shí)間。

總之，Mobetron加速器的射線劑量特性適合對(duì)手術(shù)暴露腫瘤的治療，其表面劑量高，達(dá)到最大劑量點(diǎn)深度后急劇衰減，使靶區(qū)劑量均勻，而靶區(qū)后正常組織得到較好保護(hù)。采用單野、單次的大劑量、高劑量率照射，生物效應(yīng)是同劑量分次體外照射的2～3倍[16], 其優(yōu)勢不亞于調(diào)強(qiáng)治療，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]湯釗猷. 現(xiàn)代腫瘤學(xué)[M]. 3版. 上海: 復(fù)旦大學(xué)出版社, 2011: 577.

[2]Calvo F A, Meirino R M, Orecchia R. Intraoperative radiation therapy first part: rationale and techniques[J]. Crit Rev Oncol Hematol, 2006, 59(2): 106.

[3]Mills M D, Fajardo LC, Wilson DL, et al. Commissioning of a mobile electron accelerator for intraoperative radiotherapy[J]. J Appl Clin Med Phys, 2001, 2(3): 121.

[4]姜瑞瑤, 黃國鋒, 熊霏, 等. 三種不同方法測量術(shù)中放療表面劑量的比較研究[J]. 中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志, 2010, 27(1): 1625.

[5]胡逸民. 腫瘤放射物理學(xué)[M], 北京: 原子能出版社, 1999: 222.

[6]殷蔚伯. 腫瘤放射治療學(xué)[M]. 4版. 北京: 北京協(xié)和醫(yī)科大學(xué)出版社, 2008: 45.

[7]Osti M F, Carnevale A, Bracci S, et al. Exclusive electron intraoperative radiotherapy in early-stage breast cancer: a monoinstitutional experience[J]. Anticancer Res, 2013, 33(3): 1229.

[8]Vanderwalde N A, Jones E L, Kimple R J, et al. Phase 2 study of pre-excision single-dose intraoperative radiation therapy for early-stage breast cancers: six-year update with application of the ASTRO accelerated partial breast irradiation consensus statement criteria[J]. Cancer, 2013, 119(9): 1736.

[9]丁超, 孫莉, 承耀中, 等. 術(shù)中放療病人的麻醉管理[J]. 中國醫(yī)刊, 2010, 45(4): 33.

[10]王素珍, 孟維靜, 安洪慶, 等.平衡組間協(xié)變量后射頻消融術(shù)和經(jīng)皮穿刺無水乙醇瘤內(nèi)注射治療原發(fā)性肝癌效果的比較[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào): 醫(yī)學(xué)版, 2012, 38(6): 1068.

[11]隨義, 韓杰, 嚴(yán)鵬程, 等.三種介入治療方案對(duì)原發(fā)性肝癌的療效分析[J]. 海南醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào), 2014, 20(3): 421.

[12]辛寶瓊, 伍平.循證護(hù)理干預(yù)在肺癌三維適形放療中的應(yīng)用[J]. 中華全科醫(yī)學(xué), 2011, 9(8): 1308.

[13]楊舟.應(yīng)用射頻消融術(shù)治療老年原發(fā)性小肝癌的療效評(píng)價(jià)[J]. 實(shí)用臨床醫(yī)藥雜志, 2013, 17(24): 89.

[14]孟艷莉, 胡鴻濤, 黎海亮, 等.三氧化二砷聯(lián)合動(dòng)脈化療栓塞治療原發(fā)性肝癌肺轉(zhuǎn)移的臨床療效觀察[J]. 中華內(nèi)科雜志, 2012, 51(12): 971.

[15]羅虎, 宮亮, 陳永峰, 等.CIK維持治療中晚期肺癌的臨床觀察及影響因素分析[J]. 第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 35(6): 569.

[16]王成鋒, 白曉楓, 張建偉, 等. 術(shù)中放療在局部晚期胰腺癌治療中的作用[J]. 中華醫(yī)學(xué)雜志2011, 91(4): 243.

Physical testing and operation technique of Mobetron mobile linear accelerator for intra-operative radiation therapy

CHEN Yi, SHEN Wentong, ZHAO Shengguang, ZHANG Yibin,DUAN Longyan, XU Cheng

(DepartmentofRadiotherapy,RuijinHospitalAffiliatedtoCollegeofMedicineofShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai, 200025)

ABSTRACT:ObjectiveTo explore the dosimetric characteristics and operation technique of the Mobetron 1000 mobile linear accelerator for intra-operative radiation therapy. MethodsThe 47 calimators with different shapes and sizes of the Mobetron accelerator were tested by 4, 6, 9, 12 and Mev. The experience of intra-operative radiation therapy in 32 patients was summarized. ResultsThe maximum depth doses of calimator with diameter of 10 cm and 0°end surface tested by 4, 6, 9, 12 Mev were 0.6, 1.2, 1.6 and 2 cm respectively, and the clinical treatment depth were 0.9, 1.8, 2.5 and 3.4 cm respectively. The 32 patients were treated with correct dose for intra-operative radiation therapy and the correct operation, and no accidents occurred. ConclusionApplication of mobile linear accelerator for intra-operative radiation therapy has the advantages of good protection for normal tissue, short treatment time and high biological effect.

KEYWORDS:accelerator for intra-operative radiation therapy; physical testing; operation technique; Mobetron

中圖分類號(hào):R 815

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1672-2353(2016)05-088-04

DOI:10.7619/jcmp.201605027

通信作者:許赪, E-mail: xc10596@rjh. com. cn

收稿日期:2015-12-10