运动管理技术

（一）4D-CT术适应证

4D-CT主要应用于胸部和上腹部受呼吸运动影响较大的肿瘤放疗 CT定位过程，以降低呼吸运动伪影，提高运动靶区识别度，医生可获取肿瘤平均位置、运动范围及肿瘤轨迹与其他器官关系，提高靶区勾画精确度，以期减少正常组织照射量，降低并发症发生率。

（二）4D-CT技术操作流程

（1）放疗医生根据患者肿瘤位置、大小及病理相关信息进行筛选，并对其呼吸状态进行评估，确保患者在体位固定同时能获取可代替肿瘤运动的内/外部结构。稳定有效呼吸信息标识替代物是 4D-CT扫描必要条件，对呼吸不规律患者可通过视觉及听觉引导呼吸训练。

（2）完成患者的固定和摆位过程，设置并确认呼吸波形。

（3）将患者信息及扫描方式输入 CT模拟机和呼吸信号采集系统，确认呼吸状态规律性。

（4）设置扫描参数，启动呼吸信号采集系统获取患者呼吸波，并开始临床扫描。扫描过程中观察患者呼吸信号稳定性，若超出运动范围，应停止扫描。

（5）在 4D-CT扫描完成重建后，检查重建图像是否正确，无误后将4D-CT发送到服务器或 TPS工作站。

（三）4D-CT技术局限性与副作用

无论相位重建还是幅值重建均对患者呼吸状态有一定要求，因此必要情况下应对患者进行呼吸训练，而对呼吸不规律患者常难进行 4D-CT扫描；肿瘤邻近组织为等密度或高密度结构时（膈肌等），最大密度投影像不能充分显示靶区，在重建和靶区勾画时应特别注意；4D-CT扫描剂量较普通 CT高。

（四）4D-MRI

与 4D-CT类似，4D-MRI被用来获取人体的动态影像信息，例如生理运动、血液流动等。为获取每个时刻影像，需用 4D技术对其成像。相对于 4D-CT，4D-MRI可避免患者接受额外电离辐射，同时能提供更清晰软组织对比度信息。因此，4D-MRI在放疗领域得到越来越多应用。

4D-MRI的第四个维度常指随时间周期变化的生理运动维度，例如呼吸、心跳周期等。这是因为 MRI采集速度太慢，因而不足以分辨每个时刻影像。因此只能利用生理运动周期性，采用重复采集和重新分组方式，得到一个生理周期内不同阶段影像。这种成像方式缺点是无法监测不规则生理运动。因此近年来，研究人员致力于提升 MRI成像速度，从而实现真正意义上的时间维度分辨的4D-MRI。

从采集方式上划分，4D-MRI大致可分为两类：呼吸相关的4D-MRI和时间分辨的4D-MRI。呼吸相关4D-MRI需要借助额外采集呼吸信号，对采集信号进行重新分组，得到一个呼吸周期 4D影像，即把呼吸相位作为第四个维度。时间分辨的 4D-MRI则是通过提高采集速度方式，实现真实时间维度4D成像。

在放疗中，4D-MRI一个应用是辅助监测目标靶区和危及器官运动状态和范围，从而为靶区勾画和放疗计划提供指导。鉴于 4D-MRI高软组织对比度和无辐射优点，临床已将其整合进放疗模拟定位流程，从而提高靶区和危及器官的勾画精度。

呼吸运动对放疗精度存在影响。一般放疗中，加速器在整个肿瘤随呼吸而运动的周期内，连续出束治疗肿瘤，而门控技术（gating）通过分析获取的呼吸运动信号，控制加速器出束或者停止出束，即只有当肿瘤运动到特定位置时，加速器才进行出束。门控技术可分为基于外部呼吸信号和基于内部基准点信号的门控系统。

（一） RPM系统概述

实时运动管理系统（real-time position management， RPM）是由 Varian公司开发的呼吸信号获取系统，主要通过放置于患者上腹部表面的红外反射盒收集呼吸信号，属于基于外部呼吸信号的门控系统。

（二） RPM系统原理

RPM系统主要用于收集外部呼吸信号，在使用中，将一个红外反射盒放置于患者上腹部表面中明显随呼吸运动位置，常位于剑突与肚脐连线之间，并引导患者进行腹式呼吸。红外反射盒在尽可能水平放置情况下，安装于治疗床尾或天花板的 CCD相机可准确检测红外反射盒上反射标记，从而获取患者呼吸信号。

（三） RPM的门控术适应证和禁忌证

胸腹部与呼吸运动相关性较大肿瘤，如：肺癌、肝癌、乳腺癌等，具靶区外扩边界较小优点；对于与呼吸运动相关性较差肿瘤不适用，不能长时间保持卧床姿势患者不适用。

（四）基于RPM的门控技术操作流程

（1）进行 4D-CT扫描，并使用 RPM系统同步获取患者呼吸曲线。

（2）基于呼吸曲线，重建10个呼吸时相的4D-CT图像。

（3）基于患者呼吸幅度以及呼吸规律性选择呼吸门控窗，如：①不使用门控，所有时相的 4D-CT用于 ITV勾画；②30%~70%门控：只有 30%~70%呼吸时相（50%为呼气末）图像用于 ITV勾画，治疗中 30%~70%呼吸期出束治疗等诸如此类。

（4）基于用于 ITV勾画的时相图像（30%~70%图像或 40%~60%图像）进行平均密度投影（average intensi⁃ty projection，AIP）重建，重建的 AIP图像用于最终的计划设计。

（5）治疗前 CBCT扫描纠正摆位误差并监测解剖结构是否存在变化。

（6）治疗中使用 RPM监测患者呼吸曲线，并在选定呼吸时相触发门控，加速器出束治疗。

（五） RPM门控术的局限性与不足

（1）由于基于 RPM的门控技术仅选取部分呼吸时相触发加速器进行出束，因此该技术治疗时间较长，对于部分不能长时间平躺或维持治疗体位的患者不适用。

（2）对于呼吸不规则的患者，治疗时间会更长，并且治疗精度会受到影响。

（3）基于外部呼吸信号的门控技术建立于呼吸信号与肿瘤运动存在相关性的假设上，对于部分与呼吸运动相关性不大的肿瘤，该技术适用性较差。

（4）基于门控的加速器触发出束存在一定的系统延迟，需要在治疗前对延迟进行检测。

（一）屏气技术简介

屏气术（breath hold）作为肿瘤呼吸运动管理术中的一种，目的在于保证肿瘤在每次屏气时都维持在同一个位置，从而减少呼吸运动影响，达到治疗肿瘤同时尽可能保护危及器官的效果。深吸气屏气（deep inspiration breath hold，DIBH）术属屏气术中比较常用的一种，其使用可增加肺的体积，减少正常肺组织受照量，且对患者也易掌握。

（二）主动呼吸控制的深吸气屏气术

1.ABC技术的概述

DIBH术的开展，常需借助外部设备如主动呼吸控制（active breathing coordinator，ABC）、光学表面成像、MRI等来监控吸气量及整个屏气过程，从而保证屏气一致性与可重复性，其中 ABC（Elekta AB， Stockholm， Sweden）系统最初由 JOHN W. WONG等提出，主要通过肺活量计获取呼吸信号从而辅助患者屏气。

2.ABC的 DIBH术适应证与禁忌证

适于肺癌、肝癌、乳腺癌等肿瘤，患者使用真空垫等开放式模具行体位固定，建议屏气持续时间大于20 s。

3.基于 ABC的 DIBH技术操作流程

（1）患者选择以及呼吸训练：评估患者屏气时长，屏气时长小于 20s者不建议使用该技术；使用 ABC系统引导患者行 DIBH训练，指导患者捏住鼻子或用鼻夹，通过连接到气压计的口腔呼吸管进行呼吸。根据患者最大吸气量选择合适吸气阈值尽量避免最大呼吸点，推荐使用 70%~80%最大吸气量作为阈值和屏气窗，并通过训练提高吸气量可重复性。指导患者在吸气到屏气窗时，按下控制按钮，关闭阀门，进行屏气。

（2）体位固定以及 CT模拟定位：建议使用开放式模具如真空垫对患者进行体位固定，以尽可能减少模具对屏气的影响和尽可能让患者保持舒适的体位；在体位固定结束后，对患者继续进行 3~4次屏气训练，并在 CT床上进行摆位和绘制体表标记后，引导患者进行屏气，并扫描屏气状态下的 CT图像。

（3）计划设计：基于 DIBH情况下扫描的 CT进行靶区勾画与计划设计，计划设计中尽可能减少加速器出束时间，以保证可以在患者的一个屏气周期内完成一个射野的出束治疗。

（4）摆位与治疗前摆位验证：根据定位标记点进行摆位，引导患者进行 DIBH，并在 DIBH情况下进行CBCT扫描（需分 2~3次屏气执行），纠正摆位误差并监测 DIBH的重复性以及解剖结构是否有变化。

（5）治疗：引导患者深吸气屏气，确保屏气状态前后一致性，在保证吸气幅度在屏气窗之内的情况下进行治疗。

4.ABC的 DIBH术的局限性与不足

（1） ABC术开展需用额外设备，并要求患者操作呼吸控制开关，需对患者进行一段时间训练，从而增加临床工作量并延长治疗周期。

（2）患者每次吸气量具有一定的差异，需将该差异考虑到靶区边界外放中。

（3）患者深吸气屏气间，仍然可能会出现部分组织的运动。

（4） ABC的 DIBH术的使用会延长每个治疗分次治疗时长，且 DIBH术对患者的身体状态有较高要求，需患者在治疗期间保持长时间屏气且稳定。

（5） ABC相关设备需要额外的质控手段。

（三）光学表面系统深吸气屏气技术

1.光学表面系统概述

光学表面引导放疗技术属于较为新颖的影像引导技术，商用系统最早在 2017年 12月得到 FDA认证。光学表面系统拥有无辐射、实时监控的优点，目前在临床中主要被作为 IGRT的补充手段，用于提高治疗摆位的重复性与精度。同时也可利用光学表面系统收集患者上腹部或胸部的运动信息并转化为呼吸信号，从而辅助门控、深吸气屏气等技术开展。

2.基于光学表面系统的 DIBH技术适应证与禁忌证

适于体表随呼吸运动较为明显并使用真空垫等开放式模具进行体位固定的患者，可以用于肺癌、肝癌、乳腺癌等肿瘤 DIBH术开展，建议患者屏气持续时间大于20 s；对使用热塑膜等非开放式模具进行体位固定者不适用，肤色较深激光反射效果较差者不适用。

3.光学表面系统 DIBH-CT扫描流程

（1）患者摆位：患者充分放松躺于 CT床板上，根据疾病大致部位将床移至合适位置，结合三维定位激光灯摆位。

（2）软件设置：登录光学体表软件，创建患者 ID，设置扫描区域，并扫描患者体表轮廓，根据需求调整扫描范围，确保该范围覆盖患者需要进行体表检测的区域。设置相机敏感度，高敏感度适用于深肤色患者，中敏感度适用于中等肤色患者，低敏感度适用于浅肤色患者，也可调整过滤阈值和积分时间来自定义调节。

（3）门控点设置：选择门控模式，寻找床板位置，放置门控点，一般将主门控点（Primary）置于胸骨下缘或剑突位置，次要门控点为可选项，用于监控患者呼吸时腹部情况。如对于乳腺癌患者，若为保乳放疗，则主门控点置于胸骨下缘或剑突位置。

（4）患者呼吸训练：先观察患者放松状态下“Pri⁃mary”信号一段时间，呼吸平稳后，设置门控窗。一般门控窗最小值为“Primary”呼吸信号基线加 13 mm，门控窗最大值为“Primary”呼吸信号加 23 mm。此时患者可经视觉反馈系统（平板电脑或谷歌眼镜）实时观察到自己呼吸状态。在此状态下训练患者使用胸式呼吸深吸气并屏住，将“Primary”呼吸信号停留在呼吸门控窗内30s。根据患者屏气状态，将门控窗宽度调整至 2~3 mm（SBRT技术要求严一些），再次训练患者深吸气屏气并保持在较窄门控窗内 30s。此时视为训练成功，否则需再次调整门控窗。

（5）平静状态 CT扫描。训练完成后，先按常规扫描获得患者平静状态下 FB-CT。

（6） DIBH-CT扫描。在 CT操作间通过喇叭指导患者深吸气屏气及放松，在患者呼吸状态稳定保持在门控窗内完成 DIBH-CT扫描。

4.基于光学表面系统的 DIBH技术操作流程

（1）患者选择以及呼吸训练：评估患者屏气时长，屏气时长小于 20s的患者不建议使用该技术；屏气训练时指导患者通过鼻子吸气并尽可能扩张胸腔，根据患者最大吸气量选择合适的吸气阈值（尽量避免最大呼吸点，推荐使用 70%~80%最大吸气量作为阈值）和屏气窗以提高屏气的持续性和可重复性。

（2）体位固定以及 CT模拟定位：采用开放式模具如真空垫对患者进行体位固定，以保证光学表面系统可以通过患者胸腹表面运动获取呼吸信号，并尽可能让患者保持舒适的体位；在体位固定结束后，对患者继续进行 3~4次屏气训练，使患者适应体位固定状态下的屏气；在 CT床进行摆位并绘制体表标记后，使用光学表面系统获取患者体表图像，根据呼吸训练情况设置合适的呼吸检测 ROI（常规呼吸检测位置选取剑突下缘，若患者使用 bolus，可选择其他点位）、吸气阈值以及屏气窗，并在自由呼吸以及 DIBH的情况下分别扫描 CT图像；若有视屏眼镜等可视化设备，也可在该设备的辅助下，引导患者进行屏气。

（3）计划设计：基于 DIBH情况下扫描的 CT进行靶区勾画与计划设计，计划设计中尽可能减少加速器出束时间，以保证可以在患者的一个屏气周期内完成一个射野的出束治疗，并将计划中心点、治疗射野、患者轮廓等信息传输到光学表面系统。

（4）摆位与治疗前摆位验证：根据定位标记点进行摆位，根据体表监控提示的体表误差调整患者姿态，修正旋转偏差，参考 CT定位时光学表面系统的设置，选择合适的治疗中检测 ROI、吸气阈值与屏气窗；每次治疗前在 DIBH的情况下进行 CBCT扫描（需分 2~3次屏气执行），纠正摆位误差并监测 DIBH的重复性以及解剖结构是否有变化，在第一次治疗验证后，以 CBCT修正过的位置为金标准，抓拍保存患者放松状态的体表参考体表图像，用于引导后续治疗的摆位。

（5）治疗：使用光学表面系统探测患者体表运动信息，获取呼吸信号，引导患者深吸气屏气，确保屏气状态前后一致性，在保证吸气幅度在屏气窗之内的情况下进行治疗。

5.光学表面系统的 DIBH技术的局限性与不足

（1）对于肤色较深的患者，由于激光反射效果较差，光学表面成像效果较差；此外为了准确地表示患者的表面，皮肤必须对成像系统直接可见，若检测位置被衣服和床单覆盖，体表成像系统无法获得该位置信息，而对于部分需要使用 bolus的患者（如乳腺癌患者），治疗时由于 bolus的覆盖，体表信号采集会受到一定程度的影响。

（2）治疗过程中随着机架旋转，机架结构与影像系统可能会阻挡激光成像路线从而影响呼吸信号获取效果。

（3）光学表面成像通过接收患者体表反射光成像，临床使用中曝光时间、积分时间、成像增益等成像参数的设置对成像效果影响较大，比较依赖于临床经验。

（4）当光学表面成像系统应用于呼吸信号获取时，体表追踪点或 ROI的选取会对信号获取效果产生较大的影响。

（5） SGRT只能成像患者体表信息，只能作为内部目标位置的替代物，不能直观反映体表下组织器官实际位置。

（6）光学表面成像系统成像具有一定的延迟，并且触发加速器出束的通信过程也存在一定延迟，在应用过程中也需要考虑到延迟对治疗的影响。

（7）对于呼吸门控的治疗，DIBH技术对患者的身体状态有较高要求，需要患者在治疗期间保持长时间屏气且稳定。

光学表面系统需要额外质控流程。

（一）加压技术适应证

该技术主要应用于无纵隔侵犯或结节性疾病的早期肺癌和肝肿瘤。常用于立体定向放疗中，但也适于常规肺部放疗。研究显示腹部加压可有效降低肝、胰、肾的运动，也可降低胃肠道受照量。对肺癌，该法的受益对象主要是下叶肺癌患者，腹部加压可有效地降低膈肌附近肿瘤运动幅度，减小内靶区（internal target volume， ITV）体积。

（二）加压技术操作流程

腹部加压难度主要集中在腹压板加压操作流程。

（1）常用真空垫或热塑膜与腹压板、底板、刚性框架搭配使用，真空垫置于腹压体板上，患者先由真空垫固定初始体位。如患者采用热塑膜进行固定，则建议在患者固定好以后将加压部位的热塑膜剪去以提高腹压板加压效果。

（2）将腹压板凸面呈倒三角置于剑突下方 2~3 cm处，选择体板合适刻度处安装刚性框架，记录刚性框架连接床板为位置。并旋转框架上的螺旋升降杆使其一头刚好接触腹压板，记录此时升降杆刻度数值，同时技术员用记号笔沿放置好的腹压板边缘勾画轮廓，便于治疗时腹压板的重复摆位。

（3）缓慢施加压力，可通过肉眼观察、 ABC、RPM、光学体表等方式监测患者呼吸幅度变化，并实时由患者口头反馈舒适度，当呼吸幅度接近合理范围时停止加压。如反馈不适，可以半圈为基准逆向旋转升降杆直至患者处于舒适状态，此时记录下升降杆刻度数值。

（4）实际治疗时，在完成患者体位固定后，将腹压板沿记号笔标记轮廓放置，根据之前记录升降杆刻度缓慢施加压力，并实时获取舒适度反馈，直至升降杆能在患者可接受舒适度下加压至定位时的刻度深度。需要注意，应用腹压板进行腹部加压需要考虑患者每次治疗时身体实际状况，如体重增减、饱腹空腹等，必要时需对施加压力进行适当调整。

（三）加压技术局限性与副作用

虽然腹部加压技术在控制胸腹部肿瘤运动方面具有简单易操作等优势，但实际应用时也存在以下局限性需要考虑。

（1）腹部加压压力过大（通常接近 5.33~6.67kPa压力）时容易导致部分患者的不适感，此外对于部分肝硬化等患者，加压过度有发生肝脏破裂的风险存在，因此在使用该技术时需要慎重评估患者肝功能等情况。

（2）多数统计研究表明，并非所有患者在接受腹部加压后其呼吸运动都能得到有效控制，因此需要在定位时通过透视影像、4D-CT、电影模式磁共振等方法来实时评估腹部加压的真实效果。

（3）在胸部放疗中，腹部加压使患者呼吸模式改变，腹式呼吸受一致的同时胸式呼吸加强，从而会导致肺部各叶肿瘤不同方向的位移发生变化，尤其是周围型肺癌患者的腹部加压效果需要结合动态影像进行实际评估。

（4）对于肝脏左叶的转移瘤放疗，腹部加压存在将胃等危及器官挤压靠近肿瘤靶区的风险，需要留意，肝脏右叶相对风险较小。

（5）对于腹部放疗使用腹压板进行定位的患者，腹压板的固定框架与螺旋连接轴等高 CT值部件需要尽量避免与肿瘤靶区共面，计划设计时需要有效考虑该类部件的导致的剂量衰减的影响。