摘要本指南系統(tǒng)闡述了超聲引導放射治療(USgRT)的物理實踐要點，涵蓋超聲引導放療系統(tǒng)的組成、原理、臨床實施流程及詳細介紹了二維、三維及四維超聲引導技術的方法與操作規(guī)范，強調(diào)通過超聲圖像與定位CT圖像融合配準實現(xiàn)精準靶區(qū)定位與分次間誤差校正。針對宮頸癌和前列腺癌等病種，明確了患者選擇標準、擺位流程及實時監(jiān)測方案，并提出了設備日常質(zhì)控、月檢與季檢的具體標準，包括激光定位系統(tǒng)校準、超聲探頭驗證及模體對齊測試等。通過規(guī)范從業(yè)人員資質(zhì)與操作職責，確保超聲引導放療的質(zhì)量與安全性，為臨床實踐提供標準化參考。前列腺腫瘤；分次間誤差；實時監(jiān)測本指南按照GB/T1.1-2020給出的規(guī)則起草。本指南由國家腫瘤性疾病醫(yī)療質(zhì)量控制中心提出。本指南由國家腫瘤性疾病醫(yī)療質(zhì)量控制中心歸口。放射治療(簡稱放療)是治療惡性腫瘤的重要手段之一，約有40%的癌癥可以通過放療進行根治。隨著相關設備和技術的快速發(fā)展，放療在腫瘤治療中的作用和地位日益突出。圖像引導放療(imageguidedradiotherapy,IGRT)技術可以在分次治療擺位和治療過程中采集圖像或信號，綜合利用圖像分割、配準等信息處理技術，對腫瘤和周圍正常組織器官在治療過程中進行準確定位及運動監(jiān)控，從而引導高能射線精準照射腫瘤靶區(qū)，實現(xiàn)腫瘤的精準放療。近年來，超聲引導放療(ultrasound-guidUSgRT)憑借其低成本、無輻射、無創(chuàng)傷、操作便捷、軟組織成像質(zhì)量較好、實時性較高等優(yōu)點，逐漸應用于臨床。超聲引導放療系統(tǒng)可采集患者超聲圖像，評估分次間、分次內(nèi)放療的位置誤差，提高腫瘤劑量適形度，保護正常組織，進而提高腫瘤局部控制率，改善患者預為了保證超聲引導放療的質(zhì)量，本指南將從超聲引導放療系統(tǒng)的定義、基本原理、引導方法、質(zhì)控要求和放療規(guī)范建議等方面，以已發(fā)布的國內(nèi)外相關標準[-3為依據(jù)，給出超聲引導放療系統(tǒng)的物理實超聲引導放射治療物理實踐指南本指南給出了超聲引導放療系統(tǒng)的物理實踐要點和注意事項，適用于中華人民共和國境內(nèi)從事超聲引導放療的醫(yī)療機構。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改版)適用YY/T1142-2003醫(yī)用超聲診斷和監(jiān)護設備頻率特性的測試方法YY/T0108-2008超聲診斷設備M模式試驗方法YY/T0162.1-2009醫(yī)用超聲設備檔次系列第1部分：B型超聲診斷設備GB10152-2009B型超聲診斷設備3術語和定義3.1超聲引導放療系統(tǒng)ultrasound-guidedradiation超聲引導放療系統(tǒng)整合了醫(yī)用超聲診斷設備、光學位置追蹤組件和計算機硬件及軟件，可采集并重建三維(three-dimensional,3D)超聲圖像數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可用于驗證腫瘤靶區(qū)位置、監(jiān)測靶區(qū)分次間運動。3.2軸向分辨力axialresolution在模體的規(guī)定深度處，沿超聲波束軸方向能夠分辨的靶區(qū)兩個回波信號點的最小間距(單位：mm)。3.3側(cè)向分辨力lateralresolution在模體的規(guī)定深度處，掃描平面中垂直于超聲波束軸方向上能夠顯示的靶區(qū)兩個回波信號點的最小間距(單位：mm)。3.4探測深度depthofpenetration模體中能夠清晰成像的縱向線形靶群中，最遠靶線與聲窗之間的距離(單位：mm)。3.5標稱頻率nominalfrequency設計者或制造商公布的系統(tǒng)超聲工作頻率(單位：MHz)。4超聲引導放療系統(tǒng)簡介4.1系統(tǒng)組件及基本原理超聲引導放療系統(tǒng)集成了醫(yī)學診斷超聲組件、光學位置跟蹤組件以及計算機軟硬件，以獲取超聲圖像數(shù)據(jù)。a)定位室：移動超聲控制臺、光學追蹤系統(tǒng)。b)治療室：移動超聲控制臺、遠程控制臺、光學跟蹤系統(tǒng)。c)控制室：自適配功能(autofitfunction,AFC)工作站、加速器設備接口、同步監(jiān)控屏。d)相關配件：手持探頭(凸陣或者線陣)、自動掃描探頭、校準模體、治療床位置指示器、數(shù)字化儀、束流響應門控系統(tǒng)。圖1給出了一種常用的系統(tǒng)配置。圖1一種超聲引導放療系統(tǒng)的配置注：1為移動超聲控制臺；2為遠程控制臺；3為光學追蹤系統(tǒng)；4為手持式探頭(凸陣);5為自動掃描探頭；6為自適配功能工作站/服務器；7為校準模體；8為治療床位置指示器；9為醫(yī)院局域網(wǎng)該系統(tǒng)的部分組件說明如下：a)圖像采集工作站(imageacquisitionworkstation):圖像采集工作站配置在專用超聲控制臺。控制臺通常安裝在移動推車上，將第三方超聲成像引擎、高分辨率觸摸屏顯示器和運行軟件的高性能計算機系統(tǒng)整合在一起。b)光學追蹤系統(tǒng)(opticaltrackingsystem):每個配有圖像采集工作站的定位室和治療室都配有一個固定的安裝在屋頂?shù)墓鈱W追蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)配備3D紅外位置傳感器，可確定超聲波探頭和其他定位“裝置”(例如模體、治療床位置指示器或數(shù)字化儀)的位置c)超聲波探頭(ultrasonicprobe):針對不同的臨床需求，圖像采集工作站使用不同的超聲波探頭，包括手持式探頭(凸陣和線陣)和電動式自動掃描探頭。凸陣探頭可以對前列腺和其他腹部深層結(jié)構進行成像，線陣探頭用于淺表結(jié)構的成像。自動掃描探頭配有一個探頭架，可用于前列腺及周圍軟組織的經(jīng)會陰成像。操作員可以在控制室內(nèi)通過遠程控制臺及自動掃描探頭采集前列腺及周圍軟組織d)AFC工作站：AFC工作站是一個高性能的計算機系統(tǒng)，同時也是一個可容納患者數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫和Web服務器。AFC工作站可用于多模態(tài)影像的融合和審核、軟組織結(jié)構定義(輪廓勾畫)、患者定位參照物的批準以及治療分次的審核。AFC工作站通過醫(yī)院局域網(wǎng)連接到圖像采集工作站，通過醫(yī)學數(shù)字成像和通信(digitalimagingandcommunicationsinmedicine,DICOM)實現(xiàn)圖像在治療計劃/模擬系統(tǒng)之間的互通互用。e)數(shù)字化儀(digitizer):數(shù)字化儀工具(配有供光學追蹤使用的被動紅外標記)可以識別體表標記的位置，并能在屏幕上圖形化地模擬輻射束進入患者的中心軸和切入點。成像特性的材料以及具有精確已知幾何形狀的空間固定物體(桿、金屬絲和球體)組成。它配有供光學追蹤使用的紅外反射標記，用于對g)治療床位置指示器(couchposition可追蹤治療床的位置。它包含多個被動標記(反射球),光學追蹤系4.1.2超聲基礎物理學常用的超聲頻率為(2~12)MHz。聲波在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)密度(p)、聲速(c)有關，用聲阻抗(Z=p×c)表示聲波在介質(zhì)中傳播時所受阻力，其中軟組織聲速約為1540m/s。表1列出了表1人體內(nèi)相關組織類型的聲學特性表1人體內(nèi)相關組織類型的聲學特性密度(kg/m3)聲速(m/s)聲阻抗[kg/m2·s]]肌肉肺腎臟骨空氣人體結(jié)構是一個復雜的介質(zhì)，不同組織的聲阻抗不同。當超聲脈沖傳輸?shù)浇橘|(zhì)中時，將在阻抗不同的兩種介質(zhì)界面之間反射。反射的幅度取決于阻抗失配的幅度，根據(jù)簡化假設可得公式(1):式中：R——垂直入射到兩種介質(zhì)之間的平面界面的平面波的反射系Z、Z?——分別是兩種材料的聲阻抗。如果兩個不同的組織具有相同的聲阻抗，則沒有信號會被反射。參考表1可知，身體的多數(shù)組織反射波很弱。超聲光束的壓力振幅P(x,f)的衰減可參考公式(2):對于給定的組織類型，比率α(f)通常與f成正比。因此，高頻波束比低頻波束衰減得更快，從而降低穿透深度和組織結(jié)構的可見性。超聲波長見公式(3):c——介質(zhì)中的超聲聲速；其物體檢測要求超聲波長小于物體，如水中的6MHz光束波長為0.25mm,衰減3dB/cm。超聲成像需要兼顧優(yōu)化分辨率和穿透深度之間的權衡，因此常用的超聲頻率為(2~12)MHz。換成超聲能，又是接收器，即通過正壓電效它是由一組小型換能器元件組成的陣列(通?？蛇_數(shù)百個),這些元過在換能器的表面上移動激發(fā)元件的子集獲得連續(xù)的波束，如圖2所示。在換能器表面上掃描子集的時間約為100ms。射脈沖所花費的時間，則有公式(4):回聲強弱用明暗不同的光點顯示在影屏上，得到人體斷面超聲圖。USgRT技術是將無創(chuàng)超聲與直線加速器相匹配，通過采集2D超聲圖像進行3D重建得到多維圖像，與定位CT圖像或超聲圖像進行灰度配準，通過計算所得的偏差校正擺位或進行檢測，來引導放療5。4.2超聲引導放療的方法放療中，將患者治療位置的超聲圖像與患者定位的CT圖像或超聲圖像進行融合、配準，獲得靶區(qū)或重要器官的位置偏差，通過移床校正位置偏差，實現(xiàn)超聲引導放療。按照超聲圖像的獲可分為2D超聲引導、3D超聲引導和四維(four-dimensional,4D)超聲引導。4.2.12D超聲引導2D超聲探頭可沿患者體表任意角度進行掃描獲取圖像。該方法在患者治療前采集兩個正交平面的超聲圖像，與定位CT圖像進行配準和融合，獲得靶區(qū)或重要器官的位置偏差，通過移床校正位置偏差，實現(xiàn)2D超聲引導。以某2DUSgRT為例，其引導過程如下6:a)將計劃等中心處的橫斷面和矢狀面定位CT圖像和其中的目標輪廓導入2D超聲系統(tǒng)。b)將超聲探頭通過準直器上的對接系統(tǒng)定向到加速器等中心。c)設定超聲掃描參數(shù)(如頻率、功率、增益和深度),獲取兩幅正交的2D超聲圖像，圖3展示了采集的2D超聲圖像7。橫斷面矢狀面d)等中心處的2D超聲圖像與橫斷面和矢狀面定位CT圖像進行該方法使用帶有空間跟蹤的2D超聲探頭，緩慢掃過整個體積，畫參考定位體積(positioningreferencevolume,P錄并得到靶區(qū)的移動距離，通過在腹背、頭腳、左右3個方向上進行移床，校正靶區(qū)位置8。以某3DUSgRT為例，其引導過程如下?:a)定位圖像采集：行常規(guī)大孔徑定位CT掃描，獲得定位CT圖像。在患者同一體位下，行超聲掃描，獲得定位超聲圖像，圖4展示圖像傳輸至AFC工作站。將超聲定位圖像和CT定位圖像融合，作為參考圖像。注：黃色輪廓線為子宮流程。c)治療前引導擺位：治療出束前，進行超聲掃描瘤和危及器官隨時間變化的3D圖像序列11。該序列與定位超聲圖像或停止治療。圖5展示了3例前列腺癌患者的錐形線束CT(conebeamcomputertomography看清[13]。圖53例前列腺癌患者的矢狀面錐形線束CT圖像(5A)和經(jīng)會陰掃描的超聲圖像(5B)記4.3關鍵技術問題4.3.1操作者間一致性在特定的臨床情況下，不同操作者執(zhí)行的操作可能會存在差異。通常，經(jīng)驗豐富的操作者在操作表現(xiàn)上優(yōu)于沒有經(jīng)驗的操作者，而經(jīng)過訓練的操作者之間的一致性則較高，因此在臨床實施期間，加強對操作者的培訓、交流和持續(xù)性評估是必要的。4.3.2超聲腹部探頭壓力超聲探頭壓力會對患者圖像采集產(chǎn)生影響，如果探頭壓力過大，可能導致器官發(fā)生位移。通過使用足量的耦合劑，使用必要的最低探頭壓力可以將這些位移降至最低。此外，這些位移的影響可以通過每日在定位時獲取參考超聲圖像進行修正，確保操作者之間的定位一致性。因此建議使用足量的耦合劑和盡可能小的必要的探頭壓力，以獲得高質(zhì)量圖像。4.3.3超聲參數(shù)設置影響掃描圖像質(zhì)量的參數(shù)包括焦深、增益、時間增益補償、亮度和對比度等。這些參數(shù)可以在程序菜單中調(diào)整，通常在初始調(diào)試期間進行設置。為適應不同體型的患者，可以創(chuàng)建并存儲一套專用的參數(shù)集。日常使用時，操作者可從預定義的參數(shù)集中進行選擇。操作者應在初始調(diào)試時對這些參數(shù)進行優(yōu)化，同時在使用過程中對臨床圖像質(zhì)量進行復查，必要時調(diào)整預設參數(shù)。在3D超聲系統(tǒng)中，操作者通過帶有空間跟蹤的2D超聲聲容積。若2D平面之間的采集間隙較大，則操作者應獲取額外的圖像。一般來說，需采集200次或更多的2D扇形掃描圖像才能為3D容積提供足夠的空間分辨率。掃描速度對3D容積的整體高程精度有明4.4人員要求b)從業(yè)人員應具備醫(yī)學影像學背景，尤其是超聲影像相關專業(yè)c)從業(yè)人員應滿足放療常規(guī)質(zhì)控工作對從業(yè)人員的要求。從業(yè)人員必須在規(guī)定時間內(nèi)取得以下證書：a)衛(wèi)生行政部門頒發(fā)的《放射人員工作證》;b)原衛(wèi)生部頒發(fā)的《大型醫(yī)用設備上崗合格證》,或者中華醫(yī)學會頒發(fā)的《全國醫(yī)用設備使用人員業(yè)務能力考評合格證》(維修工程師除外)。4.4.2人員數(shù)量超聲引導放療應配備的人員如下：a)患者應用超聲引導放療時，建議放射腫瘤醫(yī)師、物理師、治b)超聲引導放療操作室應配備至少2名治療師；c)超聲引導治療室中，須至少2名治療師參與擺位；d)超聲引導放療至少配備1名維修工程師。4.4.3人員操作職責4.4.3.1放射腫瘤醫(yī)師應具備的職責如下a)患者應用超聲引導放療時，建議全程參與。b)確定超聲引導放療對患者應用的范疇(擺位、實時監(jiān)控、門c)囑咐患者需進行膀胱充盈訓練，并告知患者超聲引導放療準備階段的要求及必要性。d)確定患者超聲圖像配準監(jiān)測范圍。e)患者定位后，在工作站上融合CT圖像和超聲圖像，如圖6所f)在融合圖像上勾畫靶區(qū)，并確定超聲引導的擺位參考輪廓。g)對于宮頸癌患者，在超聲圖像上勾畫宮頸周邊的參考部位，如膀胱、直腸等。對于前列腺癌患者，在超聲圖像上勾畫前列腺周邊的參考部位，如尿道球、恥骨聯(lián)合等。h)確定是否接受超聲引導放療圖像配準并進行移床治療。4.4.3.2放射腫瘤物理師應具備的職責如下4.4.3.3放射腫瘤治療師應具備的職責如下4.4.3.4放射腫瘤維修工程師應具備的職責如下imagingdevice,EPID)等圖像引導技術進行擺位驗證，也可以通過腸癌等，操作者可參照此流程，同時對其中差異(如超聲采集手法、腫瘤或危及器官勾畫等)進行仔細評估。CooperativeOncologyGroup,ECOG)評分≤2分。5.2執(zhí)行過程5.2.1超聲探頭選擇宮頸掃描超聲探頭選擇凸陣探頭，如圖7所示。前列腺掃描超聲探頭根據(jù)情況選擇凸陣探頭經(jīng)腹部掃描或自動掃描探頭經(jīng)會陰掃描，自動掃描探頭如圖8所示。帶標記工具組件反射盤傳感器注：為自動掃描探頭底座套件；為治療床位置指示器(CPI)組調(diào)節(jié)旋鈕；3為左右方向調(diào)節(jié)旋鈕；4為頭腳方向鎖鈕；5為探頭架解除按鈕；6為CPI解除按鈕；7為CPI垂直高度鎖鈕；8為膝蓋支12為腹背方向分離桿；13為俯仰/俯臥分離桿；14為腹背方向微調(diào)旋鈕；15為追蹤儀工具a)定位前患者需進行膀胱充盈準備，患者定位前1h排空膀胱b)待患者躺下，調(diào)整好位置，基于CT模擬定位室內(nèi)激光與患者a)治療前患者需進行膀胱充盈準備，準備要求與定位要求一致。b)基于激光和標記初步擺位。c)治療擺位完成后，對患者進行超聲掃描，采用與模擬定位時相同的掃描手法以保證圖像質(zhì)量。d)掃描完成后觀察患者超聲圖像以確定子宮完整性，確認后進行超聲圖像和參考圖像配準，采用自動配準后人工微調(diào)的方式確保配準結(jié)果的準確性。e)觀察超聲引導放療的擺位誤差值進行局部校準；腹背、頭腳、左右方向的擺位誤差容差≤10mm,根據(jù)USgRT校準數(shù)據(jù)進行移床糾正；校準數(shù)據(jù)在10mm(不包括10mm)和20mm(包括20mm)之間，否則使用CBCT或EPID系統(tǒng)進一步校準，在校準達到要求后記錄數(shù)據(jù)，整個流程如圖9所示。圖9宮頸癌患者超聲引導示意圖注：綠線為參考圖像勾畫的靶區(qū)，紅線是引導圖像勾畫的靶區(qū)，白線為治療照射野邊界；移床數(shù)據(jù)由引導圖像與參考圖像配準計算得出f)完成治療引導流程，治療設備出束進入治療。g)每周結(jié)合1~2次CBCT或EPID等系統(tǒng)驗證擺位。5.2.3前列腺癌患者的定位和放療擺位流程5.2.3.1經(jīng)腹部掃描的定位流程和治療擺位流程前列腺癌患者經(jīng)腹部掃描定位流程和治療擺位流程類似宮頸癌患者，不同之處是掃描完成后瀏覽患者超聲圖像確定前列腺完整性。5.2.3.2經(jīng)會陰掃描的定位流程a)CT定位前囑咐患者排空直腸，適度充盈膀胱。b)定位前20min通知護士靜脈注射碘造影劑顯影膀胱。c)囑咐患者取截石位，平躺于超聲特制一體架上，雙腿置于腿架上，如圖10所示。圖10前列腺癌患者經(jīng)會陰超聲掃描體位示意圖d)將涂有耦合劑的探頭置于會陰區(qū)，調(diào)整探頭的高度和角度直至可獲取理想的超聲圖像，固定探頭，記錄探頭水平高度。e)激光燈引導下將CT治療床調(diào)整至預設等中心位置，記錄床板對線數(shù)值，體表劃3個“十”字形定位標記，獲取定位超聲圖像，按常規(guī)流程進行CT定位掃描。5.2.3.3經(jīng)會陰掃描的治療監(jiān)測流程a)按照定位