基于相对比吸收率测量的热疗剂量学施源器自动化质控新方法

《Strahlentherapie und Onkologie》：Dosimetric applicator characterization in hyperthermia: an automated quality assurance procedure based on relative specific absorption rate measurements

本研究针对热疗治疗中确保可重复性和治疗温度升高的关键需求，开发了一种基于电场测量的自动化质量保证(QA)程序，用于相对比吸收率(SAR)的施源器表征。研究人员通过434MHz接触式柔性微带施源器(CFMA)验证了该方法，结果表明该程序具有快速(约40分钟/条件)、实用和可重复的特点，能够有效评估不同设置条件，适用于各种辐射热疗系统，为热疗治疗的标准化和可重复性提供了重要技术支持。

　　

在肿瘤治疗领域，热疗作为一种辅助治疗手段，通过将肿瘤组织加热至40-43°C并维持1小时，已被临床证明能够增强放疗和化疗的疗效，特别是在局部晚期乳腺癌、头颈癌和黑色素瘤等浅表肿瘤的治疗中显示出显著效果。然而，热疗的广泛应用面临一个关键挑战：如何确保治疗的可重复性和达到预期的温度升高。温度分布的控制不仅影响治疗效果，还与热剂量效应关系密切相关，即较高的 achieved temperatures 与 improved outcome 相关。因此，实现一致且可重复的热疗交付对于临床研究和日常实践都至关重要。

目前，用于浅表热疗的设备包括微波天线、红外源、超声换能器和射频电极等，这些设备在有限的组织体积内沉积能量，但其加热深度和有效场尺寸(EFS)各不相同。热疗设备性能的表征通常基于比吸收率(SAR)分布，而欧洲热疗肿瘤学会(ESHO)的质量保证(QA)指南推荐使用有效场尺寸(EFS)和有效穿透深度(EPD)作为SAR表征的相关质量指标。然而，现有的QA程序，如基于温度升高(TR)的测量，往往耗时较长，需要准备和表征体模，且测量间隔需要数小时的冷却时间，以避免热传导的影响。电场(E-field)测量虽然可行，但手动操作耗时且依赖用户，导致程序冗长。

为了解决这些问题，Timoteo Daniel Herrera、Remko Zweije、H. Petra Kok和Johannes Crezee等研究人员在《Strahlentherapie und Onkologie》上发表了一项研究，提出了一种快速自动化的QA程序，利用电场测量进行相对SAR施源器表征，其工作流程与放疗剂量学相似。该研究旨在通过自动化扫描程序，提高热疗QA的效率和用户友好性，类似于放疗中使用的电离室水模剂量分布测量方法。

研究人员使用434MHz的接触式柔性微带施源器(CFMA)，其天线和几何结构与ALBA ON 4000D系统相似，演示了该程序。施源器被放置在液体盐水体模上，通过笛卡尔机器人移动电场传感器在体模中进行电场测量。研究分析了空间分辨率对EFS测量的影响，并通过体积测量建立了孔径内有效穿透深度(EPD)的变化。此外，还评估了重复性，在不同日期测量中心平面，并表征了施源器/体模在平坦和弯曲设置下的性能，包括标准临床和过度的水囊厚度。

主要技术方法包括：使用笛卡尔机器人进行自动化电场扫描，传感器校准以获取相对SAR值，空间分辨率评估（0.25厘米至4厘米），EPD确定分析（通过3D测量评估中心平面测量的准确性），重复性评估（8次测量），以及施源器表征（不同曲率和水囊厚度条件）。样本队列来源于CFMA施源器，设置条件包括平坦和曲率半径17.5厘米和28厘米的曲面，水囊厚度为1.3厘米（临床标准）和2.5厘米（非临床）。

空间分辨率评估

通过测量3H施源器在1.3厘米水囊厚度和平坦设置下的xy平面，比较不同空间分辨率（0.25厘米、1厘米、2厘米和4厘米）对SAR模式、EFS_x、EFS_y和等值线的影响。结果显示，1厘米的空间分辨率足以捕获SAR分布的定性方面，EFS差异小于2%，而更高分辨率（如0.25厘米）虽提供更多细节，但测量时间显著增加（约16倍）。因此，1厘米分辨率被推荐为QA的平衡选择。

EPD确定

通过5H施源器的3D测量，计算了xy平面内不同位置的EPD差异。研究发现，当yz或xz平面通过xy平面中的高SAR区域（约80-90%最大SAR）时，从中心平面确定的EPD与指南定义（最大SAR位置）的误差低于5%。这一发现允许在QA中仅测量中心平面，而无需额外定位最大SAR位置，提高了自动化程度。

可重复性评估

对5H施源器进行8次测量，结果显示EFS_x、EFS_y和EPD的变异性低于5%，定位不确定性小于0.5厘米。这表明该程序具有高度的可重复性，适用于长期QA监测。

施源器表征

对3H和5H施源器在不同曲率（平坦、28厘米和17.5厘米半径）和水囊厚度（1.3厘米和2.5厘米）下的SAR分布进行了表征。在临床水囊厚度下，曲率增加导致EPD增加和EFS减小，且弯曲设置的SAR分布更均匀。而过厚的水囊（2.5厘米）导致SAR分布不规则，EFS和EPD变化较大，突出了临床水囊厚度的重要性。

研究结论和讨论部分强调，该QA程序具有快速、实用和可重复的特点，适用于高效评估各种设置条件。通过自动化电场测量，研究人员能够在不依赖复杂体模或长时间冷却的情况下，获得准确的SAR分布数据。该方法的灵活性使其可广泛应用于其他辐射热疗系统，如ALBA ON 4000D或BSD-500系统，为热疗治疗的标准化和安全性提供了重要工具。此外，与TR-based QA相比，电场测量简化了设置，减少了时间需求，可作为综合QA程序中更频繁的测试基础。未来，这种自动化QA程序的集成将有助于确保热疗治疗的安全性和有效性，促进热疗在临床中的更广泛应用。

总之，这项研究为热疗设备的性能表征提供了一种高效可靠的解决方案，通过自动化技术提高了QA的效率和准确性，对推动热疗治疗的标准化和可重复性具有重要意义。