《Practical Radiation Oncology》：Daily Cherenkov Imaging to Monitor for Unintended Field Overlap During Bilateral Breast Radiotherapy
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Cherenkov成像技术被用于验证双乳腺癌放疗中计划的中线间隙，通过实时监测和回顾性分析治疗束的分布。研究发现患者呼吸差异导致中线间隙尺寸波动，平均为1.0±0.4厘米，证实该技术能有效监测计划实施情况，减少胶片或探测器验证的依赖。
迭戈·A·埃尔南德斯（Diego A. Hernandez）| 杰奎琳·M·安德烈奥齐（Jaqueline M. Andreozzi）| 萨凡纳·M·德克尔（Savannah M. Decker）| 阿莱特·埃尔南德斯（Arlette Hernandez）| 谢尔比·D·阿德金斯（Shelby D. Adkins）| 卡姆兰·A·艾哈迈德（Kamran A. Ahmed）| 罗伯托·迪亚兹（Roberto Diaz）| 马修·N·米尔斯（Matthew N. Mills）| 伊曼·R·华盛顿（Iman R. Washington）
南佛罗里达大学，坦帕，FL 33620
摘要
目的
结合切伦科夫成像技术可以通过实时监控和回顾性分析来提高放射治疗的验证效果。在双侧乳腺放射治疗中，有意在两个治疗束之间留出中间间隙，以避免中线区域的不必要重叠。我们首次对双侧乳腺放射治疗中的切伦科夫图像进行了体内分析。
方法
所有患者均采用单等中心、三维适形放疗计划，并使用深吸气屏气技术。切伦科夫辐射通过安装在天花板上的相机进行记录。通过光学模型实验确定了适当的成像阈值。利用切伦科夫成像数据测量了三名患者在总共23次治疗分次中的中间间隙最小距离。
结果
对切伦科夫辐射束轮廓的分析显示，在所有治疗分次中都存在明显的间隙。每位患者治疗计划中计算出的平均最小间隙分别为1.1厘米、1.0厘米和2.0厘米。使用切伦科夫成像技术测得每位患者在放射治疗期间的平均最小间隙分别为1.0厘米±0.4厘米、0.9厘米±0.2厘米和2.0厘米±0.6厘米。患者间间隙大小的变化可能是由于每次治疗时屏气程度的不同所致。
结论
本研究利用切伦科夫成像技术验证了双侧乳腺放射治疗患者每日的中线治疗区域间隙。定期离线审查这些图像可以为治疗团队提供直接反馈，以发现潜在的场重叠情况，同时减少对放射色胶片或基于探测器的体内剂量测量的需求。
引言
同步双侧乳腺癌（SBBC）是一种独特的疾病类型，大约影响1.5%至2.1%的乳腺癌患者1,2。接受保乳手术的早期SBBC患者通常会接受辅助性全乳放射治疗，即同时对两侧乳房进行放射治疗。双侧乳腺放射治疗通常采用三维适形放射治疗（3D-CRT）技术3。该技术为每侧乳房使用切向侧向和内侧束，确保在患者中线处规划出物理间隙，以防止热点产生4, 5, 6。仔细的治疗计划不仅有助于防止意外热点，还能减少对风险器官的辐射剂量。尽管SBBC的辅助性放射治疗属于较为罕见的临床情况，但仍需特别考虑以降低治疗相关毒性的风险。
必须选择合适的治疗技术和验证方法来最小化中线束重叠的风险，尤其是在放射治疗趋向于低分割次数的情况下7。虽然深吸气屏气（DIBH）技术主要用于减少对心脏和肺部的毒性，但这种运动管理技术也有助于在治疗过程中保持内侧束之间的间隙一致性8。放射治疗师通常在每次治疗前通过评估患者皮肤上的中线束光束来确定中线间隙，如果发现重叠，则需要重新调整患者位置。这一日常过程主要依赖于定性评估，工作负担较大，并且只能提供治疗前的患者位置快照，无法评估治疗过程中的运动情况。
切伦科夫辐射探测器能够实时可视化辐射束轮廓，并分析捕获的成像数据以测量放射治疗束的各种特性。当带电粒子在介质中的速度超过光速时，会产生切伦科夫辐射9。现代放射治疗中使用的临床能量通常能够直接或间接产生这种形式的辐射。这种成像方法可以捕捉到来自患者皮肤及表层组织几毫米深处的切伦科夫信号。来自身体深处的信号在传播过程中会被患者自身的光学特性大幅衰减，因此临床上意义不大。然而，现代的增强型电荷耦合器件（ICCD）和增强型互补金属氧化物半导体（ICMOS）探测器的进步使得在患者治疗过程中无需额外工作负担即可被动检测和成像该信号10,11。因此，切伦科夫成像已成为一种有用的体内可视化放射治疗束传递的工具。实时记录束轮廓的能力为实时和后期处理中的多种临床应用打开了大门12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20。
本研究旨在探索这种新兴成像技术在验证和跟踪双侧乳腺放射治疗中线间隙方面的应用，通过开发一种能够检测其存在并估算其大小的图像处理算法来实现这一目标。
章节片段
切伦科夫成像设置
两台BeamSite相机（DoseOptics LLC，美国新罕布什尔州黎巴嫩）被安装在一个高治疗量的放射治疗掩体内（图1A），该掩体内配备了一台Varian Trilogy直线加速器（Varian Medical Systems，美国加利福尼亚州帕洛阿尔托）。这种布局选择是为了确保在任何时候至少有一台相机能够与治疗束保持视线清晰，同时考虑到治疗过程中机架旋转时不可避免的遮挡现象。这些相机系统是时间门控的增强型CMOS相机
光学模型实验结果
使用Otsu方法或通过将每张图像中第99.99百分位的像素值阈值分别降低28%、30%和32%来计算最小中线间隙（表1）。比较了每种阈值计算值与实际测量值之间的差异。随着阈值趋近于零，计算值的准确性逐渐提高。正的差异值表示间隙尺寸被高估，可能导致重叠
讨论
本研究的结果是首次尝试利用切伦科夫辐射成像技术来警示接受3D适形放射治疗的SBBC患者是否存在意外的束重叠。与更常用的光学激发发光剂量计（OSLD）相比，切伦科夫成像具有多种优势，后者通常在最初几次治疗分次中使用，以验证患者中线处没有热点。OSLD在空间信息方面存在局限性
结论
这是首次利用切伦科夫成像技术来验证接受双侧乳腺放射治疗患者的每日中线间隙。虽然我们确认所有三名患者的治疗均无中线束重叠，但观察到最小中线间隙大小存在变化，这似乎与患者每日屏气程度的差异有关。在严格限定的情况下，切伦科夫成像可能会捕捉到系统性和偶然性的误差
本研究的数据可用性声明
涉及患者数据的研究成果在发表后不能立即公开，因为其中可能包含敏感的个人信息。支持本研究结果的数据存储在机构数据库中，将根据相应作者的合理请求予以共享。
伦理审查委员会（IRB）
Moffitt癌症中心 - MCC 22568，对切伦科夫图像数据及相关治疗计划数据进行了回顾性审查和分析，以改进放射治疗传递事件的检测（Pro00072032）。批准：通过快速审查流程，IRB编号00000971
利益冲突声明
S.M.D.曾是DoseOptics, LLC的顾问，该公司为本研究提供了硬件和软件支持。
致谢
D.A.H.感谢Moffitt癌症中心的放射治疗团队提供的巨大支持。作为本研究的共同作者，这些放射治疗技术人员在临床成像和光学模型测试阶段发挥了重要作用，其参与程度远超日常工作要求。
资金支持：D.A.H.获得了Gates Millennium奖学金计划的资助
