JasonYan. UACC at St Joseph』s

美國亞利桑那大學癌症中心。聖約瑟夫醫院放療科。BNI伽馬刀中心。

時勢造英雄、還是英雄造時勢？可能中國人更多相信前者、美國人更多的相信後者。不管前者後者，先讓我們簡單回顧一下偉大產品背後的英雄們。瑞典的腦外科醫生Lars Leksell於1968年發明了世界上第一台GammaKnife，儘管美國的第一台直線加速器於1956年就已經出現、並很快普及了常規三維分次放療的方法、但是用直線加速器做SRS一直到1980年之後才得以真正發展。這給予了GammaKnife十幾年的良好發展機會，並獲得了全世界腦外科醫生們的廣泛認可和熟悉。不僅如此，Lars Leksell的兒子相信也從中受益，以GammaKnife起步、建立了今天在放療界地位顯赫的Elekta公司。GammaKnife市場先入的優勢、在一定程度上阻止了直加SRS以及後來CyberKnife的推廣和普及。CyberKnife的發明者、美國斯坦福大學的腦外科醫生John Adler顯然並不滿足GammaKnife的江湖地位，於是又發明了ZAP機器，John Adler目前也是ZAP SurgicalSystem, Inc的CEO。ZAP看上去就像一台"X-ray GammaKnife"，劍指gamma-ray GammaKnife。那我們今天來介紹一下FDA最近剛配准面世的ZAP系統。

我工作的Barrow Neurological Institute (BNI)號稱美國最大、一年做5000台腦外科手術(可能還是比不上中國)，也是美國的Top 20。據說因為我們BNI頭兒Dr. Spetzler跟John Adler的良好私人關係，我們有幸成為世界第一家安裝ZAP系統的醫院，上周已經安裝完畢、並正式beam on開始調試運轉。

先上幾個安裝期間的圖片。

下面分幾個部分介紹ZAP系統。

首先是ZAP引以為傲的self-shielding design。它的機器近似一個球狀，所以自身屏蔽做的非常好。機器在beam on的時候，最大劑量在病人腳部的方向、為3mR/hr最高瞬間劑量。即使治療病人期間、你站在機器旁邊一整年，你接受的估算劑量也不會超過1mSv/yr。也就是說，機房都可以不需要，把機器隨便放在任何一個房間就可以開始治療病人。機器自己完全可以屏蔽足夠的射線、並達到相當於有機房情況下的設計標準。難怪ZAP把放療技師的控制台直接放在機房裡面、機器旁邊！因為它的理念就是：球狀外殼本身就是小型機房，很瘋狂的設計、對吧？其實John Adler的想法一向不缺瘋狂的成分，所以他在機器外殼設計了LED彩幻燈，球狀機器繞著兩個成45度夾角的主旋轉軸而旋轉來治療病人的時候，彩幻燈也會像聖誕彩燈一樣的閃爍，加上自旋轉、簡直是招搖過世的感覺。其實你猜對了，據說美國加州即將安裝的ZAP會安裝在醫院最外面的透明玻璃幕牆內，不論白天晚上、路上的行人都可以看見自旋的彩幻ZAP機器，那真是招搖過市啊！這就是John Adler的性格。你會擔心外面的人看見病人、涉嫌病人隱私？其實因為自屏蔽的需要，病人在治療床上被送進機器時，有一個弧形外殼從治療床底部旋轉到上邊蓋住病人、然後腳部也會有個擋板從地底升起擋住腳部的射線泄漏，病人就像在一個密封倉裡面，當然主要是屏蔽射線的需要。不過、放療技師可以在控制台的顯示器上看見病人，並可以與病人通話、或者播放音樂給病人聽。

直線加速器是一個S-band的小型直加，名義光子能量為3MV，根據PDD(10cm)=54.3%的插值、相當於2.87MV。劑量在等中心處為1cGy/MU，劑量率為1500MU/min。按照5Gy/fx計算，估計可以每天治療9個病人，比CyberKnife快約一倍，一年治療2250人次。等中心SAD=45cm。準直器的尺寸為4mm至25mm、一共八個尺寸、分別為4mm, 5mm, 7.5mm, 10mm, 12.5mm, 15mm, 20mm, 25mm。

順便介紹一下，ZAP整體機器的設計據說聘用的就是以前GammaKnife的總設計師，所以估計對GammaKnife的缺點了如指掌，做出有針對性的改良或者革新設計應該也不難。ZAP的Chief Physicist是Georg Weidlich，曾是Stanford University的Consulting Professor，有很多醫療產品的設計經驗、包括西門子的EPID、以及CyberKnife的設計工作。直線加速器的設計聘請了來自香港的Woody Chung工程師，他雖然以前沒有設計直加的經驗，但是他說感覺醫療設備行業的技術跟半導體行業相比實在是比較落後，他把semiconductor行業最先進的設計經驗用到了直加的設計上，設計出的3MV直加不僅只有兩三個籃球那麼大，成本也顯著降低。據稱如果把他的經驗用到x-ray的設計上，也一樣可以顯著減小尺寸和成本。

迷你型的直加在封閉空間內的略大於半球的球面上、可以通過兩個成45度夾角的主旋轉軸而移動到206個點出射線束，類似於CyberKnife，不過還是比CyberKnife多了些腦後方的射野。MV beam的對面有一個小型的MV panel，可以做in-vivo dosimetry，如果跟預計的劑量相差超過5%會給予警告，超過8%則會停機。跟MV beam垂直的方向上有KV source和KV panel，病人定位時需要採集10個方向上的x-ray圖像來精確定位腦部的位置。KV功能未來可以做CBCT，目前暫未開發此功能。因為有圖像定位、以及分次內(intra-fraction)的圖像驗證功能，所以它可以做單次SRS也可以做分次SRT。

值得一提的是collimator準直器的設計，它的準直器是一個直徑大約10 cm以上的圓柱狀，在輪輻(radial or spoke)的方向上則是8個不同尺寸的準直器、每兩個相鄰準直器的夾角大約是360/8=45度角，圓柱的中心處因為是8個準直器的交匯處，所以其實是一個有點大的空洞，但是並不影響準直器的功能，因為相當於兩個略小於半徑厚度的準直器、中間隔開了一點距離(中心空洞的直徑)。這樣的設計避免了像CyberKnife Iris的設計難免有尺寸的uncertainty，它更像Cone的設計，不僅尺寸不會變，而且很集成。準直器的半影尺寸除了4mm比GammaKnife略大，其他尺寸都跟GammaKnife相當或者略小。例如4mm, 8mm, 14mm,18mm的準直器，80%到20%劑量的半影尺寸分別為(ZAP/GammaKnife):4.5/4.0, 5.0/5.0, 7.5/8.5, 9.0/10.0，單位為mm。

雖然直加是等中心、非共面的，但是「非等中心」的計劃必須靠治療床的四維動度來解決。這四維運動是床進/床出、床升降、床左右傾角、床尾擺角。

對於一個單病灶的病人而言，治療時間大約是25-30分鐘、包括病人擺位等。如果是多靶區病人，每個靶區大約用時10分鐘左右。

TPS目前的演算法是Ray tracing，對於腦部的癌症來說基本足夠精確。雖然ZAP比VMAT brain case要多用一些MU，大約是2.5倍，但是brain dose減到只有一半左右，為將來的re-irradiation提供了方便。目前TPS做計劃的優化速度並不快，將來會改進。

機器的commissioning需要用到PTW的小型水箱。有很多ZAP機器自己特有的QA工具。

目前了解到的信息就這麼多，未來如果有更多有價值的信息、會再次分享。

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