图像引导的临床前研究中小动物辐照仪系统的方法学实施

摘要

本方案描述了两种小型动物辐照系统的实验方法，用于图像引导的临床前辐射研究。内容涵盖了系统配置、成像工作流程、治疗计划程序以及辐照实施的注意事项，以支持可重复且具有临床相关性的小型动物实验。

摘要

临床前放射生物学研究对于深入理解不同辐射递送特性如何影响生物反应，以及优化针对不同靶区的治疗策略至关重要。这些研究的精确性、可重复性和转化相关性依赖于图像引导的小动物辐照平台的合理应用，这些平台能够准确模拟临床放射治疗的工作流程。本文介绍了两种广泛使用的图像引导临床前放射治疗系统的实际操作方法，这两种系统均用于高精度小动物辐照。尽管两个平台均设计用于在图像引导下实施适形放射治疗，但在关键工程特性上存在差异，包括X射线管参数、源-轴距（SAD）、射线束准直、屏蔽机制、机械结构以及治疗计划软件。这些差异会影响系统的安装配置、辐照操作流程和治疗实施。通过阐述两种平台的方法学考量和操作流程，本实验方案为研究人员设计、实施和重复具有转化意义的临床前放射实验提供了实用指导。

引言

癌症是全球主要的致死原因之一¹。放射治疗、手术和化疗是癌症治疗的主要手段²。据估计，大约一半的癌症患者在其治疗过程中需要接受放射治疗³。在动物模型上开展的临床前研究通常旨在评估某种治疗策略的安全性、生物学机制及治疗效果，这些研究是推动新型治疗方法进入临床试验并最终实现临床转化的基础。图像引导的小动物辐照设备已成为临床前放射治疗研究中的关键工具，因其能够实现对肿瘤和危及器官（OARs）的适形、局部照射，其几何结构和工作流程设计旨在模拟临床放疗的照射方式和治疗计划过程^4,5,6。根据最近的一项综述⁷，有关小动物图像引导放射治疗的研究论文数量从2007–2010年每年不足10篇增长到2020年的近80篇。这些研究涵盖物理学与生物学领域，主题包括剂量学、治疗计划以及肿瘤和正常组织的辐射反应等⁷。本实验方案的总体目标是提供一个基于物理原理的框架，用于比较两种广泛使用的小动物辐照平台，以促进合理选择平台，支持可重复且具有临床相关性的临床前放射治疗研究。系统1为小动物放射研究平台（SARRP），系统2为精准小动物放射治疗平台（SmART+）。选择这两个系统的依据在于，放射生物学研究日益要求具备可重复的靶向能力、基于计算机断层扫描（CT）的定位^8,9以及能够实现更优计划适形度的射野塑形功能，同时支持诸如低分割放疗、部分体积照射和器官保护策略等具有临床相关性的研究范式。在放射治疗中，必须在治疗靶区与危及器官（OARs）的受照剂量之间保持精细平衡，这需要对所涉及的放射生物学机制有全面的理解^10,11。为了进一步加深对癌组织和正常组织辐射反应的理解，在临床前研究中使用小动物辐照设备时，高准确性、可重复性和精确的剂量递送至关重要。

尽管这两个系统均使用最高达225 kVp的千伏级X射线束运行，但它们在结构上存在关键差异（见图1），这可能在某些实验中需要特别考虑。系统1的源-轴距离（SAD）为35 cm，采用以样品台为中心的锥形束CT成像方法，要求被扫描物体在扫描过程中旋转。系统2的SAD较短，为30 cm，采用基于机架的照射系统，要求X射线束在扫描时围绕物体旋转。迄今为止，系统1已被用于小鼠和大鼠的照射，而系统2（包括早期版本）已被用于小鼠、大鼠和金丝雀的照射^12,13,14。在这些系统上，每个受试对象完成完整的成像、治疗计划制定和照射流程大约需要30分钟。然而，具体工作流程可根据所采用的实验方案进行缩短。例如，某些方案允许同一批次的所有动物使用一个通用计划，从而省略治疗计划步骤，缩短整体实验时间。了解不同照射系统在剂量率、射野定义、几何空间限制以及工作流程约束方面的差异，有助于根据具体的技术和实验需求选择最合适的系统。系统1和系统2的关键物理与操作参数汇总见表1。

本文展示了一项典型的小动物辐照研究的整体工作流程概要（见图2）。本方案描述了系统1和系统2在图像引导的临床前放射研究中的方法学实施，涵盖了系统配置、成像工作流程、治疗计划程序以及辐照递送的注意事项，以支持可重复且具有临床相关性的小动物实验。

方案

所有动物实验均经机构动物照护与使用委员会（IACUC）批准。所用试剂和设备列于材料表中。

1 系统 1

1. 预热（17.5–72 分钟）
   注意：在安装和调试期间，机构的辐射安全官员（RSO）应进行辐射检测，以确保机柜外部的辐射泄漏低于每小时和每周剂量阈值。在开启系统之前，用户应遵循机构 RSO 提供的辐射安全说明。
   1. 将模块处理器（MP1）钥匙置于 0（9 点钟）位置。在 System 1 设备上，按下绿色启动按钮。将机柜灯和激光器的旋钮打开。将 MP1 钥匙转至待机（12 点钟）位置。
   2. MP1 数据记录控制器可能显示 810（17.5 分钟）或 811（72 分钟），具体取决于设备上次使用的时间。若未显示任何预热程序，请选择设置并输入810，然后按回车。
   3. 将 0.15 mm 铜滤片（见图 3）插入机架头部的滤片槽中。将 0.5 mm 准直器插入支架并拧紧螺丝固定。
   4. 将 MP1 钥匙转至高能（3 点钟）位置。选择绿色的X 射线开启按钮以开始预热。
2. 归位序列与探测器校准（5 分钟）
   1. 打开软件 1（见表 1）。
   2. 弹出窗口将提示调整旋转台。点击确定，等待旋转台移动至原点位置。
   3. 在软件 1 中，确保“电机已启用”复选框已被勾选。
   4. 等待显示“归位完成”消息。
   5. 在“成像与机器人控制”下，于机架需求框中输入90，然后点击移动。
   6. 打开 System 1 机柜门。将 CT 窗口盖向上滑动，并将 CT 单元拉出直至锁定。确保平台上所有床板均已移除。从机架头部滑出准直器及其支架。插入用于成像的 1 mm 铝滤片。
   7. 在软件 1 的技术预设下，选择小鼠 CT 成像，然后点击应用。
   8. 从工具栏中选择探测器和探测器校准以开始校准。
3. 小鼠锥束 CT 成像（10 分钟，含麻醉时间）
   1. 根据批准的研究方案，将小鼠放入麻醉舱中进行麻醉。
   2. 打开机柜门。将床板放置于平台上，并通过拧紧螺丝固定。将啮齿类动物床置于床板上，并用胶带固定。将异氟烷管连接至床头，并打开气体。
   3. 根据实验方案，将小鼠以俯卧或仰卧姿势放置于床上。
   4. 在软件 1 的成像与机器人控制下，选择主要研究者和研究项目的文件夹。选择CBCT 采集。
   5. 为扫描命名。选择所需的重建协议、2D 投影数量（默认 360）、以及床板速度（默认 1.5 deg/s）。点击确定。观察软件界面上的网络摄像头，确保无碰撞发生。若即将发生碰撞，请立即点击停止以中止机架运动。
4. 治疗（10 分钟）
   1. 成像完成后，关闭软件 2 窗口。打开软件 3。在实验下选择主要研究者文件夹。在扫描下选择小鼠编号，然后点击加载重建。
   2. CBCT 图像将在三个面板中加载。点击调整窗宽。按住鼠标左键，在图像上向下并向左滑动以调整 CT 窗宽。
   3. 密度调整完成后，使用鼠标右键向下拖动以放大图像。按下滚轮并拖动以平移视图。评估图像质量时，应确保目标区域附近无伪影，且目标可与周围危及器官（OARs）清晰区分。确认满意后，点击配准。
   4. 若使用预设计划，在选择参考计划下查找并加载计划，然后点击创建。若创建新计划，则将选择参考计划字段保留为无。
   5. 选择定义轮廓。在分割阈值下，调整空气、肺、脂肪、组织和骨骼的分割阈值。在“编辑轮廓”中，对每个感兴趣器官选择“添加”，并使用“画笔”工具勾勒器官轮廓。可根据需要调整画笔直径。器官可逐层勾画后插值，或使用球形画笔工具完成。
   6. 选择治疗计划。若使用预设计划，将每个等中心点滑动至目标器官中心，并在三个视图中进行调整。若创建新计划，在靶区下，为每个所需等中心点点击绿色加号，并将等中心点移至目标位置。
   7. 对每个靶区，通过双击剂量字段设置剂量。在射束下，点击带B的绿色加号添加静态射束，或点击带A的绿色加号添加弧形射束。为每条射束设置射束权重、准直器和机架角度。若需为另一等中心点添加射束，请在靶区下选择该等中心点使其呈紫色高亮，然后添加射束。
   8. 在剂量下，选择所需的剂量引擎（叠加卷积或蒙特卡洛）。选择计算剂量。
   9. 选择验证。选择计算等剂量线和计算 DVH。确认计划和
      ​DVH 能够向靶区和危及器官（OARs）输送预期剂量（见图 4）。
   10. 打开机柜门。移除铝滤片并插入铜滤片。将准直器插入支架，并将单元滑回机架头部。将 CT 窗口盖向下拉并推回至锁定位置。
   11. 选择执行和执行射束。
   12. 从软件 1 中，弹出窗口将显示目标床板和机架位置。确保床板旋转角度为0以避免碰撞，点击确定。另一个窗口将显示准直器尺寸和滤片类型。点击确定后，射束将自动开始。
   13. 观察软件 1 上的网络摄像头，确保无碰撞发生。
   14. 若存在多个射束，在前一个射束照射完成后，选择执行射束并重复步骤 1.4.11。
   15. 打开机柜门，将当前小鼠从床上取出并放回笼中。
   16. 若需处理下一只动物，请重复步骤 1.3 和 1.4。
5. 治疗后处理（3 分钟）
   1. 完成最后一只动物的治疗后，在成像与机器人控制面板中，将机架角度设为90°，并将所有其他运动参数设为0。点击移动。运动完成后，关闭 System 1 软件。当提示是否将平台返回原点时，选择是。
   2. 从机柜中移除床、准直器和滤片。确保 CT 窗口盖已关闭并推回至收纳位置。
   3. 将 MP1 钥匙转回 0（9 点钟）位置。按下 System 1 上的红色停止按钮。

2 系统 2

1. 预热（35 分钟）
   1. 在安装和调试期间，机构的辐射安全官员（RSO）应进行辐射检测，以确保机柜外部的辐射泄漏低于每小时和每周剂量阈值。在开启系统之前，用户应遵循机构辐射安全官员（RSO）提供的辐射安全说明。
   2. 打开机柜门，确保平台上没有床板，且机架头部未安装准直器。
   3. 在 System 2 设备上，将系统电源、照明和激光的钥匙转至开启位置。
   4. 将控制台电源钥匙转至开启位置。
   5. 在机架头部，打开滤片槽的锁扣，插入 0.3 mm 铜滤片或 2 mm 铝滤片，直至滤片卡入到位（见图 3）。
   6. 打开Software 4和Webcam。
   7. 选择X射线、非治疗和开始预热，分别对主X射线（20 分钟）和微焦点X射线（15 分钟）进行操作。
2. 小鼠锥形束CT成像（10 分钟，包括麻醉）
   1. 根据批准的研究方案，将小鼠放入麻醉箱中进行麻醉。
   2. 打开机柜门。如果尚未插入，将 2 mm 铝滤片插入滤片槽。
   3. 按下快速释放销钉并将其对准平台中心的孔，将床板固定在平台上。
   4. 用胶带将床固定在床板上。用胶带将异氟烷管固定在床头，并打开气体。
   5. 根据实验方案，将小鼠以俯卧或仰卧位放置在床面上。
   6. 打开Software 5。在辐射递送类别下，选择CT定位，并选择手动或治疗方案。
   7. 在动物选择页面，选择主要研究者和研究项目的文件夹，并为该动物创建新文件。点击下一步。
   8. 在动物设置下，点击下一步。对于扫描类型，点击跳过。
   9. 根据目标组织类型选择预设选择，然后点击下一步（默认设置为 40 kV、2 mA、60 s，适用于软组织）。
   10. 确认已插入计划束流质量所需的适当滤片，并确认显示的滤片状态为绿色。
   11. 选择开始以启动CT扫描。快门将自动打开和关闭。
   12. 使用 Webcam 确保机架在旋转 360° 时不会与床板或动物发生碰撞。如果可能发生碰撞，请按下控制台上的红色紧急停止按钮，机架将立即停止。
   13. CT扫描完成后，点击下一步。获取的CT扫描将以冠状面、矢状面和轴向面三个面板显示。在每个面板上放大并滚动查看获取的切片，根据需要进行调整。
   14. 使用鼠标拖动十字线至目标等中心点。选择移动载物台。如有必要，选择重新扫描以确认目标位置。点击下一步。
   15. 在导出页面，点击开始以导出 DICOM 文件。
   16. 如果创建新的治疗计划，请进入第 4 步。如果使用现有或手动计划，请进入第 5 步。
3. 高级治疗计划（10 分钟）
   1. 打开Software 6。选择包含 DICOM 文件的文件夹，并选择导入所选数据。
   2. DICOM 文件加载完成后，点击CT2MD标签页。
   3. 滑动密度条，直到啮齿类动物组织可见。
   4. 点击轮廓勾画标签页。要添加轮廓，选择添加。命名轮廓，并在类型下拉菜单中指定其类型。
   5. 选择所需工具（画笔或线条），并选择自动。用画笔或线条勾画目标器官。使用滚动条浏览各帧并继续勾画器官。勾画更多帧可提高插值准确性。完成器官最后一帧的勾画后，选择插值。
   6. 再次浏览各帧，确保插值结果符合预期，并修正任何偏差的帧。
   7. 点击计划标签页。点击添加以在计划中添加一个等中心点。在冠状面和轴向面上将该等中心点对准目标区域，并输入等中心点的预期剂量（Gy）。
   8. 要添加射束，选择射束下的添加。选择静态或动态模式，并按需调整角度。如有需要，选择床板角度。根据计划参数选择准直器。
   9. 在计算下，选择开始计算。增加历史次数/面积可提高算法准确性。可根据需要调整其他蒙特卡洛参数；但此操作超出本方案范围。计算完成后，屏幕将显示体积切片。选择标签页以查看剂量体积直方图（DVH）和剂量体积指标（DVM）（见图 5）。
   10. 返回计划标签页，根据需要进行修改。
   11. 在评估下，验证射束开启时间、等中心点剂量、DVH 和 DVM。
   12. 选择导出数据。命名文件并选择“导出到文件”以生成 .ini 文件。
4. 治疗（10 分钟）
   1. 打开机柜门，取下 2 mm 铝滤片，根据实验方案插入 0.3 mm 铜滤片和准直器。
   2. 返回到System 2 程序。
   3. 对于手动方案，在治疗构建界面中，选择光斑尺寸（小或大）、滤片（0.3 mm Cu）、所需管电压（kVp）、电流（mA）和治疗时间（s）。选择准直器的尺寸和形状（圆形、方形、矩形或电动）。选择机架角度。如需要，添加对穿射束。
   4. 对于治疗方案，在方案选择标签页中，点击加载方案，并从第 4 步中选择 .ini 文件。通过勾选“显示方案详情”框来核对计划名称和参数。点击下一步。
   5. 选择开始治疗，然后选择开始射束。如果存在多个射束，在前一个射束完成后，选择开始射束以启动下一个射束。观察 Webcam 以确保无碰撞发生。
   6. 打开机柜门，将当前小鼠从床上取出，并放回笼中。
   7. 如需处理下一只动物，请重复步骤 2.2–2.4。
5. 治疗后处理（3 分钟）
   1. 完成最后一只动物的治疗后，从平台上取下床和床板。从机架上取下滤片和准直器。
   2. 使用 Software 4 将机架移回 0°，并将平台位置移回 (0 mm, 0 mm, 0 mm)。关闭机柜门。关闭 Software 5。
   3. 关闭控制台电源钥匙。在System 2设备上，先将照明和激光的钥匙关闭，然后将系统电源转至关闭位置。

结果

System 1 X射线管可在水等效厚度材料模体中，以10 × 10 mm²照射野和33 cm源到表面距离（SSD）的条件下，产生20–225 kVp的能量，剂量率为2.6 Gy/min（深度1 cm处）。射束的半值层（HVL）在220 kVp时为0.73 mm Cu，在60 kVp时为2.15 mm Al¹⁵。System 1采用多级黄铜准直结构以减小半影。通过两个可滑动的黄铜挡块在电流产生和稳定期间阻断射线输出。使用可更换的准直喷嘴进行照射。滤过片为0.15 mm铜和1 mm铝。

常用的实验动物包括小鼠和大鼠，处理部位包括心脏、肝脏、 flank（侧腹）、肺、胰腺、腿部、脑和十二指肠^16,17。既往使用的照射剂量范围为0.2–60 Gy，采用1–6个射束，结合静态射束与弧形射束类型。图中展示了一个对小鼠全脑照射2 Gy的治疗计划示例（见图4）。该治疗计划采用1个射束，机架角度为0°，使用10 × 10 mm²的准直器。脊髓上段被手动勾画为危及器官（OAR），剂量体积直方图（DVH）显示约20%的OAR接受了0.5 Gy的剂量。

System 1 机柜门包含一个等效铅屏蔽观察窗。System 1 的源-轴距离（SAD）为 35 cm，源-探测器距离（SDD）为 53 cm。在锥形束 CT（CBCT）成像过程中，System 1 的治疗床可完成 360° 旋转，从而生成定位精度约为 0.2 mm¹⁸ 的 CBCT 图像。治疗结束后，System 1 会生成一个日志文件，记录射束配置信息，包括射束数量、治疗床和机架位置、源-皮肤距离（SSD）、射束权重以及射束开启时间（见图6）。该日志文件还记录等中心坐标、处方剂量、计划标识符以及相关计划元数据，如轮廓名称和分割阈值。

System 2 X射线管可在水等效厚度材料模体中，使用10 × 10 mm²照射野和29 cm SSD条件下，产生10–225 kVp的能量，剂量率为2.7 Gy/min（在1 cm深度处）。射束的半值层（HVL）在225 kVp时为0.95 mm Cu，在100 kVp时为2.8 mm Al。用于准直的System 2包含一个模块化准直器和滤过片架，安装于X射线管上。准直器内含次级修整器，通过由黄铜和铅制成的锥形结构减少半影区。准直器至中心轴的距离为7 cm。滤过片包括0.3 mm铜和2 mm铝。

常用的实验动物包括小鼠和大鼠，照射部位包括头颈部¹⁹、心脏、侧腹部、脑、胰腺、肾脏以及唾液腺。既往研究中使用的照射剂量范围为 2–60 Gy，采用 1–2 个射束，结合静态与弧形射束类型。文中展示了一个对小鼠全脑照射 2 Gy 的治疗计划示例（见图 5）。该治疗计划采用机架角度为 90° 和 270° 的两个射束，并使用 10 × 10 mm² 的准直器。上段脊髓被手动勾画为危及器官（OAR），剂量体积直方图（DVH）显示约 20% 的 OAR 接受了 0.5 Gy 的剂量。

系统2的源轴距（SAD）为30 cm，源探测器距（SDD）为62 cm。对于系统2，机架和CT窗口围绕治疗床旋转360°。根据厂商提供的数据，这可生成配准精度为0.2 mm的锥形束CT（CBCT）图像。治疗结束后，系统2会生成一个日志文件，记录包括射束数量、射束权重、出束时间、机架角度和旋转方向、射束能量（kVp）、管电流（mA）、焦点尺寸、治疗床位置以及滤过材料/厚度在内的递送参数。此外，还包括辐射类型和计划元数据。

图1：系统1和系统2的系统配置。（A–C）显示系统1，（D–F）显示系统2。（A,D）各平台的外部视图，标注了尺寸（高度、宽度和深度）。（B,E）成像过程中的内部配置，包括床体旋转（B）和机架旋转（E）。系统1中显示了一只麻醉小鼠（B），系统2中显示了一个小鼠模体（E）。（C,F）治疗递送期间的内部配置，突出显示了两个系统中配备准直硬件的治疗设置。请点击此处查看此图的放大版本。

图2：流程图总结了端到端的实验工作流程，按术前准备活动、依赖仪器的操作步骤以及术后评估进行归类。箭头表示工作流程的操作顺序。请点击此处查看该图的放大版本。

图3：治疗设置所用材料。（A–C）为系统1的组件，（D–F）为系统2的组件。（A,D）准直器，具有多种尺寸和形状。（B,E）用于成像和治疗定位的动物支撑台/床。（C,F）铝（Al）和铜（Cu）滤片。 请点击此处查看该图的放大版本。

图4：系统1计划评估视图。（A）全脑治疗计划的剂量-体积直方图（DVH）。靶区（绿色线）为全脑，危及器官（OAR，黄色线）为上段脊髓。（B）计算剂量分布叠加于影像数据集上的轴向（横断面）视图。（C）计算剂量分布的矢状面视图。（D）计算剂量分布的冠状面视图。脑组织以绿色勾画，射野边缘以紫色标出（B–D）。请点击此处查看该图的高清版本。

图5：系统2计划评估视图。（A）全脑治疗计划的剂量-体积直方图（DVH）。靶区（红线）为脑组织，危及器官（OAR，白线）为上段脊髓。（B）垂直 × 横向平面的轴向剂量视图。（C）垂直 × 纵向平面的矢状剂量视图。（D）横向 × 纵向平面的冠状剂量视图。射束轨迹以蓝色显示（B–D）。请点击此处查看该图的高清版本。

图6：系统2和系统1的治疗日志文件。（A）系统1的日志文件，报告类似的治疗和射束递送信息。（B）系统2的日志文件，记录治疗参数。请点击此处查看此图的放大版本。

表1：系统1与系统2系统关键物理及操作参数汇总。请点击此处下载该表格。

讨论

放射治疗领域正在迅速发展，尽管目前有大量正在进行的临床试验，但可重复且准确的临床前实验对于理解实现预期最终目标的放射生物学机制至关重要。使用固定放射源和全身照射方法对小型动物进行照射可能导致不必要的毒性²⁰。图像引导的小型动物照射设备的出现，使得靶区定位更加可重复，并能降低对危及器官（OARs）的照射剂量。这种方法模拟了与临床患者治疗相似的参数，能够在显著降低动物在治疗方案完成前因毒性反应或死亡风险的前提下，探索相关的生物学机制。小型动物模型在基础研究和临床前研究中的应用已成为临床转化前的基本研究模式。由于小型动物照射系统的视野和探测器尺寸较小，其空间定位精度可达亚毫米级别，优于或相当于临床治疗用直线加速器的精度²¹。此外，肿瘤临床机构中的放射治疗设备通常仅在工作时间内用于患者治疗，限制了临床前动物实验的可用时间。在此背景下，小型动物照射仪为研究人员提供了专用平台，可在不影响临床工作流程的情况下开展放射生物学研究。

系统1和系统2均支持高精度、亚毫米准确度的图像引导小动物照射²²。尽管两种系统在整体工作流程上具有相似之处，但它们在CBCT成像的获取技术 、射束质量以及剂量率方面存在关键差异。

在这两个系统中，计划前成像均使用铝滤光片且不使用射束准直装置，而治疗射束的递送则使用铜滤光片，并通过专用的射束成形装置进行。因此，必须谨慎操作，确保每项任务使用正确的射束准直装置和滤光片。系统2的滤光片配备有内置传感器，可与软件通信并显示当前安装的滤光片类型。系统1不具备此功能，若插入错误的滤光片，系统不会触发辐照联锁保护。

在治疗计划制定过程中，系统1软件能够利用先前的计划作为模板，并根据新获取的CT扫描数据计算新的射束照射时间。系统2不具备此功能，因此每次扫描后均需重新制定计划，或手动沿用先前计划的参数，这需要在准确性与处理效率之间进行权衡。对于两套系统而言，不确定性最大的步骤之一是手动勾画轮廓，该步骤应谨慎执行，以确保目标区域剂量的空间准确性。治疗计划中的剂量计算基于设备性能稳定这一假设，因此对于两套系统，均应定期执行质量保证程序，以评估输出的一致性。若输出偏差超过允许的容差范围，应联系设备供应商，必要时进行重新校准。质量保证程序的实施应依据供应商 和机构 的建议进行。

对于每只动物，所需的手动步骤包括在成像和治疗之间切换铝和铜滤光片、添加或更换准直器、对动物进行摆位、照射以及移出动物。目前尚未见报道使用自动化工具来完成上述任一系统中的这些步骤。在系统1中，CBCT探测器面板还必须在成像和治疗之间打开或关闭并进行移动。如前所述，如果实验方案允许更大的定位误差范围，则为了提高效率，某些步骤可以省略。如果使用先前的或通用的治疗计划，则可省略治疗计划步骤。对于任一设备，一名操作人员已足够。然而，增加人员可提高工作流程的效率。例如，一名操作人员可专注于控制设备以及更换滤光片和准直器，而另一名操作人员则负责监控麻醉状态并更换实验动物。

对于这两种设备而言，一个潜在的问题是机架可能与检查床发生碰撞，因为碰撞会影响等中心点的对准，需要重新进行设备验证。因此，这两种设备都配备了摄像头，当机架移动时应持续监控该摄像头。如果用户怀疑机架可能与检查床发生碰撞，操作员应立即按下控制软件中的X射线关闭按钮。如果系统无响应，或操作员或受试对象面临危险，操作员应按下物理的红色紧急停止按钮。这将切断系统的全部电源。随后，用户应复位该按钮并重新启动系统。由于受试对象已接受部分照射，操作员应与主要研究者协商，以确定对该受试对象最合适的后续处理方案。

另一个潜在问题是由于插入了错误的滤光片或准直器而导致照射不正确。尽管理想情况下应在每次受试者照射前检查装置设置以避免此类问题，但由于安装滤光片和准直器是手动步骤，且必须在成像和治疗之间进行，因此仍有可能发生错误照射。应记录受试者编号并报告给主要研究者以进行监控。最后一个常见问题是器官受量（OAR）在治疗计划中接收到的剂量过高。与临床治疗计划类似，应修改射束参数，包括在不同角度增加额外射束或改为动态调强计划。此外，也可调整受试者在治疗床面上的体位。

两种系统的CBCT成像分辨率相当，均具备micro-CT、荧光透视和生物发光成像能力，但这些内容未在本方案中涉及。系统1配备有电动可变准直器，这是一种特殊的准直系统，可实现适形和非共面照射；而系统2则具有自动可调准直器，可生成可旋转的矩形照射野。在治疗计划方面，系统1可与Software 3、SmART-XPS或micro-Raystation配合使用；系统2则兼容Software 6或micro-Raystation。

本文所述方案适用于在常规剂量率和空间均匀辐射场条件下，利用小型动物辐照系统开展系统的放射生物学研究。该方案未涵盖空间分割放疗（SFRT）和超高速剂量率（UHDR）放疗，因为这两种设备并非专为这类研究设计²³。系统1的厂商已开发出专用的临床前FLASH研究平台，并正在持续推进该系统在UHDR研究中的验证工作²⁴。系统2的厂商也已开发出一种新型机柜式系统，可用于常规剂量率和UHDR照射。部分研究人员已致力于开发新型准直器以用于SFRT，并通过调整源-皮肤距离（SSD）来提高剂量率^25,26,27。当前系统未来的应用方向包括：评估在缩短SSD条件下的最大剂量率能力，以及在相同治疗计划下对两套系统进行剂量学比较。后续研究还可包括评估物理系统在其他小型动物模型（如兔子）上的适用性限制。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
MuriPlan v3.0.0	软件 3	Xstrahl	MuriPlan
MuriSlice v3.2.6	软件 2	Xstrahl	MuriSlice
PilotXRadConsole v1.30.3.5	软件 4	Precision X-Ray	PilotXRadConsole
SARRP 控制软件 v4.3.1	软件 1	Xstrahl	SARRP CS
小型动物放射研究平台	系统 1	Xstrahl	SARRP
小型动物放射治疗系统	系统 2	Precision X-Ray	SmART+
SmART+ v1.30.3.5	软件 5	Precision X-Ray	SmART+
SmART-高级治疗计划 v24.1.3.240826	软件 6	Precision X-Ray	SmART-ATP