張平，羅龍輝，戴鵬，周巧敏，吳偉，黃慶

廣東三九腦科醫(yī)院 a.腫瘤綜合治療中心；b.設(shè)備科，廣東 廣州 510510

ExacTrac 6D影像精確引導(dǎo)系統(tǒng)在腦轉(zhuǎn)移瘤SRS中的應(yīng)用

張平a，羅龍輝a，戴鵬a，周巧敏a，吳偉a，黃慶b

廣東三九腦科醫(yī)院 a.腫瘤綜合治療中心；b.設(shè)備科，廣東 廣州 510510

目的 使用ExacTrac 6D紅外/X線DR影像精確引導(dǎo)系統(tǒng)對腦轉(zhuǎn)移瘤立體定向放射治療（Stereotactic Radiotherapy Surgery，SRS）進(jìn)行擺位，比較一鍵復(fù)位前后的擺位精度，評估6D治療床在SRS非共面弧治療中的重要性。方法 選擇我院89例腦轉(zhuǎn)移瘤SRS治療的患者，在治療前和治療床旋轉(zhuǎn)至固定角度后，采用ExacTrac系統(tǒng)的X光影像裝置拍攝靶點(diǎn)區(qū)域的兩幅X光圖像，與計(jì)劃系統(tǒng)中CT數(shù)據(jù)自動(dòng)處理所得的數(shù)字化重建X光照片進(jìn)行匹配，得到前者在X、Y、Z軸3個(gè)方向的平移誤差和旋轉(zhuǎn)誤差（6D誤差），并進(jìn)行一鍵復(fù)位擺位修正。擺位修正后，再以ExacTrac 6D紅外/X線DR影像精確引導(dǎo)系統(tǒng)驗(yàn)證患者體位的6D誤差。結(jié)果 治療前0°床角擺位，經(jīng)X線圖像引導(dǎo)一鍵復(fù)位修正后的3個(gè)線性誤差均＜1.0 mm，3個(gè)旋轉(zhuǎn)誤差均＜0.5°，滿足SRS放療要求。且6D誤差明顯小于修正前的擺位誤差，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。治療床旋轉(zhuǎn)至計(jì)劃設(shè)計(jì)角度后，經(jīng)X線圖像引導(dǎo)一鍵復(fù)位修正后的3個(gè)線性誤差和3個(gè)旋轉(zhuǎn)誤差均明顯小于修正前的擺位誤差，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。結(jié)論 應(yīng)用ExacTrac 6D紅外/X線DR影像精確引導(dǎo)系統(tǒng)在非共面弧立體定向放射外科治療時(shí)可行的，并可明顯減少患者因治療床旋轉(zhuǎn)引起的擺位誤差。

腦轉(zhuǎn)移瘤；ExacTrac 6D圖像引導(dǎo)系統(tǒng)；立體定向放射治療；擺位誤差

引言

頭頸部集中了很多重要器官，在放射治療時(shí)對放療技術(shù)的準(zhǔn)確性和精確性要求極高[1]。圖像引導(dǎo)放射治療（Image Guided Radiotherapy，IGRT）是當(dāng)前腫瘤精確放療的新技術(shù)之一，它是將立體定向技術(shù)和適形、調(diào)強(qiáng)技術(shù)融為一體的放射治療技術(shù)[2]。該技術(shù)是將放射治療機(jī)與先進(jìn)的影像設(shè)備及近幾年快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)巧妙結(jié)合，在放射治療分次擺位或治療中，采集治療區(qū)域的圖像或信號(hào)，確定治療區(qū)與重要器官的運(yùn)動(dòng)、位置等因素，進(jìn)行圖像或劑量的校正，以引導(dǎo)本次治療或后繼治療[3]。研究證明[4-7]，圖像引導(dǎo)下的無框架立體定向放射外科比傳統(tǒng)有創(chuàng)頭釘式立體定向放射治療誤差更小，定位更精確。我院自2014年5月引進(jìn)德國博醫(yī)來公司研發(fā)的ExacTrac擺位系統(tǒng)，配合6D移動(dòng)治療床，已開展89例顱內(nèi)轉(zhuǎn)移瘤的無框架無創(chuàng)立體定向放射外科（Stereotactic Radiotherapy Surgery，SRS）治療，為提高靶區(qū)的適形性和均勻性，降低周圍正常組織的受量，治療中部分野采用的是非共面弧照射，即治療床固定于不同位置，加速器繞其旋轉(zhuǎn)一定角度。治療床旋轉(zhuǎn)一定角度，直線加速器的機(jī)械精度會(huì)隨之變化[8]。Rahimian等[9]研究表明，擺位治療時(shí)考慮治療床的旋轉(zhuǎn)可減少治療誤差。本研究旨在評估治療床旋轉(zhuǎn)一定角度后對顱內(nèi)轉(zhuǎn)移瘤立體定向放射治療的擺位精度。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

收集2014年8月～2015年12月間89例顱內(nèi)轉(zhuǎn)移瘤患者，男54例，女35例，年齡27～80歲，中位年齡59歲。全組病例均在X射線圖像引導(dǎo)下進(jìn)行擺位修正，并完成立體定向放射治療。

1.2 模擬定位及計(jì)劃設(shè)計(jì)

將博醫(yī)來無框架定位系統(tǒng)的碳素纖維架水平置于定位床上，患者按最舒適的位置躺好，然后坐起不動(dòng)。將底部面罩置于恒溫水箱加溫至透明，置于定位架的馬蹄形巢里，患者躺下不動(dòng)，將底部面膜塑成患者后腦形狀直至冷卻變硬，并放上2 mm固定條。將中部面罩加溫透明后弄干，固定患者的前額、下巴和上唇部，并用與2 mm固定條相配的S型扣條固定。取下S型扣條，將軟化透明的頂部面罩覆在中部面罩上，塑出患者臉形，尤其是鼻子和下巴，再用2 mm扣條固定。

采用20層大孔徑螺旋CT（Somatom Def i nition AS，Simense）進(jìn)行模擬定位掃描，層厚1.5 mm，掃描時(shí)將定位框架卡在碳素纖維定位架上，使得每一幀CT圖像都帶有坐標(biāo)標(biāo)記，掃描圖像數(shù)據(jù)傳輸至放射治療計(jì)劃系統(tǒng)Brainlab iPlan RT image 4.1.1。

1.3 靶區(qū)勾畫及計(jì)劃設(shè)計(jì)

將患者M(jìn)RI掃描圖像數(shù)據(jù)傳入iPlan RT image 4.1.1系統(tǒng)，放療醫(yī)生按照CT和MRI掃描圖像在iPlan RT image 4.1.1軟件內(nèi)進(jìn)行靶區(qū)勾畫，確定治療范圍。物理師根據(jù)靶區(qū)范圍和治療要求，通過iPlan RT 4.5.3 Dose軟件對放療的劑量分布進(jìn)行計(jì)算并優(yōu)化，完成采用限光筒治療的立體定向放療計(jì)劃，生成治療部位的數(shù)字重建射野圖像（Digital Reconstructed Radiography，DRR），并將治療計(jì)劃和DRR數(shù)據(jù)分別傳輸至治療加速器（Unique，Varian）和X線圖像引導(dǎo)系統(tǒng)（ExacTrac，BrainLAB）。

1.4 治療前QA

每次開機(jī)預(yù)熱后，采用博醫(yī)來等中心模體檢查ExacTrac系統(tǒng)紅外定位裝置和kV級(jí)X射線成像系統(tǒng)的中心是否與Unique加速器等中心重合。若不重合，采用ET X-ray 校準(zhǔn)模體進(jìn)行校準(zhǔn)。

1.5 治療前擺位和修正

治療床位于0°位置，患者躺在治療床上，采用和模擬定位相同的體位和3層面膜固定，將無框架立體定向放射外科定位架（含有6個(gè)可追蹤患者體位的反光標(biāo)記求）固定在碳素纖維定位架上，從ExacTrac系統(tǒng)中調(diào)出患者擺位數(shù)據(jù)后，用kV級(jí)X射線成像裝置獲取一組交叉的X射野圖像，將其與相應(yīng)的由CT數(shù)據(jù)自動(dòng)處理所得的數(shù)字化重建X光照片（DRRs）進(jìn)行配準(zhǔn)，得到患者體位在X（左-右）、Y（頭-腳）、Z（前-后）3個(gè)方向的平移誤差和繞X、Y、Z軸的旋轉(zhuǎn)誤差。根據(jù)圖像配準(zhǔn)結(jié)果，由6D移動(dòng)治療床進(jìn)行位置修正調(diào)整。當(dāng)X、Y、Z軸3個(gè)方向的平移誤差和旋轉(zhuǎn)誤差達(dá)到SRS放療要求（平移誤差＜1 mm，旋轉(zhuǎn)誤差＜0.5°）時(shí)開始治療。

1.6 非共面弧照射前擺位和修正

治療床旋轉(zhuǎn)至計(jì)劃設(shè)計(jì)角度后，再次采用kV級(jí)X射線成像裝置獲取一組交叉的X射野圖像，將其與相應(yīng)的由CT數(shù)據(jù)自動(dòng)處理所得的數(shù)字化重建X光照片（DRRs）進(jìn)行配準(zhǔn)，得到患者體位在X、Y、Z軸3個(gè)方向的平移誤差和繞X、Y、Z軸的旋轉(zhuǎn)誤差。根據(jù)圖像配準(zhǔn)結(jié)果，由6D移動(dòng)治療床進(jìn)行位置修正調(diào)整。在擺位修正后，再次重復(fù)X線影像引導(dǎo)的驗(yàn)證過程，記錄得到的X、Y、Z軸3個(gè)方向的平移誤差和旋轉(zhuǎn)誤差。當(dāng)X、Y、Z軸3個(gè)方向的平移誤差和旋轉(zhuǎn)誤差達(dá)到SRS放療要求（平移誤差＜1 mm，旋轉(zhuǎn)誤差＜0.5°）后治療。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 13.0軟件，統(tǒng)計(jì)出患者非共面拉弧治療前和6D移動(dòng)治療床位置修正后X、Y、Z軸3個(gè)方向平移誤差和繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)誤差的均數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差（s）、中位數(shù)、最大值和最小值，采用t檢驗(yàn)分析誤差，P＜0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

治療前治療床位于0°進(jìn)行擺位，89例顱內(nèi)轉(zhuǎn)移瘤患者在完成紅外線標(biāo)記預(yù)擺位后，均采用kV級(jí)X射線影像引導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行體位誤差檢驗(yàn)和修正，并在擺位修正后再次進(jìn)行體位誤差驗(yàn)證測量。89例患者共獲取了196次治療的體位位置圖像，擺位修正前和修正后各98組圖像，分別與治療計(jì)劃的DRR配準(zhǔn)得到修正前后的紅外線標(biāo)記擺位誤差結(jié)果，見表1。

治療前治療床位于0°預(yù)擺位修正前后結(jié)果顯示，經(jīng)交叉X射線圖像配準(zhǔn)驗(yàn)證，治療前擺位修正后的6D誤差均明顯小于修正前預(yù)擺位誤差，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。誤差修正后X、Y、Z軸3個(gè)方向的平移誤差均＜1.0 mm，繞X、Y、Z軸3個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)誤差均＜0.5°，滿足SRS放療要求。

89例顱內(nèi)轉(zhuǎn)移瘤患者非共面弧治療前治療床旋轉(zhuǎn)到一定角度后，均采用kV級(jí)X射線影像引導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行體位誤差檢驗(yàn)和修正，并在擺位修正后再次進(jìn)行體位誤差驗(yàn)證測量。89例患者共獲取了548次治療的體位位置圖像，擺位修正前和修正后各274組圖像，分別與治療計(jì)劃的DRR配準(zhǔn)得到修正前后的紅外線標(biāo)記擺位誤差結(jié)果，見表2。

當(dāng)治療床按計(jì)劃設(shè)計(jì)要求旋轉(zhuǎn)至固定角度后，經(jīng)交叉X射線圖像配準(zhǔn)驗(yàn)證，其在6D方向上的擺位誤差均較大，其中平移擺位誤差在Y方向最大，Z方向次之，X方向最小，旋轉(zhuǎn)擺位誤差最大2.2°。經(jīng)X射線圖像引導(dǎo)修正擺位，最大平移擺位誤差為0.49 mm，最大旋轉(zhuǎn)誤差為0.5°，誤差均很小。Exactrac X線/紅外影像引導(dǎo)精確引導(dǎo)的6D誤差均明顯小于修正前的擺位誤差，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

3 討論

立體定向放射外科（X-刀、γ刀）因定位準(zhǔn)確，靶體積內(nèi)外劑量落差大，既提高了靶區(qū)局部的劑量又最大限度地減少了周圍正常組織的受量[10-12]，使腫瘤迅速縮小，挽救患者生命，已成為治療顱內(nèi)轉(zhuǎn)移瘤的有效方法之一[13-15]。在傳統(tǒng)的有框架放射外科治療中，患者需要固定在一個(gè)頭戴式支架中，通過螺絲擰到頭骨中防止患者頭部活動(dòng)，增加了患者的痛苦，且只能單次治療。成像和計(jì)算機(jī)技術(shù)的提升，將患者放療前體位的驗(yàn)證X線攝影設(shè)備納入放療的必備步驟，構(gòu)成了新一代的影像引導(dǎo)放療技術(shù)，推動(dòng)了無框架立體定向放射外科的發(fā)展[16]，該技術(shù)不僅具備了放射外科的精準(zhǔn)度，還為患者提供更高的舒適度和治療的靈活性，可單次或多次治療，為多樣化的腫瘤患者提供治療。

精確定位、精確設(shè)計(jì)、精確治療是SRS治療的關(guān)鍵。為提高腫瘤劑量覆蓋率，降低周圍正常腦組織的受量，我科顱內(nèi)轉(zhuǎn)移瘤SRS計(jì)劃基本使用多弧非共面照射。多弧非共面照射時(shí)，治療床旋轉(zhuǎn)對擺位精度產(chǎn)生影響，可能導(dǎo)致靶區(qū)的漏照和危及器官的錯(cuò)照，影響患者的療效和生存質(zhì)量。

本研究89例患者中3例患者各有2個(gè)轉(zhuǎn)移瘤，4例患者各有3個(gè)轉(zhuǎn)移瘤，所以治療前擺位復(fù)位前后各采集了98副圖像。本研究SRS計(jì)劃根據(jù)腫瘤形狀、大小、位置等因素設(shè)計(jì)計(jì)劃時(shí)，存在1～3個(gè)不等非零床角，所以非共面弧共采集274副圖像。治療前擺位經(jīng)ExacTrac X線/紅外影像引導(dǎo)后X、Y、Z軸3個(gè)方向的平移誤差均＜1.0 mm，繞X、Y、Z軸3個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)誤差均＜0.5°，滿足SRS放療要求。但當(dāng)治療床按照SRS治療計(jì)劃旋轉(zhuǎn)一定角度后，6D方向誤差都有超出SRS治療要求，因此治療床旋轉(zhuǎn)對擺位誤差影響較大，不容忽視。其中以Y和Z方向擺位誤差較大，最大誤差分別為12.8 mm和11.16 mm，主要是因?yàn)榧铀倨鞲鳈C(jī)械參數(shù)因治療床旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，以及治療床0°時(shí)患者體位因使用ExacTrac影像引導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)致6D治療床產(chǎn)生傾角，當(dāng)治療床旋轉(zhuǎn)時(shí)，體位誤差隨之增加導(dǎo)致。ExacTrac紅外/X線影像引導(dǎo)系統(tǒng)由一個(gè)紅外線光學(xué)定位儀和兩個(gè)交叉的千伏級(jí)X射線成像裝置，以及相應(yīng)圖像配準(zhǔn)軟件組成，通過紅外線光學(xué)定位儀檢測定位架上的反光標(biāo)記球位置自動(dòng)擺位，再用X射線成像裝置獲取圖像并修正擺位誤差，擺位精度高。使用ExacTrac紅外/X線影像引導(dǎo)系統(tǒng)修正治療床旋轉(zhuǎn)的擺位誤差，在X、Y、Z軸3個(gè)方向平移誤差均＜0.5 mm，繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)誤差均＜0.5°，誤差均很小。

表1 治療前擺位誤差測定及修正

表1 治療前擺位誤差測定及修正

注：X1表示左右方向誤差，Y1表示頭腳方向誤差，Z1表示前后方向；X1°表示繞X軸旋轉(zhuǎn)誤差，Y1°表示繞Y軸旋轉(zhuǎn)誤差，Z1°表示繞Z軸旋轉(zhuǎn)誤差。

6D方位X1 (mm) Y1 (mm) Z1 (mm) X1° (°) Y1° (°) Z1° (°)修正前 1.01±1.56 0.90±1.01 1.26±1.45 0.63±0.53 0.86±0.81 0.87±0.83修正后 0.16±0.37 0.23±0.82 0.25±1.35 0.15±0.18 0.18±0.49 0.26±0.36 t 5.134 5.088 5.014 8.419 6.994 6.566 P 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000項(xiàng)目

表2 非共面弧修正前后擺位誤差測定

表2 非共面弧修正前后擺位誤差測定

注：X2表示左右方向誤差，Y2表示頭腳方向誤差，Z2表示前后方向；X2°表示繞X軸旋轉(zhuǎn)誤差，Y2°表示繞Y軸旋轉(zhuǎn)誤差，Z2°表示繞Z軸旋轉(zhuǎn)誤差。

6D方位X2 (mm) Y2 (mm) Z2 (mm) X2° (°) Y2° (°) Z2° (°)修正前 0.62±0.48 0.85±1.51 0.76±1.42 0.34±0.34 0.27±0.29 0.29±0.28修正后 0.14±0.11 0.13±0.11 0.14±0.10 0.28±0.22 0.23±0.20 0.19±0.15 t 16.124 7.952 7.27 2 2.449 1.542 5.380 P 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.000項(xiàng)目

Gevaert T等[4]研究了不同治療床旋轉(zhuǎn)對加速器精度的影響，本研究探討了立體定向放射外科實(shí)際治療中治療床旋轉(zhuǎn)對患者擺位精度的影響。在顱內(nèi)轉(zhuǎn)移瘤立體定向放射外科的治療過程中，不可忽視治療床旋轉(zhuǎn)帶來的誤差。應(yīng)在配備有六位治療床的基礎(chǔ)上開展立體定向放射外科。治療床旋轉(zhuǎn)不同的角度可能對立體定向放射外科治療精度造成不同程度的影響。下一步擬具體分析研究不同治療床角度對顱內(nèi)轉(zhuǎn)移瘤立體定向放射外科擺位精度的影響。

4 結(jié)論

BrainLAB無框架立體定向放射外科采用覆蓋頭頸的可固定、可拆卸的面罩，采用ExacTrac 6D紅外/X線DR影像精確引導(dǎo)系統(tǒng)，根據(jù)患者顱骨骨性 標(biāo)記以亞毫米級(jí)精度進(jìn)行調(diào)整，速度快，無痛苦，可顯著減少患者非共面弧照射因治療床旋轉(zhuǎn)引起的位置誤 差，提高擺位精確性。下一步擬研究不同治療床角度對腦轉(zhuǎn)移瘤立體定向放射外科擺位的影響，為患者SRS計(jì)劃設(shè)計(jì)提供實(shí) 際臨床需求。

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本文編輯 袁雋玲

Application of ExacTrac 6D Image-Guidance System in Stereotactic Radiotherapy Surgery Treatment of Brain Metastasis

ZHANG Pinga, LUO Long-huia, DAI Penga, ZHOU Qiao-mina, WU Weia, HUANG Qingb

a.Department of Oncology; b.Department of Equipment, Guangdong 999 Brain Hospital, Guangzhou Guangdong 510510, China

Objective To evaluate the importance of the application of ExacTrac 6D image-guidance system in non-coplanar arcs stereotactic radiosurgery treatment of stereotactic radiotherapy surgery (SRS) based on comparing the setup error before and after the reset. Methods From August 2014 to December 2015, a total of 89 brain metastases patients who were treated with SRS were chosen to perform the research. Firstly, the X-ray imaging device of ExacTrac system was used to shoot 2 X-ray images on the target area before treatment and after the table were rotated to a fi xed angle, respectively. Then, they were separately matched with the X-ray images that were automatic processed based on the CT data. In this case, the X, Y, Z direction of 3 translation and rotation errors (6D error) of the former were gained. In the following, a key reset placement correction was performed. Finally, ExacTrac 6D image-guidance system were utilized to validate the 6D error of the patients’ position. Results Before the treatment when the table placed in 0° angle, three linear error was less than 1.0 mm and 3 rotation error was less than 0.5° after using the X-ray images to guide a key reset, which satisf i ed the requirement of the SRS radiotherapy. Meanwhile, the 6D errors were much smaller than the positioning error correction before, the differences were signif i cant (P＜0.05). When the table was rotated to the setting angle, the use of verif i cation images could adequately reduce the error associated with intrafraction patient movement in all 3 translations and rotations. The differences were signif i cant (P＜0.05). Conclusion Application of ExacTrac 6D image-guidance system in non-coplanar arcs stereotactic radiosurgery treatment is feasible. In addition, it can obviously reduce the positioning error caused by rotating the table during frameless stereotactic radiosurgery.

brain metastases; ExacTrac 6D image-guidance system; stereotactic radiotherapy surgery; setup error

R739.41

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.05.010

1674-1633(2017)05-0040-04

2016-06-27

2016-08-18

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