六維床在顱內腫瘤立體定向放射治療中的臨床應用

鐘偉偉， 鄭祖安， 劉慶， 董克湉， 廖景龍， 李君超

立體定向放射治療(stereotactic radiotherapy，SRT)是治療顱內原發腫瘤和腦轉移瘤的一種有效和值得肯定的手段，能夠取得很好的劑量分布和控制率。SRT小野集束照射形成的高劑量大梯度變化突出了靶區位置精確度的要求，使靶區位置精確度成為立體定向放射治療的第一要素，靶區的精確定位和精確擺位是X射線SRT成功的關鍵，如何消除擺位誤差必須受到重視。

隨著圖像引導放射治療(image-guided radiotherapy，IGRT)技術在放療中的廣泛運用，相關研究者不僅認識到三維線性誤差對靶區劑量的影響，消除旋轉誤差的必要性也越來越受到研究者的關注。Guckenberger等[1]報道，旋轉誤差可以對劑量學結果產生較大影響。本研究采用Varian Edge直線加速器機載錐形束CT(cone beam CT，CBCT)，在SRT治療前獲取擺位后的位置驗證圖像得到的誤差數據，從平移和旋轉六維方向進行擺位誤差分析，然后采用PerfectPitch 6D Couch六維治療床在六維方向上在線校正擺位誤差，然后再行加速器機載CBCT掃描，獲取位置驗證圖像從六維方向分析殘留的擺位誤差，并比較校正前的擺位誤差和校正后的殘留擺位誤差，旨在探討利用六維床在CBCT引導下實現六維方向上的在線校正在顱內腫瘤SRT中的應用價值。

材料與方法

1.病例資料

選取2017年1月-2017年5月在本院中法新城院區應用美國瓦里安公司Varian Edge直線加速器行SRT的顱內腫瘤患者37例，其中男20例，女17例，年齡18～79歲，中位年齡50歲，37例患者均利用六維床在CBCT引導下實現在六維方向上的在線校正后完成治療，共收集142次擺位校正前、后的配準結果。

2.設備及方法

采用Varian Edge直線加速器及機載CBCT，PerfectPitch 6D Couch六維治療床，菲利普(Philips)公司X射線計算機體層攝影設備(Brilliance CT Big Bore)，Varian Eclipse治療計劃系統。

所有患者均取仰臥位，采用個體化頭熱塑網罩聯合發泡膠制作的個體化頭枕與碳纖維底板固定，網罩加熱至70℃塑型，降溫后成型。

患者體位固定后，在Brilliance CT Big Bore上行CT模擬定位(層厚3 mm、120 kV 、400 mAs)，獲取治療計劃參考圖像，將CT圖像經MOSAIQ網絡傳輸至Varian Eclipse治療計劃系統，進行靶區勾畫和治療計劃設計。

3.驗證與治療

每次治療前行機載CBCT掃描(掃描參數：100 kV、150 mAs、有效劑量0.32 cGy)，CBCT Mode為Head，第一次CBCT掃描采用骨窗模式與計劃參考圖像自動配準(圖1a)，并經高年資醫師、物理師和技師共同確認配準結果，獲得平移誤差，包括左右方向X、進出方向Y、升降方向Z，旋轉誤差包括俯仰方向Rx(Pitch)、滾動方向Ry(Roll)、左右旋轉方向Rz(Rettn)；分析以上6個方向的擺位誤差結果，利用六維床在六維方向上校正擺位誤差，誤差校正后再行第二次CBCT掃描(圖1b)，所獲得的圖像再與計劃參考圖像配準得到6個方向校正后的殘余誤差，經醫師、物理師和技師共同確認配準結果后，調用治療參數，啟動加速器進行治療。

4.統計學分析

結 果

本研究中，37例顱內腫瘤患者共進行142次CBCT掃描，其中校正前、后各掃描71次，獲得擺位誤差數據。所有患者均采用CBCT掃描驗證并利用六維床在六維方向上校正擺位誤差，增加總治療時間約5 min，其中CBCT設置與掃描約2 min，圖像配準及確認約2 min，誤差糾正后再行CBCT掃描約1 min。

37例顱內腫瘤患者擺位后在CBCT引導下經六維床在線校正后，再行CBCT掃描，三個平移方向X、Y、Z的殘余誤差結果分別為(0.020±0.016)cm、(0.012±0.012)cm、(0.014±0.011)cm，單次最大誤差分別為0.07 cm、0.06 cm、0.04 cm(表1)。3個旋轉方向Rx，Ry，Rz的殘余誤差結果分別為(0.080±0.080)°、(0.076±0.075)°、(0.076±0.075)，單次最大誤差分別為0.4°、0.3°、0.3°(表2)。將校正前的擺位誤差數據與校正后的殘余誤差數據行配對樣本t檢驗，結果顯示6個方向上差異均具有統計學意義(P值均為0.000)。

表1 3個平移方向校正前的擺位誤差及校正后的殘余誤差比較 (cm)

注：X1表示校正前左右方向誤差，X2表示校正后左右方向殘余誤差，Y1表示校正前頭腳方向誤差，Y2表示校正后頭腳方向殘余誤差，Z1表示校正前前后方向誤差，Z2表示校正后前后方向殘余誤差。

表2 三個旋轉方向校正前的擺位誤差及校正后的殘余誤差比較 (°)

注：Rx1表示校正前繞X軸方向誤差，Rx2表示校正后繞X軸方向殘余誤差，Ry1表示校正前繞Y軸方向誤差，Ry2表示校正后繞Y軸方向殘余誤差，Rz1表示校正前繞Z軸方向誤差，Rz2表示校正后繞Z軸方向殘余誤差。

圖1 肺癌腦轉移患者，女，62歲。a) 六維方向校正前CBCT圖像； b) 六維方向校正后CBCT圖像。

討 論

X射線SRT是治療顱內腫瘤的一種有效手段之一。X射線SRT具有高斯形的劑量分布，靶體積內外劑量落差較大，在最大限度提高靶區劑量的同時，盡量降低靶區周圍正常腦組織的劑量。靶區的精確定位和正確擺位是X射線SRT治療成功與否的關鍵[2]。治療擺位的微小誤差可能給計劃的實施帶來較大差異。治療擺位的目的在于重復定位時的體位，達到與計劃設計確定的靶區與射野的空間關系的一致，保證射線束對準靶區進行精確照射治療。擺位的精確性和可重復性是現代精準放療的必要條件之一。近年來已經有研究證實，每個接受治療的患者每次擺位位置都有差異和變化[3]，這種擺位誤差會導致部分靶區劑量分布的改變，甚至造成靶區劑量不足，毗鄰器官受照射的劑量和體積反而升高。

近年來，隨著影像引導放射治療的發展和錐形束CT及其圖像配準軟件的應用，放射治療中的擺位誤差已能被精確測量，圖像引導放射治療有多種配準方式，包括二維方向圖像配準、三維方向加單一旋轉軸的配準及六維方向圖像配準，不同的配準方式有不同的配準結果[4]。多數錐形束CT具有六維方向的圖像配準功能，然而由于直線加速器治療床大多數只能為三維方向線性運動，所以實際上放射治療的擺位誤差校正大多數被限制在三維方向上的線性校正，無法做到從傳統的三維平移誤差校正精確到三維平移誤差加三維旋轉誤差校正。Handey等[5]報道>2°的旋轉誤差會對圖像配準結果產生影響。Gutfeld等[6]研究結果表明，>2°的旋轉誤差會使靶區劑量發生3%～5%的變化，即認為>2°的旋轉誤差是需要校正的。鄭祖安等[7]研究發現面頸部腫瘤患者體位固定時需注意頭X軸的后仰與內收。付秀根等[8]認為旋轉誤差在臨床擺位中應引起足夠重視，旋轉誤差會影響線性誤差。所以對于顱內腫瘤的精確放療來說，三維方向內的線性誤差和六維方向內的線性誤差加旋轉誤差同樣重要，只對線性誤差校正而不對旋轉誤差校正是不夠的，因為旋轉誤差不僅本身會引起治療靶區及重要器官的劑量改變，還會影響線性誤差對靶區及重要器官的照射劑量。即使很小的旋轉誤差也可導致靶區劑量分布的改變，甚至造成靶區劑量不足，毗鄰器官的照射劑量升高。

X射線SRT的小野具有高斯形的劑量分布，SRT小野集束照射形成的高劑量大梯度變化突出了靶區位置精確度的要求，使靶區位置精確度成為立體定向放射治療的第一要素，靶區定位精確度和擺位精確度的累積效果就是靶區的總精確度。Boman等[9]研究18例行SRT的患者，發現如果只行3D平移誤差的校正，3D平移校正后治療計劃的適行指數為0.78，靶區劑量僅為處方劑量的78%，而行6D平移與旋轉誤差校正后，治療計劃的適行指數提高至0.91，靶區劑量提高至處方劑量的92.1%，認為旋轉誤差的校正在臨床應用中具有重要意義。張平等[10]研究認為應在配備有六維治療床的基礎上開展立體定向放射治療。本研究中，行SRT的顱內腫瘤患者首次CBCT掃描得到的三個平移方向X、Y、Z的擺位誤差分別為(0.114±0.071)cm、(0.096±0.077)cm、(0.090±0.069)cm；利用六維床在六維方向在線校正后，三個平移方向X、Y、Z的殘余誤差結果分別為(0.020±0.016)cm、(0.012±0.012)cm 、(0.014±0.011)cm。首次CBCT掃描得到的三個旋轉方向Rx、Ry、Rz的旋轉誤差分別為(0.737±0.451)°、(0.748±0.384)°、(0.701±0.381)°；利用六維床在線校正后獲得的殘余旋轉誤差分別為(0.080±0.080)°、(0.076±0.075)°、(0.076±0.075)°。六個方向校正前后差異均具有統計學意義(P值均為0.000)。治療時的殘余誤差線性方向最大值均<0.1cm，旋轉方向最大值均<0.5°，可見利用六維床在CBCT引導下實現的在線校正可以明顯降低SRT的擺位誤差，提高擺位精度，可為顱內腫瘤開展精確SRT治療提供支持。

鑒于大多數直線加速器治療床只能做三維方向線性運動，有學者研究通過矩陣變換，用旋轉誤差補償角度替代六維治療床[11]；由于此研究只報道矩陣公式，未報道入組病例數，雖然該方法具有很強的可操作性，但也有一定的局限性，如只能運用在固定野照射技術中，且對加速器的機械參數有一定的要求，此方法在臨床上的推廣價值值得商榷。國內學者申江峰等[12]利用Tomotherapy HD治療系統在只能糾正四維方向誤差的情況下，研究得出頭頸部腫瘤放療擺位過程中應注意不同方向的相互影響關系，尤其注意前后方向、前后旋轉與上下方向及左右方向與順時針、逆時針旋轉方向的擺位精確性，從而為六維方向的擺位誤差提供參考。

綜上所述，本研究采用Varian PerfectPitch 6D Couch六維治療床對顱內腫瘤SRT患者在六維方向上在線糾正擺位誤差，利用CBCT掃描測量擺位誤差，結果顯示在六維方向上在線校正后的誤差明顯小于校正前，差異均具有統計學意義，并分析了旋轉誤差糾正的可行性和有效性，六維治療床在校正擺位誤差方面具有重要的臨床應用價值。

參考文獻：

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