ExacTrac X射線圖像引導(dǎo)系統(tǒng)在兒童顱內(nèi)神經(jīng)腫瘤立體定向放射外科治療中的應(yīng)用研究

肖 青 周巧敏 羅日順 張 平 王立超 賴名耀 蔡林波*

目前，圖像引導(dǎo)放射治療(imageguided radiotherapy，IGRT)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在臨床精確放射治療中[1-2]。IGRT是繼三維適形(3-dimensional conformal radiation therapy，3D-CRT)和調(diào)強(qiáng)放射治療(intensity-modulated radiation therapy，IMRT)之后的又一新技術(shù)[3]。對于單次計(jì)量大，精度要求高的兒童顱內(nèi)立體定向放射外科(stereotactic radio surgery，SRS)治療，空間精度是實(shí)施治療的挑戰(zhàn)，因此IGRT顯得尤為重要[4-6]。該技術(shù)是將放射治療機(jī)與先進(jìn)的影像設(shè)備及計(jì)算機(jī)相結(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，確定治療區(qū)與重要器官的運(yùn)動(dòng)、位置等因素，進(jìn)行圖像或計(jì)量的校正，以引導(dǎo)本次治療或后續(xù)治療[7]。本研究對37例立體定向放射治療的兒童進(jìn)行了286次ExacTrac X射線圖像擺位誤差以及殘余誤差回顧性的分析，通過對平移和旋轉(zhuǎn)誤差分布情況，論證ExacTrac X射線圖像引導(dǎo)SRS治療具有無創(chuàng)無痛、擺位簡單、耗時(shí)短以及精度高的特點(diǎn)，是一種值得應(yīng)用在兒童顱內(nèi)腫瘤治療中的新技術(shù)。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取2017年3月至2019年2月間在廣東三九腦科醫(yī)院放療科應(yīng)用ExacTrac X射線圖像引導(dǎo)系統(tǒng)治療的37例顱內(nèi)神經(jīng)腫瘤患兒，其中男患兒26例，女患兒11例；年齡3～14歲，中位年齡9歲，行無框架立體定向SRS治療，共進(jìn)行286次圖像匹配后獲得286組數(shù)據(jù)。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

(1)納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡3～14歲；②完成臨床醫(yī)生設(shè)定的放射治療劑量；③臨床影像學(xué)拍片資料完整；④有自主意識(shí)，狀態(tài)清醒的患兒。

(2)排除標(biāo)準(zhǔn)：①臨床資料不全，中途放棄治療；②無意識(shí)，狀態(tài)昏迷；③無肢體活動(dòng)和語言表達(dá)能力。

1.3 儀器設(shè)備

采用Siemens大孔徑CT模擬定位系統(tǒng)(德國西門子公司)；Varian Unique放射治療系統(tǒng)(美國瓦里安有限公司)；ExacTrac X射線圖像引導(dǎo)系統(tǒng)(美國瓦里安有限公司)；Varian Eclipse TPS 11.0計(jì)劃系統(tǒng)(美國瓦里安有限公司)。

1.4 面膜制作

定位過程中患者均采用仰臥位，頭部自然放置在定位頭枕中，兩肩齊平，兩側(cè)外耳孔等高，體中線與激光線重合。將面膜放置在水溫為65°～70°的數(shù)字電熱恒溫水箱中2～3 min，待透明軟化后取出第一層底膜均勻拉伸放置在頭枕下，取出提前浸泡好的第2層中膜，將中膜蓋在患者額部和下巴處，取出透明軟化的顆粒捏成倒”T”字型放置于鼻翼2端至兩側(cè)眉弓連線中間區(qū)域。最后取出第3層膜均勻拉伸一定寬度后放置患者頭面部，按壓面膜表面，塑性患者額、鼻及眼睛等體表標(biāo)記，30 min后待面膜完全冷卻成型即可取下面膜，完成面膜制作。

1.5 CT定位圖像采集

面膜制作后，安排患兒至CT模擬定位室進(jìn)行圖像的掃描。采用大孔徑CT模擬定位系統(tǒng)，設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，掃描層厚為1.5 mm，掃描方式為平掃，掃描范圍在顱頂至頸二下緣，掃描圖像數(shù)據(jù)傳輸至Varian Eclipse TPS 11.0計(jì)劃系統(tǒng)。

1.6 SRS計(jì)劃設(shè)計(jì)和制作

由醫(yī)生在掃描好的CT圖像上逐層勾畫臨床靶區(qū)體積(clinical tumor volume，CTV)和危及器官，物理師在計(jì)劃系統(tǒng)完成計(jì)劃設(shè)計(jì)和制作，并將患兒的治療計(jì)劃和數(shù)字重建圖像(digitally reconstructed radiograph，DRR)數(shù)據(jù)傳輸?shù)絍arian Unique直線加速器和ExacTrac X射線圖像引導(dǎo)系統(tǒng)。

1.7 治療擺位和拍片驗(yàn)證

核對患兒資料，拿出定位膜和碳纖維底板，按定位時(shí)采用的體位仰臥在治療床上，用制好的定位膜將患兒固定在治療的碳纖維架上，固定好頭部的光學(xué)標(biāo)記球，從ExacTrac X射線圖像引導(dǎo)系統(tǒng)中調(diào)出患兒的擺位數(shù)據(jù)，運(yùn)用紅外線光學(xué)定位儀監(jiān)測頭部的標(biāo)記球進(jìn)行預(yù)擺位。用X射線成像裝置獲取一組正交的X射線射野圖像，將其與數(shù)字化重建影像DRR進(jìn)行配準(zhǔn)，以骨性匹配方式自動(dòng)獲取得到左右方向(X軸方向)、頭腳方向(Y軸方向)及腹背方向(Z軸方向)的平移精度誤差及對應(yīng)的3個(gè)旋轉(zhuǎn)精度誤差。結(jié)合系統(tǒng)自動(dòng)匹配技術(shù)，由醫(yī)生確認(rèn)匹配結(jié)果，主要以顱骨、鼻中隔、眼眶、硬腭等骨性解剖結(jié)構(gòu)為參照，在誤差允許范圍之內(nèi)方可給予確認(rèn)，最后記錄3個(gè)方向的平移精度誤差及對應(yīng)的3個(gè)旋轉(zhuǎn)精度誤差。

1.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用SPSS18.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，依次計(jì)算出每例患兒的3個(gè)旋轉(zhuǎn)精度誤差平均值和平移精度誤差平均值。計(jì)量數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)差()表示，在X軸方向、Y軸方向及Z軸方向的平移精度誤差及相應(yīng)的3個(gè)旋轉(zhuǎn)精度誤差的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，計(jì)算出對應(yīng)的空間矢量誤差和相應(yīng)的散點(diǎn)分布圖。

2 結(jié)果

2.1 平移和旋轉(zhuǎn)精度的散點(diǎn)分布

37例3～14歲患兒行無框架SRS治療，所獲得286組圖像配準(zhǔn)后的精度誤差數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖，X軸、Y軸及Z軸3個(gè)方向的平移精度大部分可集中在±0.2范圍內(nèi)，對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)精度主要集中在±0.3°范圍內(nèi)，見圖1。

表1 37例顱內(nèi)神經(jīng)腫瘤患兒不同治療床角度對應(yīng)的平移和旋轉(zhuǎn)精度誤差()

表1 37例顱內(nèi)神經(jīng)腫瘤患兒不同治療床角度對應(yīng)的平移和旋轉(zhuǎn)精度誤差()

圖1 37例顱內(nèi)神經(jīng)腫瘤患兒286組圖像配準(zhǔn)數(shù)據(jù)對應(yīng)的六維散點(diǎn)圖

2.2 平移和旋轉(zhuǎn)精度的誤差值

在治療中，不同治療床角度中的平移精度誤差平均值均≤0.2 mm(SRS線性誤差要求＜1 mm)，旋轉(zhuǎn)精度誤差平均值均＜0.3°(SRS旋轉(zhuǎn)誤差要求＜0.5°)，平移精度誤差和旋轉(zhuǎn)精度誤差均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于SRS治療精度要求。隨著治療計(jì)劃床角的變大，相對誤差也會(huì)隨之增加，因此SRS治療非共面分次內(nèi)誤差的控制顯得尤為重要。不同治療床角度對應(yīng)的平移精度誤差和旋轉(zhuǎn)精度誤差見表1。

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，又最大限度的減少了周圍正常組織的受量，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[8-12]。在傳統(tǒng)的有框架SRS治療中，患者需要固定在一個(gè)頭帶式頭釘支架中。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，而且只能單次治療。成像和計(jì)算機(jī)技術(shù)的提升，將患者放射治療前體位的驗(yàn)證X射線攝影設(shè)備納入放射治療的必備步驟，構(gòu)成了新一代的影像引導(dǎo)放射治療技術(shù)，推動(dòng)了無框架立SRS的發(fā)展[13]。該技術(shù)不僅具備了SRS的精確度，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，為多樣化腫瘤的患者提供治療[14]。

本研究通過對37例應(yīng)用ExacTrac X射線圖像引導(dǎo)系統(tǒng)治療顱內(nèi)神經(jīng)腫瘤的患兒中，共獲得286組數(shù)據(jù)，平均值均＜0.2 mm，但通過平移和旋轉(zhuǎn)的3個(gè)方向散點(diǎn)圖可以看出小部分?jǐn)?shù)據(jù)偏大(＞0.5 mm)，原因可能為：①當(dāng)患兒情況不穩(wěn)定、狀態(tài)不佳時(shí)，治療精度誤差增大，因此治療前與患兒及家屬有效溝通，消除患兒顧慮，使其盡力配合治療；②面膜松動(dòng)易造成精度誤差，尤其是X軸方向的旋轉(zhuǎn)誤差，ExacTrac X射線圖像引導(dǎo)系統(tǒng)靈敏性高，患兒稍抬頭或低頭都會(huì)引起X軸方向大幅旋轉(zhuǎn)，因此面膜制作時(shí)需考慮患兒舒適度和適形度，且在舒適的前提下保證面膜完全貼合臉型，松緊適度，這就要求面膜完成后必須保證充分冷卻時(shí)間(25～30 min)，以防面膜收縮過緊；③專用SRS面膜配套了鼻托膠，制作面膜時(shí)貼在額頭與鼻梁之間，提高鼻梁高度，增強(qiáng)體表標(biāo)記，以防止患兒頭部的左右旋轉(zhuǎn)；④紅外線小球在使用過程中受損或受污染，影響圖像配準(zhǔn)的精確性，從而增大精度誤差，這就要求技術(shù)員在使用過程中注意防止紅外線小球受損或污染，不能直接用手觸摸小球，發(fā)現(xiàn)受損或污染的小球，應(yīng)及時(shí)更換以減小精度誤差；⑤ExacTrac X射線圖像引導(dǎo)系統(tǒng)的日常校準(zhǔn)非常重要，直接影響其自身圖像配準(zhǔn)的精確性，因此每次治療前需對該系統(tǒng)認(rèn)真執(zhí)行質(zhì)量保證(quality assurance，QA)。

對比傳統(tǒng)的電子射野影像裝置(electronic portal imaging device，EPID)圖像引導(dǎo)和錐形束CT(cone beam CT，CBCT)圖像引導(dǎo)技術(shù)，ExacTrac X射線圖像引系統(tǒng)耗時(shí)更短，患者接受X射線劑量更低，在兒童顱內(nèi)腫瘤SRS治療中發(fā)揮了明顯的優(yōu)勢。

4 結(jié)論

應(yīng)用ExacTrac X射線圖像引導(dǎo)系統(tǒng)配合六維床修正后可明顯提高兒童顱內(nèi)腫瘤SRS的治療精度，平移和旋轉(zhuǎn)3個(gè)方向上的精度誤差均小于SRS治療精度的要求，為臨床放射治療提供質(zhì)量保證[16]。對比傳統(tǒng)頭釘式SRS治療，ExacTrac X射線圖像引導(dǎo)SRS治療具有無創(chuàng)無痛、擺位簡單耗時(shí)短、精度高的特點(diǎn)，是一種值得應(yīng)用在兒童顱內(nèi)腫瘤治療中的新技術(shù)。