ETX圖像引導系統在盆腔腫瘤SBRT中的臨床應用研究

凌瑩桂 龍剛 李軍

【摘要】目的：研究ExacTrac X射線圖像引導系統（ETX）在盆腔腫瘤的立體定向體部放射治療（SBRT）中的擺位誤差糾正精度。方法：選擇24例盆腔腫瘤SBRT 患者，在SBRT 治療前，先用ETX獲取六維治療床校正前的誤差和校正后的殘余誤差，再利用錐形束CT（CBCT）獲取驗證誤差，并對獲取的上述三組誤差值進行數據分析。結果：六維治療床校正前各方向上的誤差值相對較大，其中Xt范圍為-7.88～7.37 mm，Yt范圍為-7.7～8.37 mm，Zt范圍為-7.43～7.82 mm，Xr范圍為-2.78°～2.43°，Yr范圍為-2.38°～2.21°，Zr 范圍為-2.51°～2.46°;ETX校正后的殘余誤差比校正前的預擺位誤差明顯減少（P <0.05），其中校正后各方向平移誤差均小于2 mm，旋轉方向誤差均小于1°;ETX 與CBCT所獲平移驗證誤差值相減的差值很小，且差值占比絕大多數（>94%）落在了0～1mm誤差的區間上。結論：對于盆腔腫瘤SBRT， ETX 的誤差糾正能力媲美CBCT，可以代替CBCT，滿足高精度的治療要求。

【關鍵詞】盆腔腫瘤; SBRT; ETX;擺位誤差; CBCT

【中圖分類號】R737.3【文獻標識碼】A 【文章編號】2096-5249（2022）15-0185-04

立體定向放射治療（Stereotactic Radiation Therapy ， SRT）技術對特征是將高能量放射線聚焦照射在某一局部靶區內，摧毀該區域內的所有組織或引起所需要的生物學效應，達到類似外科手術的效果，靶區外圍的放射劑量呈梯度銳減。SRT 技術對治療精確度（包括定位精度、擺位精確、設備精度）要求都很高[1-2]。隨著技術進步和設備對不斷發展，體部立體定向放射治療（SBRT）在臨床上的應用也越來越廣，能夠實現良好的局部控制，降低并發癥發生率，提高患者的生存率，但治療中需要設定更小的擺位邊界以減少對正常組織的輻射，因此采用圖像引導技術來提高治療精度至關重要[3-4]。

目前錐形束 CT（CBCT）圖像引導技術被國內外廣泛使用，其優勢是圖像分辨率及誤差糾正精度高，但存在操作繁瑣、耗時等缺點[5-6]。而Brainlab公司生產的ExacTrac X-Ray（ETX）圖像引導系統具有操作簡單、快速、低劑量等特點，但現有文獻中關于 ETX 的臨床應用研究多集中在頭部、胸部等區域[7]，且普遍認為 ETX 誤差糾正精度媲美 CBCT。但 ETX 在盆腔腫瘤中的應用研究較少，而本文以盆腔腫瘤 SBRT 為例，研究 ETX 圖像引導系統對其擺位誤差的糾正精度。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選擇2020年7月至2020年12月在本院接受 SBRT 放射治療的24例盆腔腫瘤患者，其中宮頸癌患者8例，前列腺癌5例，膀胱癌4例，直腸癌男性7例;年齡38～68（47.12±3.25）歲。

納入標準：患者均具備明確放射治療適應證且初次接受放療;研究方案經患者或其授權人簽署知情同意書。

排除標準：中途退出者;依從性差者。

1.2 體位固定、CT掃描及iPlan計劃設計

體位固定：本研究所有患者均采用仰臥位體位，并采用固定體架+熱塑體膜進行體位固定。

CT 掃描：使用美國通用電器（GE）64排大孔徑 CT 對患者進行掃描，掃描層厚2.5 mm，并將獲取的 CT 圖像傳至Brainlab的iPlan治療計劃系統。

iPlan計劃設計：放療醫生利用iPlan計劃系統勾畫計劃靶區（PTV）和危及器官（OARs），并確定處方劑量及 OARs 的劑量限定。放療物理師利用iPlan系統進行 SBRT 的計劃設計，并設計好的iPlan計劃通過網絡傳至 Varian IX 型電子直線加速器進行執行。此外，放療物理師還需將患者計劃 CT 圖像通過網絡傳至 ETX 圖像引導系統。

1.3 ETX和CBCT誤差值獲取

（1）獲取 ETX 校正前的預擺位誤差。患者固定在治療床上，安裝“魚叉”型定位參考架和定位臂，利用激光燈進行常規擺位。紅外線光學定位儀根據“魚叉”型定位參考架上6個定位球的位置引導治療床移動到預定位置。用雙 KV-X 射線成像系統拍攝一組正交 X 射線片，其中管電壓、管電流分別設置為120 kV 和 25 mAs。將正交 X 射線片與計劃 CT 數字重建影像 （DRR）進行骨性標記圖像配準即可得到六個方向的預擺位誤差值，這六個誤差值方向分別是 X 方向（患者左右方向）的平移誤差（Xt）、Y 方向（患者頭腳方向）的平移誤差（Yt）、Z 方向（患者前后方向）的平移誤差（Zt）及圍繞 X、Y 及 Z 個方向的旋轉角度Xr、Yr和 Zr。

（2）獲取 ETX 校正后的殘余誤差。由于六維治療床不僅可以實現 X、Y 及 Z 三個方向的平移運動控制，還能對治療床進行俯仰以及左右方向的旋轉校正，至于身體長軸方向的旋轉可通過調整治療床的轉角校正，所以通過六維治療床可以校正上述第一步獲取的平移誤差和旋轉誤差。校正之后，再次拍攝一組正交 X 射線片，并與 DRR 射線片再次融合匹配，即可得到校正之后六個方向的殘留誤差值。

（3）獲取 CBCT 驗證誤差。在完成上述步驟之后，緊接著用 Varian IX 型加速器自帶的 CBCT 進行機架旋轉掃描，經過三維重建算法生成三維圖像，將生成的三維圖像與計劃 CT 圖像進行骨性標記圖像配準，并記錄下此刻的 X、Y 和 Z 三個方向的驗證誤差值Xt、Yt和Zt，記錄結束后，只要測得的Xt、Yt和Zt滿足臨床要求（≤2 mm），則無需進行 CBCT 誤差修正。

1.4 數據分析

使用 SPSS 20.0軟件進行統計學數據分析。經 Shapiro-Wilk 方法檢驗，符合正態分布的數據，計量資料采用（ x（—）± s ）描述，組間差異采用配對 t 檢驗，以 P <0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 ETX校正前后誤差對比

24例患者總計治療次數是113次，平均每例患者治療次數為4.7次，患者每次治療前都需進行 ETX 和CBCT 驗證并記錄誤差值。六維治療床校正前后 ETX 系統獲取的六個方向上的誤差統計結果可以明顯看出： ETX 校正后，平移誤差和旋轉誤差均明顯減少，且由統計學意義（P<0.05），見表1。

2.2 誤差分布

從24例患者共113次治療所獲平移誤差和旋轉誤差的誤差分布圖中可以明顯看出：ETX 校正前各方向上的誤差值相對較大，其中Xt范圍為-7.88～7.37 mm，Yt范圍為-7.71～8.37 mm，Zt范圍為-7.43～7.82 mm，Xr范圍為-2.78°～2.43°，Yr范圍為-2.38°～2.21°，Zr 范圍為-2.51°～2.46°;ETX 校正后各方向上的誤差值明顯減小，校正后平移誤差小于等于2 mm，旋轉方向誤差均小于1°。見圖1、圖2。

2.3 ETX殘余誤差與CBCT驗證誤差差值占比

六維治療床校正后，ETX 與 CBCT 所獲平移誤差值相減的差值區間占比：該差值占比可在一定程度上反映 ETX 和 CBCT 這兩個圖像引導系統的差異性，我們從表2中可明顯看出，盡管兩個系統所獲誤差值存在一定差值，但絕大多數情況（>94%）的占比落在了0～1 mm 誤差的區間上，這說明這兩個系統的結果非常接近，見表2。

3 討論

在腫瘤的放射治療中，由于 SBRT 具有單次大劑量、劑量梯度高等特點，其臨床效果往往比常規分割治療更加明顯，但 SBRT 對治療位置的精確性的要求更高，在實施治療前，必須對患者進行圖像引導以減少由于擺位、器官運動等造成的位置誤差[8]。目前 CBCT 是被國內廣泛使用并被認可的一種精確度高的放射治療圖像引導系統，其通過將多序列的 KV 圖像進行三維重建，圖像分辨率高并能實現骨性配準和灰度配準，所獲誤差的精確度高，但也有自身一些缺點，例如操作復雜，患者所受劑量相對較高，只能實現四維誤差糾正（即實現 X、Y 及 Z 三個方向的平移誤差和 Z 方向上的旋轉誤差糾正）等缺點[9]。而 ETX 圖像引導系統在國內的應用相對較少，其成像系統由兩個正交的 KV 級 X-射線球管和兩個正交的平板探測器構成，與 CBCT 系統相比，圖像分辨率較差[10]，但 ETX 有五個顯著優勢：（1）驗證劑量更低，根據Kan等[11]和Jennifer等[12]研究成果，28～35次的 ETX 驗證體位所受的劑量才相當于1～2次 CBCT 驗證所受到的劑量;（2）驗證過程耗時更短，整個過程耗時1～2min，而CBCT 整個過程需要3～4分鐘;（3）可以實現六維誤差糾正（即 X、Y 及 Z 方向的平移誤差和旋轉誤差的糾正）;（4）可以實時位置監控。

在本研究中，首先對24例盆腔腫瘤 SBRT 患者的 ETX 擺位誤差進行了分析，從表1、圖1及圖2可以看出經過 ETX 六維治療床的誤差校正，患者六個方向上的平移誤差和旋轉誤差明顯減少（P<0.05），且平移誤差小于2 mm，旋轉誤差小于1°，這說明 ETX 確實能顯著減少患者的擺位誤差。此外，本文還研究了 ETX 和 CBCT 的差異性問題，在對患者進行 ETX 位置校正后，并沒有立即進行治療，而是用 CBCT 驗證系統進行了再次驗證，將獲得的誤差值與 ETX 校正后的誤差值進行“差值”分析，通過表2可知： CBCT 和 ETX 兩個系統所獲誤差值存在還是存在一定差值，但它們之間的差值占比絕大多數（94%以上）落在了0～1 mm 誤差的區間上，這說明這兩個系統的誤差結果非常接近，有理由認為這兩個系統的可靠性是一致的。CBCT 和 ETX 這兩個圖像引導系統產生的誤差值差異的原因可能如下：（1）圖像融合算法不一樣;（2）ETX 射線圖像引導系統僅拍攝了兩張正交的 X 射線片，成像質量不是很好，而 CBCT 系統通過將多組序列的 KV-X 圖像進行三維重建，影像的分辨率更高。

盡管 ETX 系統采集的圖像沒有 CBCT 分辨率高，但通過與 CBCT 系統進行平移誤差的差值比較，兩者平移誤差值的差別非常小，所以 ETX 完全可以代替 CBCT。且 ETX 圖像引導系統配合六維治療床不僅能糾正平移誤差，還能糾正三個方向上的旋轉誤差，可以滿足 SBRT 超高精度的治療要求。此外，ETX 還有耗時短、劑量低、實時監控等優勢，故 ETX 在盆腔腫瘤 SBRT 治療中具有顯著的臨床應用價值。

參考文獻

[1]? Fennell JT，Walter SS，Oehlke O，et al .PO -0726：Long term follow up of patients with meningioma afterstereotactic radiation therapy （ SRT ）[J].Radiotherapy & Oncology，2018，（4）127：371-372.

[2]? Gu L，Qing SW，Zhu XF，et al .Stereotactic RadiationTherapy （ SRT ） for Brain Metastases of Multiple Primary Tumors：A Single Institution Retrospective Analysis[J].Frontiers in Oncology，2019，1（9）：1352-1354.

[3]? Brown JM ，Carlson DJ ，Brenner DJ . The TumorRadiobiology of SRS and SBRT：Are More Than the 5 Rs Involved？[J].International Journal of Radiation Oncology， Biology，Physics，2014，88（2）：254-262.

[4]? Roesch J，Panje C，Sterzing F，et al.SBRT for centrallylocalized NSCLC – What is too central？[J].Radiation Oncology，2016，11（1）：157-162.

[5] 周軍，李東春，萬久慶，等.ExacTrac圖像引導系統在鼻咽癌 IMRT 中的應用[J].臨床腫瘤學雜志，2020，25（4）：51-55.

[6]? Jin JY，Yin FF，Tenn SE，et al.UseoftheBrainLABExacTracX-Ray 6D System in Image-Guided Radiotherapy[J].Medical Dosimetry，2009，33（2）：124-134.

[7]? 高緒峰，梁黎，吳德全，等.ExacTrac X 線圖像引導系統在胸部腫瘤治療應用的初步評估[J].腫瘤預防與治療，2012，25（6）：351-353.

[8]? 張發恩.圖像引導的三維適形調強放射治療對非小細胞肺癌患者療效及肺功能的影響觀察[J].醫學食療與健康，2021，19（11）：32-35.

[9]? Mendes VDS，Straub K，Belka C，et al.PD-0435：BrainlabExacTrac Dynamic – First pre-clinical validation of surface- and X-Ray positioning accuracy[J].Radiotherapy and Oncology，2020（152）：S238-S239.

[10]? Tsuruta Y，Nakata M.Evaluation of intrafractional headmotion for intracranial stereotactic radiosurgery with a thermoplastic frameless mask and ceiling-floor-mounted image guidance device[J].Physica Medica，2021，81（1）：245-252.

[11]? Kan MWK，Leung LHT，Wong W，et al.Radiation DoseFrom Cone Beam Computed Tomography for Image-Guided Radiation Therapy[J].International Journal of Radiation Oncology，Biology，Physics，2008，70（1）：272-279.

[12]? Jennifer DLS，Popple R . Image Guided RadiationTherapy （ IGRT ） Technologies for Radiation Therapy Localization and Delivery[J].International Journal ofRadiation Oncology，Biology，Physics，2013，87（1）：33-45.

（收稿日期：2021-09-27）