射波刀治療肺部腫瘤追蹤精度的初步分析

景生華，李 兵

射波刀治療肺部腫瘤追蹤精度的初步分析

景生華，李 兵

目的：對(duì)射波刀治療肺部腫瘤時(shí)采用追蹤方式的治療精度進(jìn)行初步研究。方法：選取2種追蹤方式（金標(biāo)追蹤方式和肺追蹤方式）均適用的患者，制定計(jì)劃時(shí)，對(duì)每個(gè)患者均采用2種不同的追蹤方式。根據(jù)2種不同的追蹤方式分別對(duì)患者進(jìn)行擺位治療，通過射波刀系統(tǒng)軟件記錄追蹤誤差，對(duì)誤差值進(jìn)行比較分析。結(jié)果：同一患者，同一病灶，采用2種不同的追蹤方式進(jìn)行追蹤，其技術(shù)誤差小于1.10 mm，治療精度平均值為0.552 1 mm。結(jié)論：2種不同的追蹤方式對(duì)于同一患者的追蹤誤差較小，臨床上可根據(jù)患者的情況合理地選擇追蹤方式。

射波刀；肺部腫瘤；追蹤方式；治療精度

0 引言

近幾十年來，腫瘤在全世界范圍內(nèi)的發(fā)病及死亡率逐步上升。放射治療是治療局部腫瘤的重要手段之一，其原則[1]是：給予一定的腫瘤體積準(zhǔn)確的、均勻的劑量；盡量提高治療區(qū)域的劑量，降低照射區(qū)正常組織受量范圍；保護(hù)腫瘤周圍重要器官免受照射。射波刀是全身腫瘤立體定向放射外科治療設(shè)備之一，該治療設(shè)備由美國斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)外科醫(yī)師John Adler博士等[2-3]經(jīng)過近20 a的設(shè)計(jì)研究而成，采用計(jì)算器立體定位導(dǎo)向，自動(dòng)追蹤靶區(qū)[4]；先進(jìn)的影像引導(dǎo)技術(shù)可在治療過程中實(shí)時(shí)追蹤患者和靶目標(biāo)位置，確保治療的準(zhǔn)確性，它的非等中心投射特性[5]可使放射劑量在病變部位達(dá)到最優(yōu)的均勻分布和適形性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，如何更好地選擇治療方式以及更精確地治療腫瘤成為醫(yī)者不斷的追求。

1 射波刀治療肺部腫瘤追蹤方法

肺部腫瘤病灶的位置受呼吸運(yùn)動(dòng)的影響較大。射波刀同步呼吸追蹤系統(tǒng)利用金標(biāo)追蹤和肺追蹤[6]2種方式，用以解決射波刀治療肺部腫瘤時(shí)腫瘤受呼吸運(yùn)動(dòng)影響的問題。其原理與全球衛(wèi)星定位[7]實(shí)時(shí)追蹤定位一致，主要是利用巡航導(dǎo)彈衛(wèi)星實(shí)時(shí)定位技術(shù)，模擬實(shí)現(xiàn)腫瘤隨著呼吸運(yùn)動(dòng)在不同時(shí)間點(diǎn)的位置和運(yùn)動(dòng)軌跡，然后由計(jì)算機(jī)發(fā)出指令指導(dǎo)機(jī)器人手臂自動(dòng)完成位置校準(zhǔn)的移動(dòng)[8]，并調(diào)整射束隨腫瘤的運(yùn)動(dòng)作同步移動(dòng)治療，達(dá)到精確治療的目的。

1.1 金標(biāo)追蹤

金標(biāo)追蹤是在B超或CT引導(dǎo)下進(jìn)行穿刺，將3～4個(gè)長約8 mm、直徑約0.5 mm的圓柱形金標(biāo)植入到腫瘤內(nèi)部或周邊位置，1周后進(jìn)行體位固定、CT定位掃描，治療時(shí)用金標(biāo)代表腫瘤位置，并由呼吸運(yùn)動(dòng)模擬出腫瘤隨呼吸運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。正式治療時(shí)開啟呼吸追蹤軟件系統(tǒng)，高速相機(jī)追蹤體表紅光標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，X線同步拍攝肺部影像，采集到7～8個(gè)拍攝點(diǎn)，模擬出呼吸運(yùn)動(dòng)曲線，建立紅光標(biāo)記點(diǎn)與金標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，指導(dǎo)機(jī)械手臂控制射束隨患者的呼吸對(duì)腫瘤作同步移動(dòng)治療。

1.2 肺追蹤

肺追蹤是同步呼吸追蹤的另一種技術(shù)，無需植入金標(biāo)，直接選取肺部腫瘤的輪廓代替植入的金標(biāo)，把腫瘤當(dāng)作標(biāo)記物進(jìn)行追蹤。正式治療時(shí)開啟呼吸追蹤軟件系統(tǒng)，追蹤體表紅光標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，X線同步拍攝肺部影像，采集到7～8個(gè)拍攝點(diǎn)，模擬出呼吸運(yùn)動(dòng)曲線，建立紅光標(biāo)記點(diǎn)與肺部腫瘤的對(duì)應(yīng)關(guān)系，指導(dǎo)機(jī)械手臂控制射束隨患者的呼吸對(duì)腫瘤作同步移動(dòng)治療。

2 材料與方法

從射波刀治療的肺部腫瘤患者中選取其病灶能夠采用金標(biāo)追蹤和肺追蹤的患者14例，給每位患者執(zhí)行CT引導(dǎo)下穿刺并植入金標(biāo)，一周后使用CT定位機(jī)定位。制定射波刀治療計(jì)劃時(shí)，對(duì)每位患者的治療計(jì)劃均設(shè)定2種追蹤方式。治療時(shí)，對(duì)每位患者均采用2種不同的追蹤方式分別進(jìn)行擺位治療，由射波刀系統(tǒng)軟件采集2種追蹤方式的實(shí)時(shí)追蹤誤差，記錄誤差數(shù)據(jù)。

2.1 記錄數(shù)據(jù)

射波刀系統(tǒng)軟件會(huì)實(shí)時(shí)顯示追蹤精度，數(shù)據(jù)包括：金標(biāo)追蹤和肺追蹤在三維（X，Y，Z）方向的標(biāo)準(zhǔn)誤、標(biāo)準(zhǔn)平均誤差、修正誤差以及標(biāo)記點(diǎn)（Marker）的標(biāo)準(zhǔn)誤差、標(biāo)準(zhǔn)平均誤差。

2.2 數(shù)據(jù)代表的意義

標(biāo)準(zhǔn)誤也稱標(biāo)準(zhǔn)誤差，是樣本統(tǒng)計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)差，是描述對(duì)應(yīng)樣本統(tǒng)計(jì)量抽樣分布的離散程度及衡量對(duì)應(yīng)樣本統(tǒng)計(jì)量抽樣誤差大小的尺度[9]。標(biāo)準(zhǔn)誤差針對(duì)樣本統(tǒng)計(jì)量而言，是某個(gè)樣本統(tǒng)計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)差。當(dāng)談及標(biāo)準(zhǔn)誤差時(shí)，一般須指明對(duì)應(yīng)的樣本統(tǒng)計(jì)量才有意義。在很多實(shí)際應(yīng)用中，標(biāo)準(zhǔn)差的真正值通常是未知的。因此，標(biāo)準(zhǔn)誤這個(gè)術(shù)語通常用于代表這一未知量的估計(jì)。在其他情況下，標(biāo)準(zhǔn)差可以有效地用于提供一個(gè)不確定性空間的示值，但其正式或半正式使用是提供置信區(qū)間或測試，并要求樣本總量必須足夠大。其總量大小取決于具體的數(shù)量分析[10]。

標(biāo)準(zhǔn)誤差均值也稱平均數(shù)標(biāo)準(zhǔn)誤差、標(biāo)準(zhǔn)誤差平均值，是樣本均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差。此外，當(dāng)總體服從正態(tài)分布時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)誤差均值等于統(tǒng)計(jì)總量標(biāo)準(zhǔn)偏差除以樣本數(shù)量的平方根。

修正誤差對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立修正誤差模型，為補(bǔ)償系統(tǒng)誤差，主要指射波刀修正系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集分析，建立修正誤差模型，算出X、Y、Z及Marker需要修正的數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)計(jì)算出修正后的位置，傳指令給機(jī)器人手臂，從而對(duì)擺位造成的誤差進(jìn)行最后修正。

3 結(jié)果統(tǒng)計(jì)與分析

14例患者金標(biāo)追蹤和肺追蹤三維X、Y、Z方向以及Marker的標(biāo)準(zhǔn)誤差數(shù)據(jù)顯示（見表1）：X方向上，14例患者金標(biāo)追蹤和肺追蹤標(biāo)準(zhǔn)誤差相差最小值0.1 mm，最大值1.62 mm；Y方向上，14例患者金標(biāo)追蹤和肺追蹤標(biāo)準(zhǔn)誤差相差最小值0 mm，最大值0.65 mm；Z方向上，14例患者金標(biāo)追蹤和肺追蹤標(biāo)準(zhǔn)誤差相差最小值0.02mm，最大值0.59mm；14例患者金標(biāo)追蹤和肺追蹤Marker的標(biāo)準(zhǔn)誤差均為0 mm。

表1 14例患者金標(biāo)與肺追蹤X、Y、Z方向以及Marker的標(biāo)準(zhǔn)誤差數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表mm

14例患者金標(biāo)追蹤和肺追蹤X、Y、Z方向的標(biāo)準(zhǔn)誤差均值數(shù)據(jù)顯示（見表2）：X方向上，14例患者金標(biāo)追蹤和肺追蹤標(biāo)準(zhǔn)誤差均值相差最小值0.02 mm，最大值1.77 mm；Y方向上，14例患者金標(biāo)追蹤和肺追蹤標(biāo)準(zhǔn)誤差均值相差最小值0 mm，最大值0.65 mm；Z方向上，14例患者金標(biāo)追蹤和肺追蹤標(biāo)準(zhǔn)誤差均值相差最小值0.02 mm，最大值0.93 mm。

14例患者金標(biāo)追蹤和肺追蹤X、Y、Z方向以及Marker的修正誤差數(shù)據(jù)顯示（見表3）：X方向上，14例患者金標(biāo)追蹤和肺追蹤修正誤差相差最小值0.15 mm，最大值1.84 mm；Y方向上，14例患者金標(biāo)追蹤和肺追蹤修正誤差相差最小值0 mm，最大值2.9 mm；Z方向上，14例患者金標(biāo)追蹤和肺追蹤修正誤差相差最小值0.05mm，最大值2.3 mm；14例患者金標(biāo)追蹤和肺追蹤Marker的修正誤差相差最小值0.163 mm，最大值1.077 mm。

表2 14例患者金標(biāo)與肺追蹤X、Y、Z方向的標(biāo)準(zhǔn)誤差均值數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表mm

表3 14例患者金標(biāo)與肺追蹤X、Y、Z方向以及Marker的修正誤差數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表mm

由標(biāo)準(zhǔn)誤差、標(biāo)準(zhǔn)誤差均值、修正誤差的數(shù)據(jù)可知，金標(biāo)追蹤和肺追蹤誤差相差最小值0 mm，最大值2.9 mm。經(jīng)過射波刀軟件系統(tǒng)進(jìn)行誤差修正之后，金標(biāo)追蹤和肺追蹤誤差相差最小值0.167 mm，最大值1.077 mm。

由表4可知，14例患者金標(biāo)追蹤和肺追蹤修正誤差相差最大值1.077 mm，最小值0.163 mm；14例患者金標(biāo)和肺追蹤的修正誤差算術(shù)平均值為-0.343 3 mm，絕對(duì)值的平均值為0.552 1 mm。

4 討論

臨床上，判斷射波刀追蹤精度主要是分析經(jīng)過射波刀軟件系統(tǒng)誤差修正之后的誤差數(shù)據(jù)。通過對(duì)射波刀治療肺部腫瘤追蹤精度數(shù)據(jù)的初步分析，可知金標(biāo)追蹤與肺追蹤的追蹤精度最大誤差為1.077 mm，金標(biāo)追蹤比肺追蹤精確0.343 3 mm，追蹤精度誤差絕對(duì)值的平均值為0.552 1 mm。

大多數(shù)情況下，為求精確，醫(yī)生會(huì)選擇金標(biāo)追蹤方式治療患者；對(duì)于有些年齡稍大、身體情況稍差、對(duì)植金標(biāo)恐懼、腫瘤太靠近重要器官無法植金標(biāo)的患者，可以選擇肺追蹤方式治療腫瘤。相對(duì)而言，肺追蹤方式在滿足治療精度的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)治療，對(duì)于那些無法植金標(biāo)的患者來說，它是一種比較理想的治療方法。

表4 金標(biāo)與肺追蹤修正誤差統(tǒng)計(jì)表 mm

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（收稿：2013-10-25 修回：2014-02-17）

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Preliminary analysis of tracking accuracy about treatment of CK in lung tumor

JING Sheng-hua,LI Bing
（Department of Radiotherapy,Nanjing General Hospital of Nanjing Military Area Command,Nanjing 210002,China）

ObjectiveTo study of the treatment accuracy about two tracking modes by CK radiosurgery for lung tumor.MethodsGolden mark and lung tumor tracking mode were applied to the setup therapy of the patients.CK system software was used to record the tracking errors,and the errors were compared and analyzed.ResultsFor the same patient or the same tumor,the difference between the results by gold-mark tracking and those by lung tumor tracking was less than 1.10 mm,and the average value of treatment accuracy was 0.552 1 mm.ConclusionTwo tracking modes have little difference when used for the same patient,which can be chosen according to the conditions of the patients.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（9）：94-96]

CK;lung tumor;tracking mode;treatment accuracy

R318.6；TH777

A

1003-8868（2014）09-0094-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.09.094

景生華（1988—），女，助理工程師，主要從事加速器、射波刀治療方面的研究工作，E-mail：1073479991@qq.com。

210002南京，南京軍區(qū)南京總醫(yī)院放療科（景生華，李 兵）

李 兵，E-mail：lib99@163.com