射波刀同步追蹤方式對頭腳及左右運動腫瘤治療的誤差分析

曹洋森，于春山，劉永明

0 引言

射波刀（Cyber Knife）是全球第一套以無創(chuàng)非侵入方式治療全身腫瘤的機器人立體定向放射外科系統(tǒng)。1999年，美國食品和藥品管理局（FDA）批準(zhǔn)射波刀用于頭頸部及脊柱上部腫瘤的治療；2001年，美國FDA批準(zhǔn)其用于治療身體任何部位的腫瘤。截至2010年，全球已經(jīng)超過20個國家安裝了206臺射波刀[1]，至2012年12月全球安裝已超過270臺。射波刀是將一臺光子能量6MV的小型直線加速器安裝在一個擁有6個自由度的機器人手臂上，利用先進的實時影像引導(dǎo)系統(tǒng)以及同步追蹤系統(tǒng)對患者進行自動擺位及跟蹤治療[2]，是唯一精準(zhǔn)度在1mm以下、不需要釘子固定頭架而能治療顱內(nèi)與全身腫瘤的放射外科設(shè)備[3]。由此，做好射波刀的QA與QC，保證其治療精度是開展射波刀臨床治療的重點工作。

射波刀在臨床治療中的追蹤方式共有5種，分別是六維顱骨追蹤（6D Skull）、脊柱追蹤（XSight Spine）、肺部追蹤（XSight Lung）、金標(biāo)追蹤（Fiducials）和同步呼吸追蹤（Synchrony）。對于跟隨呼吸運動且不符合XSight Lung追蹤標(biāo)準(zhǔn)的腫瘤一般采用植入金標(biāo)的Synchrony追蹤方式。AAPM及Accuray公司給出的質(zhì)量控制端到端測試（E2E，end-toend）方案只驗證了射波刀對于頭腳方向（I/S）運動腫瘤的追蹤治療精度[4]，正?；颊唧w內(nèi)腫瘤的運動方式一般是復(fù)雜的多維運動，不會局限于單一頭腳方向。筆者認(rèn)為驗證射波刀對左右方向（L/R）運動腫瘤的追蹤治療精度同樣具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料

射波刀，美國 Accuray公司，第四代（G4）；大孔徑 CT，荷蘭 Philips，Brilliance Big Bore；Synchrony 模體，美國 Accuray公司，Synchrony Motion Table；免沖洗膠片，美國Hayes Manufacturing Service公司，Box Film Ball CubeⅡEBT2；膠片掃描儀，日本EPSON公司，EXPRESSION 10000XL；端到端測試軟件，End-to-End（E2E）Film Analysis，美國 Accuray公司，version 4.0。

1.2 方法

1.2.1 獲取Synchrony模體CT影像并制定E2E驗證計劃

調(diào)整Synchrony模體運動開關(guān)，將球方置于運動中心零點。飛利浦大孔徑CT模擬定位機下掃描條件為120 kVp、400mAs、1.5mm層厚對模體進行軸掃。將影像數(shù)據(jù)傳輸至射波刀數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（CyberKnife data management system，CDMS），依照 Ac curay公司物理學(xué)基礎(chǔ)指南（physics essentialsguide）制定E2E計劃。

1.2.2 Synchrony模體頭腳方向運動時E2E誤差分析

將Synchrony模體置于射波刀治療床，調(diào)用E2E驗證計劃，曝光條件 110 kVp、100mA、50ms，使六維方向擺位誤差均≤0.2mm/0.2°。打開運動開關(guān)，建立模體呼吸模型，執(zhí)行E2E計劃。照射完成后對膠片進行分析，獲得三維方向運動總體誤差（totalerror）。重復(fù)該試驗5次。

1.2.3 Synchrony模體左右方向運動時E2E誤差分析

將Synchrony模體運動平臺順時針旋轉(zhuǎn)90°，保持球方位置不變，調(diào)用E2E驗證計劃，曝光條件：球管A—110kVp、100mA、50ms，球管 B—150kVp、200mA、50ms，使六維方向擺位誤差均≤0.2mm/0.2°。打開運動開關(guān)，建立模體呼吸模型，執(zhí)行E2E計劃，對膠片進行分析，獲得總體誤差。重復(fù)該試驗5次。

2 結(jié)果

2.1 Synchrony模體頭腳方向運動時E2E誤差分析

Synchrony模體處于頭腳方向運動時，其E2E誤差分析獲得5組數(shù)據(jù)，結(jié)果見表1。均值0.358mm，標(biāo)準(zhǔn)差0.124mm，經(jīng)單側(cè)單樣本t檢驗，檢驗水準(zhǔn)0.05，所得t=-20.60，P＜0.000 1。Synchrony模體頭腳方向運動時E2E誤差小于1.500mm。

表1 Synchrony模體頭腳方向運動時E2E誤差分析mm

2.2 Synchrony模體左右方向運動時E2E誤差分析

Synchrony模體處于左右方向運動時，其E2E誤差分析獲得5組數(shù)據(jù)，結(jié)果見表2。均值0.720mm，標(biāo)準(zhǔn)差0.082 mm，經(jīng)單側(cè)單樣本t檢驗，檢驗水準(zhǔn)0.05，所得t=-21.23，P＜0.000 1。Synchrony模體頭腳方向運動時E2E誤差小于1.500mm。

表2 Synchrony模體左右方向運動時E2E誤差分析mm

3 討論

驗證射波刀的同步追蹤系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，做好其質(zhì)量保障對于開展射波刀SBRT臨床治療具有重要的指導(dǎo)意義。AAPM TG 135報告中制定的E2E月檢QA要求驗證5種追蹤方式各自端到端治療誤差，一般醫(yī)院物理師均是依據(jù)其標(biāo)準(zhǔn)及流程進行QA的月檢工作[5-6]。

在5種追蹤方式中，Synchrony主要應(yīng)用于胸腹部隨呼吸運動的腫瘤治療，是一種動態(tài)追蹤治療，也是射波刀最先進的子系統(tǒng)之一[7]，使體部立體定向放射治療的精準(zhǔn)度大大提升。Accuray對于Synchrony追蹤方式的E2E驗證僅分析了射波刀對于頭腳方向（I/S）運動腫瘤的追蹤治療精度，正常患者體內(nèi)腫瘤的運動方式不會局限于單一方向，經(jīng)常存在多個方向（I/S、L/R、A/P）共同運動的腫瘤[8]。筆者認(rèn)為，僅驗證I/S方向運動腫瘤的追蹤治療精度不能完全驗證射波刀對多維運動腫瘤的同步追蹤功能。鑒于Synchrony驗證模體只能實現(xiàn)單一方向的運動，筆者將Synchrony運動平臺順時針旋轉(zhuǎn)90°，用以驗證射波刀在L/R方向的追蹤治療精度。

在實現(xiàn)Synchrony驗證的過程中，因運動平臺內(nèi)部含有金屬部件，需要使用5 cm的聚苯乙烯泡沫塑料來抬高球方，以減少金屬部件對金標(biāo)影像的干擾。但在進行L/R運動方向驗證時，因球方的運動方向使平臺與X線球管的攝片方向重疊，使B圖像中部分金標(biāo)與平臺的金屬部件重合，無法獲得清晰獨立的金標(biāo)影像。最終調(diào)整B球管（Camera B）的曝光參數(shù)為150kVp、200mA、50ms后僅可獲得清晰金標(biāo)3粒，勉強獲得球方內(nèi)部包含旋轉(zhuǎn)參量的六維結(jié)構(gòu)進行追蹤治療[9]。由于與I/S方向追蹤相比減少了3粒金標(biāo)，董洋等人研究表明，平均參量誤差增加0.141mm，旋轉(zhuǎn)參量增加0.019°[10]，這也正是最終得到L/R運動方向的E2E總誤差均值比I/S方向增加0.362 0mm的原因。

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