六維床在顱內(nèi)腫瘤立體定向放射治療中的臨床應(yīng)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(nèi)原發(fā)腫瘤和腦轉(zhuǎn)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(qū)位置精確度的要求，使靶區(qū)位置精確度成為立體定向放射治療的第一要素，靶區(qū)的精確定位和精確擺位是X射線SRT成功的關(guān)鍵，如何消除擺位誤差必須受到重視。

隨著圖像引導(dǎo)放射治療(image-guided radiotherapy，IGRT)技術(shù)在放療中的廣泛運(yùn)用，相關(guān)研究者不僅認(rèn)識(shí)到三維線性誤差對(duì)靶區(qū)劑量的影響，消除旋轉(zhuǎn)誤差的必要性也越來(lái)越受到研究者的關(guān)注。Guckenberger等[1]報(bào)道，旋轉(zhuǎn)誤差可以對(duì)劑量學(xué)結(jié)果產(chǎn)生較大影響。本研究采用Varian Edge直線加速器機(jī)載錐形束CT(cone beam CT，CBCT)，在SRT治療前獲取擺位后的位置驗(yàn)證圖像得到的誤差數(shù)據(jù)，從平移和旋轉(zhuǎn)六維方向進(jìn)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(jī)載CBCT掃描，獲取位置驗(yàn)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(dǎo)下實(shí)現(xiàn)六維方向上的在線校正在顱內(nèi)腫瘤SRT中的應(yīng)用價(jià)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(qū)應(yīng)用美國(guó)瓦里安公司Varian Edge直線加速器行SRT的顱內(nèi)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(dǎo)下實(shí)現(xiàn)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(zhǔn)結(jié)果。

2.設(shè)備及方法

采用Varian Edge直線加速器及機(jī)載CBCT，PerfectPitch 6D Couch六維治療床，菲利普(Philips)公司X射線計(jì)算機(jī)體層攝影設(shè)備(Brilliance CT Big Bore)，Varian Eclipse治療計(jì)劃系統(tǒng)。

所有患者均取仰臥位，采用個(gè)體化頭熱塑網(wǎng)罩聯(lián)合發(fā)泡膠制作的個(gè)體化頭枕與碳纖維底板固定，網(wǎng)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(jì)劃參考圖像，將CT圖像經(jīng)MOSAIQ網(wǎng)絡(luò)傳輸至Varian Eclipse治療計(jì)劃系統(tǒng)，進(jìn)行靶區(qū)勾畫(huà)和治療計(jì)劃設(shè)計(jì)。

3.驗(yàn)證與治療

每次治療前行機(jī)載CBCT掃描(掃描參數(shù)：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(jì)劃參考圖像自動(dòng)配準(zhǔn)(圖1a)，并經(jīng)高年資醫(yī)師、物理師和技師共同確認(rèn)配準(zhǔn)結(jié)果，獲得平移誤差，包括左右方向X、進(jìn)出方向Y、升降方向Z，旋轉(zhuǎn)誤差包括俯仰方向Rx(Pitch)、滾動(dòng)方向Ry(Roll)、左右旋轉(zhuǎn)方向Rz(Rettn)；分析以上6個(gè)方向的擺位誤差結(jié)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(jì)劃參考圖像配準(zhǔn)得到6個(gè)方向校正后的殘余誤差，經(jīng)醫(yī)師、物理師和技師共同確認(rèn)配準(zhǔn)結(jié)果后，調(diào)用治療參數(shù)，啟動(dòng)加速器進(jìn)行治療。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

本研究中，37例顱內(nèi)腫瘤患者共進(jìn)行142次CBCT掃描，其中校正前、后各掃描71次，獲得擺位誤差數(shù)據(jù)。所有患者均采用CBCT掃描驗(yàn)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(shí)間約5 min，其中CBCT設(shè)置與掃描約2 min，圖像配準(zhǔn)及確認(rèn)約2 min，誤差糾正后再行CBCT掃描約1 min。

37例顱內(nèi)腫瘤患者擺位后在CBCT引導(dǎo)下經(jīng)六維床在線校正后，再行CBCT掃描，三個(gè)平移方向X、Y、Z的殘余誤差結(jié)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(gè)旋轉(zhuǎn)方向Rx，Ry，Rz的殘余誤差結(jié)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(shù)據(jù)與校正后的殘余誤差數(shù)據(jù)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果顯示6個(gè)方向上差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均為0.000)。

表1 3個(gè)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(gè)旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(nèi)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(nèi)外劑量落差較大，在最大限度提高靶區(qū)劑量的同時(shí)，盡量降低靶區(qū)周圍正常腦組織的劑量。靶區(qū)的精確定位和正確擺位是X射線SRT治療成功與否的關(guān)鍵[2]。治療擺位的微小誤差可能給計(jì)劃的實(shí)施帶來(lái)較大差異。治療擺位的目的在于重復(fù)定位時(shí)的體位，達(dá)到與計(jì)劃設(shè)計(jì)確定的靶區(qū)與射野的空間關(guān)系的一致，保證射線束對(duì)準(zhǔn)靶區(qū)進(jìn)行精確照射治療。擺位的精確性和可重復(fù)性是現(xiàn)代精準(zhǔn)放療的必要條件之一。近年來(lái)已經(jīng)有研究證實(shí)，每個(gè)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(huì)導(dǎo)致部分靶區(qū)劑量分布的改變，甚至造成靶區(qū)劑量不足，毗鄰器官受照射的劑量和體積反而升高。

近年來(lái)，隨著影像引導(dǎo)放射治療的發(fā)展和錐形束CT及其圖像配準(zhǔn)軟件的應(yīng)用，放射治療中的擺位誤差已能被精確測(cè)量，圖像引導(dǎo)放射治療有多種配準(zhǔn)方式，包括二維方向圖像配準(zhǔn)、三維方向加單一旋轉(zhuǎn)軸的配準(zhǔn)及六維方向圖像配準(zhǔn)，不同的配準(zhǔn)方式有不同的配準(zhǔn)結(jié)果[4]。多數(shù)錐形束CT具有六維方向的圖像配準(zhǔn)功能，然而由于直線加速器治療床大多數(shù)只能為三維方向線性運(yùn)動(dòng)，所以實(shí)際上放射治療的擺位誤差校正大多數(shù)被限制在三維方向上的線性校正，無(wú)法做到從傳統(tǒng)的三維平移誤差校正精確到三維平移誤差加三維旋轉(zhuǎn)誤差校正。Handey等[5]報(bào)道>2°的旋轉(zhuǎn)誤差會(huì)對(duì)圖像配準(zhǔn)結(jié)果產(chǎn)生影響。Gutfeld等[6]研究結(jié)果表明，>2°的旋轉(zhuǎn)誤差會(huì)使靶區(qū)劑量發(fā)生3%～5%的變化，即認(rèn)為>2°的旋轉(zhuǎn)誤差是需要校正的。鄭祖安等[7]研究發(fā)現(xiàn)面頸部腫瘤患者體位固定時(shí)需注意頭X軸的后仰與內(nèi)收。付秀根等[8]認(rèn)為旋轉(zhuǎn)誤差在臨床擺位中應(yīng)引起足夠重視，旋轉(zhuǎn)誤差會(huì)影響線性誤差。所以對(duì)于顱內(nèi)腫瘤的精確放療來(lái)說(shuō)，三維方向內(nèi)的線性誤差和六維方向內(nèi)的線性誤差加旋轉(zhuǎn)誤差同樣重要，只對(duì)線性誤差校正而不對(duì)旋轉(zhuǎn)誤差校正是不夠的，因?yàn)樾D(zhuǎn)誤差不僅本身會(huì)引起治療靶區(qū)及重要器官的劑量改變，還會(huì)影響線性誤差對(duì)靶區(qū)及重要器官的照射劑量。即使很小的旋轉(zhuǎn)誤差也可導(dǎo)致靶區(qū)劑量分布的改變，甚至造成靶區(qū)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(qū)位置精確度的要求，使靶區(qū)位置精確度成為立體定向放射治療的第一要素，靶區(qū)定位精確度和擺位精確度的累積效果就是靶區(qū)的總精確度。Boman等[9]研究18例行SRT的患者，發(fā)現(xiàn)如果只行3D平移誤差的校正，3D平移校正后治療計(jì)劃的適行指數(shù)為0.78，靶區(qū)劑量?jī)H為處方劑量的78%，而行6D平移與旋轉(zhuǎn)誤差校正后，治療計(jì)劃的適行指數(shù)提高至0.91，靶區(qū)劑量提高至處方劑量的92.1%，認(rèn)為旋轉(zhuǎn)誤差的校正在臨床應(yīng)用中具有重要意義。張平等[10]研究認(rèn)為應(yīng)在配備有六維治療床的基礎(chǔ)上開(kāi)展立體定向放射治療。本研究中，行SRT的顱內(nèi)腫瘤患者首次CBCT掃描得到的三個(gè)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(gè)平移方向X、Y、Z的殘余誤差結(jié)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(gè)旋轉(zhuǎn)方向Rx、Ry、Rz的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)誤差分別為(0.080±0.080)°、(0.076±0.075)°、(0.076±0.075)°。六個(gè)方向校正前后差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均為0.000)。治療時(shí)的殘余誤差線性方向最大值均<0.1cm，旋轉(zhuǎn)方向最大值均<0.5°，可見(jiàn)利用六維床在CBCT引導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)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(nèi)腫瘤開(kāi)展精確SRT治療提供支持。

鑒于大多數(shù)直線加速器治療床只能做三維方向線性運(yùn)動(dòng)，有學(xué)者研究通過(guò)矩陣變換，用旋轉(zhuǎn)誤差補(bǔ)償角度替代六維治療床[11]；由于此研究只報(bào)道矩陣公式，未報(bào)道入組病例數(shù)，雖然該方法具有很強(qiáng)的可操作性，但也有一定的局限性，如只能運(yùn)用在固定野照射技術(shù)中，且對(duì)加速器的機(jī)械參數(shù)有一定的要求，此方法在臨床上的推廣價(jià)值值得商榷。國(guó)內(nèi)學(xué)者申江峰等[12]利用Tomotherapy HD治療系統(tǒng)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(guò)程中應(yīng)注意不同方向的相互影響關(guān)系，尤其注意前后方向、前后旋轉(zhuǎn)與上下方向及左右方向與順時(shí)針、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)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(duì)顱內(nèi)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(cè)量擺位誤差，結(jié)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(tǒng)計(jì)學(xué)意義，并分析了旋轉(zhuǎn)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(yīng)用價(jià)值。

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