ETX圖像引導(dǎo)系統(tǒng)在盆腔腫瘤SBRT中的臨床應(yīng)用研究

凌瑩桂 龍剛 李軍

【摘要】目的：研究ExacTrac X射線(xiàn)圖像引導(dǎo)系統(tǒng)（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(yàn)證誤差，并對(duì)獲取的上述三組誤差值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。結(jié)果：六維治療床校正前各方向上的誤差值相對(duì)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(yù)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(zhuǎn)方向誤差均小于1°;ETX 與CBCT所獲平移驗(yàn)證誤差值相減的差值很小，且差值占比絕大多數(shù)（>94%）落在了0～1mm誤差的區(qū)間上。結(jié)論：對(duì)于盆腔腫瘤SBRT， ETX 的誤差糾正能力媲美CBCT，可以代替CBCT，滿(mǎn)足高精度的治療要求。

【關(guān)鍵詞】盆腔腫瘤; SBRT; ETX;擺位誤差; CBCT

【中圖分類(lèi)號(hào)】R737.3【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2096-5249（2022）15-0185-04

立體定向放射治療（Stereotactic Radiation Therapy ， SRT）技術(shù)對(duì)特征是將高能量放射線(xiàn)聚焦照射在某一局部靶區(qū)內(nèi)，摧毀該區(qū)域內(nèi)的所有組織或引起所需要的生物學(xué)效應(yīng)，達(dá)到類(lèi)似外科手術(shù)的效果，靶區(qū)外圍的放射劑量呈梯度銳減。SRT 技術(shù)對(duì)治療精確度（包括定位精度、擺位精確、設(shè)備精度）要求都很高[1-2]。隨著技術(shù)進(jìn)步和設(shè)備對(duì)不斷發(fā)展，體部立體定向放射治療（SBRT）在臨床上的應(yīng)用也越來(lái)越廣，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的局部控制，降低并發(fā)癥發(fā)生率，提高患者的生存率，但治療中需要設(shè)定更小的擺位邊界以減少對(duì)正常組織的輻射，因此采用圖像引導(dǎo)技術(shù)來(lái)提高治療精度至關(guān)重要[3-4]。

目前錐形束 CT（CBCT）圖像引導(dǎo)技術(shù)被國(guó)內(nèi)外廣泛使用，其優(yōu)勢(shì)是圖像分辨率及誤差糾正精度高，但存在操作繁瑣、耗時(shí)等缺點(diǎn)[5-6]。而B(niǎo)rainlab公司生產(chǎn)的ExacTrac X-Ray（ETX）圖像引導(dǎo)系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、快速、低劑量等特點(diǎn)，但現(xiàn)有文獻(xiàn)中關(guān)于 ETX 的臨床應(yīng)用研究多集中在頭部、胸部等區(qū)域[7]，且普遍認(rèn)為 ETX 誤差糾正精度媲美 CBCT。但 ETX 在盆腔腫瘤中的應(yīng)用研究較少，而本文以盆腔腫瘤 SBRT 為例，研究 ETX 圖像引導(dǎo)系統(tǒng)對(duì)其擺位誤差的糾正精度。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)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(biāo)準(zhǔn)：患者均具備明確放射治療適應(yīng)證且初次接受放療;研究方案經(jīng)患者或其授權(quán)人簽署知情同意書(shū)。

排除標(biāo)準(zhǔn)：中途退出者;依從性差者。

1.2 體位固定、CT掃描及iPlan計(jì)劃設(shè)計(jì)

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(jìn)行體位固定。

CT 掃描：使用美國(guó)通用電器（GE）64排大孔徑 CT 對(duì)患者進(jìn)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(jì)劃系統(tǒng)。

iPlan計(jì)劃設(shè)計(jì)：放療醫(yī)生利用iPlan計(jì)劃系統(tǒng)勾畫(huà)計(jì)劃靶區(qū)（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(tǒng)進(jìn)行 SBRT 的計(jì)劃設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)好的iPlan計(jì)劃通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳至 Varian IX 型電子直線(xiàn)加速器進(jìn)行執(zhí)行。此外，放療物理師還需將患者計(jì)劃 CT 圖像通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳至 ETX 圖像引導(dǎo)系統(tǒng)。

1.3 ETX和CBCT誤差值獲取

（1）獲取 ETX 校正前的預(yù)擺位誤差?；颊吖潭ㄔ谥委煷采?，安裝“魚(yú)叉”型定位參考架和定位臂，利用激光燈進(jìn)行常規(guī)擺位。紅外線(xiàn)光學(xué)定位儀根據(jù)“魚(yú)叉”型定位參考架上6個(gè)定位球的位置引導(dǎo)治療床移動(dòng)到預(yù)定位置。用雙 KV-X 射線(xiàn)成像系統(tǒng)拍攝一組正交 X 射線(xiàn)片，其中管電壓、管電流分別設(shè)置為120 kV 和 25 mAs。將正交 X 射線(xiàn)片與計(jì)劃 CT 數(shù)字重建影像 （DRR）進(jìn)行骨性標(biāo)記圖像配準(zhǔn)即可得到六個(gè)方向的預(yù)擺位誤差值，這六個(gè)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(gè)方向的旋轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn) X、Y 及 Z 三個(gè)方向的平移運(yùn)動(dòng)控制，還能對(duì)治療床進(jìn)行俯仰以及左右方向的旋轉(zhuǎn)校正，至于身體長(zhǎng)軸方向的旋轉(zhuǎn)可通過(guò)調(diào)整治療床的轉(zhuǎn)角校正，所以通過(guò)六維治療床可以校正上述第一步獲取的平移誤差和旋轉(zhuǎn)誤差。校正之后，再次拍攝一組正交 X 射線(xiàn)片，并與 DRR 射線(xiàn)片再次融合匹配，即可得到校正之后六個(gè)方向的殘留誤差值。

（3）獲取 CBCT 驗(yàn)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(jìn)行機(jī)架旋轉(zhuǎn)掃描，經(jīng)過(guò)三維重建算法生成三維圖像，將生成的三維圖像與計(jì)劃 CT 圖像進(jìn)行骨性標(biāo)記圖像配準(zhǔn)，并記錄下此刻的 X、Y 和 Z 三個(gè)方向的驗(yàn)證誤差值Xt、Yt和Zt，記錄結(jié)束后，只要測(cè)得的Xt、Yt和Zt滿(mǎn)足臨床要求（≤2 mm），則無(wú)需進(jìn)行 CBCT 誤差修正。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用 SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)分析。經(jīng) Shapiro-Wilk 方法檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，計(jì)量資料采用（ x（—）± s ）描述，組間差異采用配對(duì) t 檢驗(yàn)，以 P <0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 ETX校正前后誤差對(duì)比

24例患者總計(jì)治療次數(shù)是113次，平均每例患者治療次數(shù)為4.7次，患者每次治療前都需進(jìn)行 ETX 和CBCT 驗(yàn)證并記錄誤差值。六維治療床校正前后 ETX 系統(tǒng)獲取的六個(gè)方向上的誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以明顯看出： ETX 校正后，平移誤差和旋轉(zhuǎn)誤差均明顯減少，且由統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），見(jiàn)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(zhuǎn)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(duì)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(zhuǎn)方向誤差均小于1°。見(jiàn)圖1、圖2。

2.3 ETX殘余誤差與CBCT驗(yàn)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(qū)間占比：該差值占比可在一定程度上反映 ETX 和 CBCT 這兩個(gè)圖像引導(dǎo)系統(tǒng)的差異性，我們從表2中可明顯看出，盡管兩個(gè)系統(tǒng)所獲誤差值存在一定差值，但絕大多數(shù)情況（>94%）的占比落在了0～1 mm 誤差的區(qū)間上，這說(shuō)明這兩個(gè)系統(tǒng)的結(jié)果非常接近，見(jiàn)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(diǎn)，其臨床效果往往比常規(guī)分割治療更加明顯，但 SBRT 對(duì)治療位置的精確性的要求更高，在實(shí)施治療前，必須對(duì)患者進(jìn)行圖像引導(dǎo)以減少由于擺位、器官運(yùn)動(dòng)等造成的位置誤差[8]。目前 CBCT 是被國(guó)內(nèi)廣泛使用并被認(rèn)可的一種精確度高的放射治療圖像引導(dǎo)系統(tǒng)，其通過(guò)將多序列的 KV 圖像進(jìn)行三維重建，圖像分辨率高并能實(shí)現(xiàn)骨性配準(zhǔn)和灰度配準(zhǔn)，所獲誤差的精確度高，但也有自身一些缺點(diǎn)，例如操作復(fù)雜，患者所受劑量相對(duì)較高，只能實(shí)現(xiàn)四維誤差糾正（即實(shí)現(xiàn) X、Y 及 Z 三個(gè)方向的平移誤差和 Z 方向上的旋轉(zhuǎn)誤差糾正）等缺點(diǎn)[9]。而 ETX 圖像引導(dǎo)系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用相對(duì)較少，其成像系統(tǒng)由兩個(gè)正交的 KV 級(jí) X-射線(xiàn)球管和兩個(gè)正交的平板探測(cè)器構(gòu)成，與 CBCT 系統(tǒng)相比，圖像分辨率較差[10]，但 ETX 有五個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)：（1）驗(yàn)證劑量更低，根據(jù)Kan等[11]和Jennifer等[12]研究成果，28～35次的 ETX 驗(yàn)證體位所受的劑量才相當(dāng)于1～2次 CBCT 驗(yàn)證所受到的劑量;（2）驗(yàn)證過(guò)程耗時(shí)更短，整個(gè)過(guò)程耗時(shí)1～2min，而CBCT 整個(gè)過(guò)程需要3～4分鐘;（3）可以實(shí)現(xiàn)六維誤差糾正（即 X、Y 及 Z 方向的平移誤差和旋轉(zhuǎn)誤差的糾正）;（4）可以實(shí)時(shí)位置監(jiān)控。

在本研究中，首先對(duì)24例盆腔腫瘤 SBRT 患者的 ETX 擺位誤差進(jìn)行了分析，從表1、圖1及圖2可以看出經(jīng)過(guò) ETX 六維治療床的誤差校正，患者六個(gè)方向上的平移誤差和旋轉(zhuǎn)誤差明顯減少（P<0.05），且平移誤差小于2 mm，旋轉(zhuǎn)誤差小于1°，這說(shuō)明 ETX 確實(shí)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(wèn)題，在對(duì)患者進(jìn)行 ETX 位置校正后，并沒(méi)有立即進(jìn)行治療，而是用 CBCT 驗(yàn)證系統(tǒng)進(jìn)行了再次驗(yàn)證，將獲得的誤差值與 ETX 校正后的誤差值進(jìn)行“差值”分析，通過(guò)表2可知： CBCT 和 ETX 兩個(gè)系統(tǒng)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(shù)（94%以上）落在了0～1 mm 誤差的區(qū)間上，這說(shuō)明這兩個(gè)系統(tǒng)的誤差結(jié)果非常接近，有理由認(rèn)為這兩個(gè)系統(tǒng)的可靠性是一致的。CBCT 和 ETX 這兩個(gè)圖像引導(dǎo)系統(tǒng)產(chǎn)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(xiàn)圖像引導(dǎo)系統(tǒng)僅拍攝了兩張正交的 X 射線(xiàn)片，成像質(zhì)量不是很好，而 CBCT 系統(tǒng)通過(guò)將多組序列的 KV-X 圖像進(jìn)行三維重建，影像的分辨率更高。

盡管 ETX 系統(tǒng)采集的圖像沒(méi)有 CBCT 分辨率高，但通過(guò)與 CBCT 系統(tǒng)進(jìn)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(dǎo)系統(tǒng)配合六維治療床不僅能糾正平移誤差，還能糾正三個(gè)方向上的旋轉(zhuǎn)誤差，可以滿(mǎn)足 SBRT 超高精度的治療要求。此外，ETX 還有耗時(shí)短、劑量低、實(shí)時(shí)監(jiān)控等優(yōu)勢(shì)，故 ETX 在盆腔腫瘤 SBRT 治療中具有顯著的臨床應(yīng)用價(jià)值。

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（收稿日期：2021-09-27）