基于射波刀Xsight spine prone tracking模式治療脊柱腫瘤患者的擺位準(zhǔn)確性分析*

李君 孔祥慧 楊瑞杰 程程 王工 莊洪卿

立體定向放射治療（stereotactic radiation therapy，SRT）技術(shù)具有增加腫瘤劑量并減少正常組織照射的能力，從而獲得更高的腫瘤控制率和更低的正常組織并發(fā)癥[1-3]。射波刀作為SRT的專用設(shè)備，在現(xiàn)代放療中越來越多地應(yīng)用于脊柱腫瘤的治療[4-6]。射波刀治療脊柱腫瘤患者，常規(guī)采用仰臥位擺位方式。由于射波刀治療時(shí)間較長(zhǎng)，部分術(shù)后患者因疼痛無法長(zhǎng)時(shí)間保持仰臥位姿勢(shì)治療，致使俯臥位治療模式成為一種必要選擇方式。射波刀第五代機(jī)型（VSI）提供兩種脊柱追蹤治療模式，分別是脊柱追蹤系統(tǒng)（Xsight spine tracking，XST）與 俯臥位脊柱追蹤系統(tǒng)（Xsight spine prone tracking，XSPT）。XSPT是以脊柱為驗(yàn)證標(biāo)記物的同步呼吸追蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)追蹤腫瘤在不同時(shí)間點(diǎn)和不同呼吸時(shí)相下的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過控制機(jī)械手臂跟隨腫瘤運(yùn)動(dòng)而出束，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)放療。但是目前已有的研究鮮見射波刀XSPT模式治療脊柱腫瘤患者的準(zhǔn)確性的相關(guān)報(bào)道。由于俯臥位治療方式不僅會(huì)降低擺位穩(wěn)定性，還會(huì)因呼吸動(dòng)度的影響，加劇靶區(qū)追蹤的不確定性[7-8]。因此是否能夠采用俯臥位進(jìn)行脊柱腫瘤治療需要進(jìn)行深入探討。本研究通過對(duì)比治療中仰臥位和俯臥位靶區(qū)位移的差異，評(píng)估射波刀俯臥位治療脊柱腫瘤患者的可行性。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

選取2020年7月至2021年6月在北京大學(xué)第三醫(yī)院行射波刀治療的脊柱腫瘤患者18例，主要入組標(biāo)準(zhǔn)是仰臥與俯臥治療位均能滿足的腰骶腫瘤患者（表1）。所有患者均知情同意，并經(jīng)過本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)同意。

表1 脊柱腫瘤患者臨床資料

1.2 方法

1.2.1 CT模擬定位 患者進(jìn)行2次定位，分別采用仰臥位與俯臥位。仰臥位定位：采用射波刀治療專用真空墊，患者平躺于真空墊的中間，雙手平放于身體兩側(cè)，掌心向內(nèi)，對(duì)其進(jìn)行塑形固定，雙腳置于足踏。俯臥位定位：采用專用的俯臥板和熱塑網(wǎng)固定，該俯臥板為中央空心型板，以減小患者俯臥時(shí)呼吸動(dòng)度的影響。患者俯臥位治療擺位見圖1。

圖1 俯臥位脊柱腫瘤患者治療擺位方式及設(shè)備

兩種體位均采用16排螺旋大孔徑CT（Philips Brilliance Big Bore）模擬定位機(jī)掃描。掃描層厚 1.5 mm，管電壓 120 Kv，管電流 300 mAs。掃描范圍為靶區(qū)上下界15 cm。

1.2.2 XST與XSPT系統(tǒng) 治療計(jì)劃按照不同體位分別設(shè)計(jì)。仰臥位采用XSP治療模式，仰臥位采用XSPT治療模式。

XST系統(tǒng)工作原理是將治療過程中采集的脊椎感興趣區(qū)域（region of interest，ROI）的實(shí)時(shí)X線影像與模擬定位CT的數(shù)字重建放射影像（digital reconstructed radiograph，DRR）進(jìn)行配準(zhǔn)，以確定靶區(qū)的位置獲得擺位誤差。通過自動(dòng)調(diào)整機(jī)械臂的位置，利用擺位誤差數(shù)據(jù)將入射射束重新定向照射于靶區(qū)的當(dāng)前位置。對(duì)于仰臥位治療，XST系統(tǒng)已被證明可實(shí)現(xiàn)＜1 mm的臨床治療精確度。

XSPT系統(tǒng)工作原理是通過追蹤患者體表紅外信號(hào)捕捉呼吸動(dòng)度，并與實(shí)時(shí)X影像監(jiān)測(cè)的脊柱ROI運(yùn)動(dòng)軌跡構(gòu)建呼吸模型，預(yù)測(cè)靶區(qū)運(yùn)動(dòng)軌跡。治療中通過機(jī)械手臂的移動(dòng)跟隨靶區(qū)進(jìn)行精準(zhǔn)照射，從而實(shí)現(xiàn)呼吸運(yùn)動(dòng)的補(bǔ)償。XSPT系統(tǒng)運(yùn)行模式類似于射波刀同步呼吸追蹤系統(tǒng)。只是同步呼吸追蹤系統(tǒng)是基于金標(biāo)監(jiān)測(cè)靶區(qū)的位置，而XSPT系統(tǒng)是基于脊柱的ROI。呼吸模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性主要由系統(tǒng)計(jì)算的相關(guān)誤差決定，當(dāng)相關(guān)誤差＞2.5 mm時(shí)，治療系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)終止出束，降低治療風(fēng)險(xiǎn)。

1.2.3 數(shù)據(jù)采集 患者治療分次數(shù)為1次，采用俯臥位模式實(shí)施放射治療，治療結(jié)束后采用模擬計(jì)劃進(jìn)行仰臥位數(shù)據(jù)采集?；颊咧委煼执螖?shù)＞1分次，兩種體位的計(jì)劃交替實(shí)施進(jìn)行放射治療。治療期間，以90～150 s時(shí)間間隔采集仰臥位與俯臥位的六維擺位修正誤差。平移修正誤差為左右方向（left-right，L-R）、進(jìn)出方向（inferior-superior，I-S）與升降方向（anteriorposterior，A-P）。角度修正誤差為順時(shí)針-逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度（clockwise-anticlockwise，CW-Ccw）、仰俯角度（head up-head down，Hu-d）與傾斜角度（roll left-roll right，Rl-r）?；颊吒┡P位治療中，需記錄I-S、L-R和A-P共3個(gè)方向的呼吸模型相關(guān)誤差。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行處理與分析數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)以±s表示。仰臥位與俯臥位的擺位誤差的比較，釆用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析方法。檢驗(yàn)水平α=0.05，以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

如表2所示，仰臥位平移方向L-R、I-S和A-P修正誤差分別為（0.36±0.28） mm、（0.27±0.24）mm和（0.18±0.16） mm，俯臥位分別為（0.36±0.32） mm、（0.50±0.40） mm和（0.31±0.26） mm。相比于仰臥位，俯臥位在進(jìn)出與升降方向的修正誤差較大，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。對(duì)于角度修正，仰臥位CWCcw、Rl-r和Hu-d修正值分別為（0.62±0.34）°、（0.30±0.26）°和（0.32±0.23）°，俯臥位分別為（0.58±0.36）°、（0.33±0.27）°和（0.39±0.42）°。兩種擺位方式在治療中，3個(gè)方向的角度偏移不顯著，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

表2 仰俯位和俯臥位擺位誤差比較 （ ±s ）

表2 仰俯位和俯臥位擺位誤差比較 （ ±s ）

L-R：左右方向；I-S：進(jìn)出方向；A-P：升降方向；CW-Ccw：順時(shí)針-逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度；Rl-r：傾斜角度；Hu-d：仰俯角度

項(xiàng)目 仰臥位修正誤差 俯臥位修正誤差 t P L-R（mm) 0.36±0.28 0.36±0.32 0.062 0.952 I-S（mm) 0.27±0.24 0.50±0.40 4.725 0.001 A-P（mm) 0.18±0.16 0.31±0.26 6.872 ＜0.001 CW-Ccw（°） 0.62±0.34 0.58±0.36 0.550 0.593 Rl-r（°） 0.30±0.26 0.33±0.27 0.820 0.430 Hu-d（°） 0.32±0.23 0.39±0.42 1.194 0.257

箱線圖顯示俯臥位A-P方向與I-S方向的偏移量相比于仰臥位較高（圖2），并且離群值較仰臥位偏多。但是對(duì)于角度修正誤差，兩種體位的差別并不顯著。

圖2 仰臥位與俯臥位修正誤差箱線圖

對(duì)于俯臥位，XSPT系統(tǒng)的呼吸模型在L-R、I-S和A-P共3個(gè)方向的相關(guān)誤差均值分別為（0.21±0.11）mm、（0.41±0.38）mm和（0.68±0.42）mm?？傁嚓P(guān)誤差均值為（0.82±0.57） mm，最大值為1.32 mm，見表3。

表3 俯臥位XSPT呼吸模型相關(guān)誤差 （ ±s ）

表3 俯臥位XSPT呼吸模型相關(guān)誤差 （ ±s ）

L-R：左右方向；I-S：進(jìn)出方向；A-P：升降方向

修正方向 修正誤差（mm）L-R 0.21±0.11 I-S 0.41±0.38 A-P 0.68±0.42三維方向 0.82±0.57

3 討論

射波刀通過非共面非等中心照射，能夠?qū)崿F(xiàn)靶區(qū)外劑量的快速跌落[9-10]。相比于常規(guī)加速器，射波刀對(duì)脊髓的保護(hù)具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)[11-12]。由于射波刀配置的特殊性，機(jī)頭相對(duì)較大。為了防止機(jī)頭觸碰地面，沿治療床平面向下26°的范圍內(nèi)無射束路徑，致使從側(cè)后方無法實(shí)施照射[13]。由于射波刀治療時(shí)間較長(zhǎng)，為保證治療過程中患者體位的穩(wěn)定，常規(guī)采用仰臥位治療模式。該體位的治療射束將會(huì)穿過更長(zhǎng)的路徑才能達(dá)到靶區(qū)，致使靶區(qū)前方的正常組織接受較多的劑量。為了改善射波刀在脊柱腫瘤放療中劑量分布的局限，很多研究采用XST計(jì)劃方案評(píng)估俯臥位治療模式下的擺位誤差與劑量分布[13-14]。結(jié)果表明由于呼吸運(yùn)動(dòng)的影響，導(dǎo)致靶區(qū)追蹤精度降低與正常組織受照劑量升高，使俯臥位脊柱腫瘤治療方式?jīng)]有明顯優(yōu)勢(shì)。因此，對(duì)于射波刀脊柱腫瘤俯臥位的治療模式，實(shí)現(xiàn)靶區(qū)動(dòng)態(tài)追蹤，呼吸運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償成為精準(zhǔn)放療的關(guān)鍵。

隨著技術(shù)的優(yōu)化與完善，射波刀 XSPT系統(tǒng)是追蹤脊柱的同步呼吸追蹤方式，具有實(shí)時(shí)追蹤運(yùn)動(dòng)靶區(qū)的能力。本研究將XSPT俯臥位方法與XST仰臥位方法對(duì)脊柱腫瘤患者擺位修正誤差進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示俯臥位在A-P方向和I-S方向上的位移偏差比仰臥位顯著增高。盡管在治療中脊柱ROI的追蹤區(qū)域在同一椎體上，但在治療過程中觀察到兩種體位的運(yùn)動(dòng)模式和范圍不同。表明腰骶脊柱在前后、升降方向上的位移偏差并不是嚴(yán)格的隨機(jī)誤差，而是由呼吸引起腹部運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的位移。對(duì)于俯臥位，呼吸運(yùn)動(dòng)會(huì)增加靶區(qū)追蹤的不確定性。有研究表明，在不使用同步呼吸追蹤的條件下，靶區(qū)追蹤誤差最大可達(dá)9.1 mm[15]。因此，對(duì)于靜態(tài)追蹤的XST系統(tǒng)，并不適合仰臥位治療模式。而XSPT系統(tǒng)將脊柱運(yùn)動(dòng)軌跡與呼吸建立相關(guān)關(guān)系構(gòu)建呼吸預(yù)測(cè)模型，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)靶區(qū)的追蹤。本研究18例患者呼吸模型平均相關(guān)誤差＜1 mm，總相關(guān)誤差最大值＜1.5 mm，說明XSPT系統(tǒng)在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)追蹤靶區(qū)過程中能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)打靶。

此外，本研究中發(fā)現(xiàn)患者體位固定的方式也是影響患者擺位穩(wěn)定性與重復(fù)性的關(guān)鍵因素。擺位修正誤差的結(jié)果表明，相比于仰臥位，雖然俯臥位受呼吸運(yùn)動(dòng)的影響在I-S與A-P平移方向存在較大的位移偏差，但角度修正誤差無顯著性差異。俯臥位患者均采用加長(zhǎng)熱塑體網(wǎng)進(jìn)行固定。相比于仰臥位固定的真SG空墊，熱塑網(wǎng)與體表的貼合度更高，對(duì)患者身體旋轉(zhuǎn)的限制更好，擺位重復(fù)性和穩(wěn)定性也會(huì)更優(yōu)[16-17]。因此，XSPT系統(tǒng)與俯臥板體網(wǎng)固定模式能夠滿足臨床對(duì)于脊柱腫瘤立體定向放療的要求。