射波刀治疗中应注意的影像引导定位问题

赵瑞，李莎，陆军，王震岳

兰州军区兰州总医院 放疗科，甘肃兰州 730050

射波刀治疗中应注意的影像引导定位问题

赵瑞，李莎，陆军，王震岳

兰州军区兰州总医院 放疗科，甘肃兰州 730050

为避免射波刀治疗差错、保证治疗质量，本文结合工作实际，针对射波刀定位中相关问题进行了分析和探讨，并提出了具体建议。

射波刀；影像引导定位；颅骨追踪；脊柱追踪；金标追踪

0 前言

射波刀又称“立体定向放射手术平台”，它集机器人机械臂、实时影像引导和靶区自动跟踪技术为一体[1-2]，是全球公认的亚毫米级精确放射治疗系统。射波刀作为人工参与和干预的智能机器人放疗系统，要求放疗技师具有良好的专业素质，能够正确处理影像引导定位中可能遇到的各种问题。影像定位问题处理不好，轻则造成射波刀治疗精度和治疗效果的下降，严重时可造成治疗差错，给患者带来不可估量的医疗损害[3]。

1 影像引导定位中应注意的相关问题

1.1 颅骨追踪预置亮度参数的更改

颅骨追踪预置亮度参数的更改须谨慎，更改过度可导致颅骨追踪算法结果不可信。颅骨追踪参数主要包括亮度（Brightness）和梯度（Gradient）参数，亮度和梯度参数由实时X线影像曝光条件决定[4-5]。其中亮度参数尤为重要，其数值接近1则说明实时X线影像与数字重建影像（Digitally Reconstructed Graph，DRR）质量相当，其颅骨追踪精度较高。当实时X线影像曝光条件不足以达到DRR图像质量，出现颅骨追踪亮度参数超范围时，过度改变颅骨追踪预置亮度参数可引起错误的影像定位结果，见图1。在本实验中，若将颅骨追踪亮度参数调整至0.89，其颅骨追踪计划即可在Lucy体模执行，射波刀系统不会出现任何错误提示，但从图1可明显看出其颅骨轮廓（颅顶）明显不重合。

图1 随机颅骨追踪计划与Lucy体模重合实验

1.2 不完整头颅CT图像不可用于颅骨追踪

不完整头颅CT图像不可用于颅骨追踪，否则将导致错误的定位结果。颅骨追踪CT扫描定位时，要求扫描范围超出头颅前缘及顶部各1 cm。当头颅CT扫描不完整时，治疗计划的制定不会受到影响，并且能够进行DRR图像重建，但DRR图像中部分颅骨的缺失，可导致错误的影像定位结果，见图2。由图2可知，当颅顶扫描不完整时，虽然鼻骨、眼眶已经完全重合，亦即实时X线影像与DRR图像重合，但影像定位结果却提示实时X线影像需向足端移动11.5 mm才能与DRR图像重合，影像定位结果出现明显的错误（经实际比例换算该误差与DRR图像颅骨缺失长度大体相当）。

图2 头颅CT扫描不完整导致影像定位错误

1.3 脊柱追踪影像定位中心或/和感兴趣区域的设置

为最大限度地提高影像配准和肿瘤治疗的精确度，制定脊柱追踪计划时，要求影像定位中心应选择在肿瘤靶区目标周围5 mm范围内，且影像定位中心区域具有丰富的骨骼结构；同时要求感兴趣区（Regions of Interest，ROI）亦即9行9列骨骼网格能够达到对影像定位中心区域骨骼结构的最佳覆盖。若影像定位中心或/和感兴趣区域设置不当[6]，不仅会引起影像定位误差偏移，严重时可导致椎体识别错误，见图3。如图3所示，制定治疗计划时，将影像定位中心设置于椎间隙和偏向于椎体后缘，同时ROI设置尺寸较小，造成用于脊柱追踪治疗算法的骨骼网格不能实现对椎体的完整覆盖，出现明显的椎体影像定位识别错误（DRR图像与实时X线影像所见明显不同）。若无人工识别干预，则会导致严重的医疗事故发生。

图3 CT定位中心和RO I设置不当导致影像定位识别错误

1.4 髂臼作为骨性结构用于脊柱追踪

髂臼作为骨性结构用于脊柱追踪时须谨慎，尤其对于股骨头远端肿瘤。为治疗邻近股骨头或者髋骨部位的肿瘤，考虑到髋臼与股骨及髂骨相连，并且影像特征比较丰富，通常以髋臼作为骨性结构进行影像识别与定位，但是此种方法存在较大风险，尤其对于体位固定不良的股骨远端肿瘤的治疗并不可靠，见图4。如图4所示，虽然髋臼作为骨性结构可正常进行影像定位，且其错误节点处于可接受范围，但仔细比对DRR图与实时X线影像会发现，患者股骨高度明显不同（箭头指示），经实际比例粗略换算至影像正位，其差值约为10.6 mm，但其实际定位误差仅为1.3 mm。

图4 髂臼用于股骨头远端脊柱追踪的问题

1.5 追踪金标数目＜3时，应设计辅助追踪定位计划并判断金标有无移位

追踪金标数目＜3时，应该设计辅助追踪定位计划并判断金标有无移位[7]。金标追踪治疗中，金标置入数目要≥3，任意俩金标间隔为20 mm，且其夹角≥15°。当金标数目为2时，射波刀影像定位系统可自动计算刚体误差（Rigid Error），以判断金标是否移位，但无法计算和获知患者身体是否存在旋转，需要设计相应的脊柱追踪计划以正确标定患者体位。但当金标数目为1时，射波刀影像定位系统不仅无法计算金标移位误差（亦即刚体误差），而且无法获知患者身体是否旋转，因此在影像定位时不仅需要设计脊柱追踪辅助计划，亦需采用金标附近特征骨性影像，以判断金标是否存在明显移位，从而规避金标移位带来的风险。

1.6 合理运用G4代射波刀单纯旋转误差检查模式

受制于患者呼吸运动或其他因素影响，虽然金标追踪数目≥3，但金标旋转误差经反复调整仍然处于治疗允许范围之外时，G4代射波刀单纯旋转误差检查模式是一种相对理想的选择。单纯旋转误差检查模式在G3代射波刀之前并不具备，旋转误差检查模式可对金标旋转角度进行监测但不纠正，其最大允许值5°。该模式的好处是：当金标旋转超出设计者预期值3°~5°时，射波刀执行系统会自动停止治疗，并警示操作者对患者体位进行检查，这样相对于金标旋转角度完全不可见而言，射波刀治疗的安全性大大增强。

1.7 G4代射波刀预置影像曝光条件

G4代射波刀的影像引导时间间隔可设定为5~150s，即使以最大曝光时间间隔150 s计算，其X射线曝光次数介于100~300次，甚至更多，远超出普通患者X线摄影次数。射波刀影像探测系统同普通数字化X射线设备相比，具有曝光宽容度大的特点，高曝光条件容易取得满意的定位质量，这已被相关实验证明[8]，但不必要的高曝光剂量与辐射防护最优化原则相悖。从实际使用经验来看，射波刀作为从欧美引进的影像引导放疗设备，其预置影像曝光条件可能适用于欧美人群，但对于大多数国人来讲偏大，有较大的降低空间。对于多数患者的胸段脊柱追踪，其曝光条件可由120 kV、100 mA、100 ms降低至120 kV、100 mA、50 ms，曝光剂量减少一半，但脊柱追踪的错误节点不会发生大的改变且其治疗误差不会产生改变。

2 结语

射波刀作为唯一采用实时影像引导技术的放疗设备，其全新的交互式操作给放疗技师带来了前所未有的体验，同时也给放疗技师提出了更为严格的要求，放疗技师在设备操作中不仅需要深刻理解射波刀的治疗原理，还需掌握和了解放射影像学和放射物理学一般知识，在射波刀操作中时刻注意各种未知因素对射波刀治疗精度的影响，并做出适时、客观和正确的评估与处理，只有这样才能保证射波刀治疗优势的真正发挥。

[1]陈光耀.CyherKnife放射外科治疗规范[M].上海：学林出版社, 2008：23-30.

[2]徐慧军,李玉,张素静,等.G4射波刀两年质量保证检测结果的回顾与评价[J].中国医学物理学杂志,2013,30(3）：4097-4099.

[3]国家质量监督检验检疫总局.GB18871-2002电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S].北京：中国标准出版社,2003.

[4]沈君姝,耿薇娜,王朋,等.射波刀追踪方式分析[J].生物医学工程与临床,2011,15(5）：502-504.

[5]王境生,李丰彤,董洋,等.射波刀5种追踪方法的原理[J].医疗卫生装备,2013,34(4）：130-132.

[6]赵瑞,李中华,王震岳,等.射波刀脊柱追踪系统胸椎追踪定位问题的分析[J].中国医疗设备,2014,29(7）：116-117,146.

[7]董洋,李丰彤,王境生,等.置入软组织金标数目对射波刀系统影像定位精度影响[J].中华放射肿瘤学杂志,2010,19(5）：465-467.

[8]赵瑞,王震岳,李莎,等.射波刀影像追踪中X射线曝光条件对脊柱追踪错误节点及辐射剂量的影响[J].中华放射医学与防护杂志,2014,34(2）：133-135.

Problem s about Image-Guided Locating in CyberKnife Treatm ent

ZHAO Rui, LI Sha, LU Jun,
WANG Zhen-yue
Department of Radiation Onco logy, Lanzhou General Hospital of Lanzhou M ilitary Region of PLA, Lanzhou Gansu 730050, China

In this paper, the problems of practical work about CyberKnife image-guided locating were analyzed and discussed. In view of this, the speci fi c proposals were provided to avoid treatment errors and ensure treatment quality.

cyberknife；image- guided positioning；skull tracking；spine tracking；fi ducial tracking systems

TH774

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.09.012

1674-1633(2015）09-0044-03

2014-12-25

本文作者：赵瑞，副主任技师，主要研究方向：放射治疗技术。

作者邮箱：zrznl318@sina.com