六维床在颅内肿瘤立体定向放射治疗中的临床应用

钟伟伟， 郑祖安， 刘庆， 董克湉， 廖景龙， 李君超

立体定向放射治疗(stereotactic radiotherapy，SRT)是治疗颅内原发肿瘤和脑转移瘤的一种有效和值得肯定的手段，能够取得很好的剂量分布和控制率。SRT小野集束照射形成的高剂量大梯度变化突出了靶区位置精确度的要求，使靶区位置精确度成为立体定向放射治疗的第一要素，靶区的精确定位和精确摆位是X射线SRT成功的关键，如何消除摆位误差必须受到重视。

随着图像引导放射治疗(image-guided radiotherapy，IGRT)技术在放疗中的广泛运用，相关研究者不仅认识到三维线性误差对靶区剂量的影响，消除旋转误差的必要性也越来越受到研究者的关注。Guckenberger等[1]报道，旋转误差可以对剂量学结果产生较大影响。本研究采用Varian Edge直线加速器机载锥形束CT(cone beam CT，CBCT)，在SRT治疗前获取摆位后的位置验证图像得到的误差数据，从平移和旋转六维方向进行摆位误差分析，然后采用PerfectPitch 6D Couch六维治疗床在六维方向上在线校正摆位误差，然后再行加速器机载CBCT扫描，获取位置验证图像从六维方向分析残留的摆位误差，并比较校正前的摆位误差和校正后的残留摆位误差，旨在探讨利用六维床在CBCT引导下实现六维方向上的在线校正在颅内肿瘤SRT中的应用价值。

材料与方法

1.病例资料

选取2017年1月-2017年5月在本院中法新城院区应用美国瓦里安公司Varian Edge直线加速器行SRT的颅内肿瘤患者37例，其中男20例，女17例，年龄18～79岁，中位年龄50岁，37例患者均利用六维床在CBCT引导下实现在六维方向上的在线校正后完成治疗，共收集142次摆位校正前、后的配准结果。

2.设备及方法

采用Varian Edge直线加速器及机载CBCT，PerfectPitch 6D Couch六维治疗床，菲利普(Philips)公司X射线计算机体层摄影设备(Brilliance CT Big Bore)，Varian Eclipse治疗计划系统。

所有患者均取仰卧位，采用个体化头热塑网罩联合发泡胶制作的个体化头枕与碳纤维底板固定，网罩加热至70℃塑型，降温后成型。

患者体位固定后，在Brilliance CT Big Bore上行CT模拟定位(层厚3 mm、120 kV 、400 mAs)，获取治疗计划参考图像，将CT图像经MOSAIQ网络传输至Varian Eclipse治疗计划系统，进行靶区勾画和治疗计划设计。

3.验证与治疗

每次治疗前行机载CBCT扫描(扫描参数：100 kV、150 mAs、有效剂量0.32 cGy)，CBCT Mode为Head，第一次CBCT扫描采用骨窗模式与计划参考图像自动配准(图1a)，并经高年资医师、物理师和技师共同确认配准结果，获得平移误差，包括左右方向X、进出方向Y、升降方向Z，旋转误差包括俯仰方向Rx(Pitch)、滚动方向Ry(Roll)、左右旋转方向Rz(Rettn)；分析以上6个方向的摆位误差结果，利用六维床在六维方向上校正摆位误差，误差校正后再行第二次CBCT扫描(图1b)，所获得的图像再与计划参考图像配准得到6个方向校正后的残余误差，经医师、物理师和技师共同确认配准结果后，调用治疗参数，启动加速器进行治疗。

4.统计学分析

结 果

本研究中，37例颅内肿瘤患者共进行142次CBCT扫描，其中校正前、后各扫描71次，获得摆位误差数据。所有患者均采用CBCT扫描验证并利用六维床在六维方向上校正摆位误差，增加总治疗时间约5 min，其中CBCT设置与扫描约2 min，图像配准及确认约2 min，误差纠正后再行CBCT扫描约1 min。

37例颅内肿瘤患者摆位后在CBCT引导下经六维床在线校正后，再行CBCT扫描，三个平移方向X、Y、Z的残余误差结果分别为(0.020±0.016)cm、(0.012±0.012)cm、(0.014±0.011)cm，单次最大误差分别为0.07 cm、0.06 cm、0.04 cm(表1)。3个旋转方向Rx，Ry，Rz的残余误差结果分别为(0.080±0.080)°、(0.076±0.075)°、(0.076±0.075)，单次最大误差分别为0.4°、0.3°、0.3°(表2)。将校正前的摆位误差数据与校正后的残余误差数据行配对样本t检验，结果显示6个方向上差异均具有统计学意义(P值均为0.000)。

表1 3个平移方向校正前的摆位误差及校正后的残余误差比较 (cm)

注：X1表示校正前左右方向误差，X2表示校正后左右方向残余误差，Y1表示校正前头脚方向误差，Y2表示校正后头脚方向残余误差，Z1表示校正前前后方向误差，Z2表示校正后前后方向残余误差。

表2 三个旋转方向校正前的摆位误差及校正后的残余误差比较 (°)

注：Rx1表示校正前绕X轴方向误差，Rx2表示校正后绕X轴方向残余误差，Ry1表示校正前绕Y轴方向误差，Ry2表示校正后绕Y轴方向残余误差，Rz1表示校正前绕Z轴方向误差，Rz2表示校正后绕Z轴方向残余误差。

图1 肺癌脑转移患者，女，62岁。a) 六维方向校正前CBCT图像； b) 六维方向校正后CBCT图像。

讨 论

X射线SRT是治疗颅内肿瘤的一种有效手段之一。X射线SRT具有高斯形的剂量分布，靶体积内外剂量落差较大，在最大限度提高靶区剂量的同时，尽量降低靶区周围正常脑组织的剂量。靶区的精确定位和正确摆位是X射线SRT治疗成功与否的关键[2]。治疗摆位的微小误差可能给计划的实施带来较大差异。治疗摆位的目的在于重复定位时的体位，达到与计划设计确定的靶区与射野的空间关系的一致，保证射线束对准靶区进行精确照射治疗。摆位的精确性和可重复性是现代精准放疗的必要条件之一。近年来已经有研究证实，每个接受治疗的患者每次摆位位置都有差异和变化[3]，这种摆位误差会导致部分靶区剂量分布的改变，甚至造成靶区剂量不足，毗邻器官受照射的剂量和体积反而升高。

近年来，随着影像引导放射治疗的发展和锥形束CT及其图像配准软件的应用，放射治疗中的摆位误差已能被精确测量，图像引导放射治疗有多种配准方式，包括二维方向图像配准、三维方向加单一旋转轴的配准及六维方向图像配准，不同的配准方式有不同的配准结果[4]。多数锥形束CT具有六维方向的图像配准功能，然而由于直线加速器治疗床大多数只能为三维方向线性运动，所以实际上放射治疗的摆位误差校正大多数被限制在三维方向上的线性校正，无法做到从传统的三维平移误差校正精确到三维平移误差加三维旋转误差校正。Handey等[5]报道>2°的旋转误差会对图像配准结果产生影响。Gutfeld等[6]研究结果表明，>2°的旋转误差会使靶区剂量发生3%～5%的变化，即认为>2°的旋转误差是需要校正的。郑祖安等[7]研究发现面颈部肿瘤患者体位固定时需注意头X轴的后仰与内收。付秀根等[8]认为旋转误差在临床摆位中应引起足够重视，旋转误差会影响线性误差。所以对于颅内肿瘤的精确放疗来说，三维方向内的线性误差和六维方向内的线性误差加旋转误差同样重要，只对线性误差校正而不对旋转误差校正是不够的，因为旋转误差不仅本身会引起治疗靶区及重要器官的剂量改变，还会影响线性误差对靶区及重要器官的照射剂量。即使很小的旋转误差也可导致靶区剂量分布的改变，甚至造成靶区剂量不足，毗邻器官的照射剂量升高。

X射线SRT的小野具有高斯形的剂量分布，SRT小野集束照射形成的高剂量大梯度变化突出了靶区位置精确度的要求，使靶区位置精确度成为立体定向放射治疗的第一要素，靶区定位精确度和摆位精确度的累积效果就是靶区的总精确度。Boman等[9]研究18例行SRT的患者，发现如果只行3D平移误差的校正，3D平移校正后治疗计划的适行指数为0.78，靶区剂量仅为处方剂量的78%，而行6D平移与旋转误差校正后，治疗计划的适行指数提高至0.91，靶区剂量提高至处方剂量的92.1%，认为旋转误差的校正在临床应用中具有重要意义。张平等[10]研究认为应在配备有六维治疗床的基础上开展立体定向放射治疗。本研究中，行SRT的颅内肿瘤患者首次CBCT扫描得到的三个平移方向X、Y、Z的摆位误差分别为(0.114±0.071)cm、(0.096±0.077)cm、(0.090±0.069)cm；利用六维床在六维方向在线校正后，三个平移方向X、Y、Z的残余误差结果分别为(0.020±0.016)cm、(0.012±0.012)cm 、(0.014±0.011)cm。首次CBCT扫描得到的三个旋转方向Rx、Ry、Rz的旋转误差分别为(0.737±0.451)°、(0.748±0.384)°、(0.701±0.381)°；利用六维床在线校正后获得的残余旋转误差分别为(0.080±0.080)°、(0.076±0.075)°、(0.076±0.075)°。六个方向校正前后差异均具有统计学意义(P值均为0.000)。治疗时的残余误差线性方向最大值均<0.1cm，旋转方向最大值均<0.5°，可见利用六维床在CBCT引导下实现的在线校正可以明显降低SRT的摆位误差，提高摆位精度，可为颅内肿瘤开展精确SRT治疗提供支持。

鉴于大多数直线加速器治疗床只能做三维方向线性运动，有学者研究通过矩阵变换，用旋转误差补偿角度替代六维治疗床[11]；由于此研究只报道矩阵公式，未报道入组病例数，虽然该方法具有很强的可操作性，但也有一定的局限性，如只能运用在固定野照射技术中，且对加速器的机械参数有一定的要求，此方法在临床上的推广价值值得商榷。国内学者申江峰等[12]利用Tomotherapy HD治疗系统在只能纠正四维方向误差的情况下，研究得出头颈部肿瘤放疗摆位过程中应注意不同方向的相互影响关系，尤其注意前后方向、前后旋转与上下方向及左右方向与顺时针、逆时针旋转方向的摆位精确性，从而为六维方向的摆位误差提供参考。

综上所述，本研究采用Varian PerfectPitch 6D Couch六维治疗床对颅内肿瘤SRT患者在六维方向上在线纠正摆位误差，利用CBCT扫描测量摆位误差，结果显示在六维方向上在线校正后的误差明显小于校正前，差异均具有统计学意义，并分析了旋转误差纠正的可行性和有效性，六维治疗床在校正摆位误差方面具有重要的临床应用价值。

参考文献：

[1] Guckenberger M,Meyer J,Vordermark D,et al.Magnitude and clinical relevance of translational and rotational patient setup errors:a cone-beam CT study[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2006,65(3):934-942.

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[7] 郑祖安，付秀根，钟伟伟，等.面颈部肿瘤影像引导精确放射治疗摆位误差的研究[J].中华肿瘤防治杂志,2012,19(20):1554-1556.

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