X射线模拟机和射波刀同步呼吸追踪下肺肿瘤的运动规律分析

朱六玲 蔡陈枫 孟 岩*

肺部肿瘤随呼吸运动，下肺肿瘤运动尤其明显。立体定向放射外科治疗已逐步成为精确放射治疗发展的方向，其可在最大限度保护正常组织的同时，提升肿瘤靶区的放射剂量，从而有效杀灭肿瘤组织以提高治疗效果[1-2]。射波刀立体定向放射治疗采用同步呼吸追踪技术，治疗前通过CT引导下在肺部肿瘤部位植入金标的方法，来实现对肿瘤的同步呼吸追踪。射波刀通过呼吸追踪器持续探测放置在患者胸前的红外发生器的位置变化，建立动态的呼吸节律，同时在呼吸时相的不同时间点采集患者体内的X射线数字影像，以获取纯金标记(金标)肿瘤位置的动态运动模型，从而建立金标肿瘤位置和呼吸节律的动态关系模型，利用呼吸模型引导加速器追踪肺部肿瘤进行动态照射[3-4]。

本研究总结在医院治疗的57例原发或转移下肺肿瘤患者，X射线模拟机和射波刀立体定向放射治疗同步呼吸模型中左右下肺肿瘤的运动幅度及相关性，为射波刀立体定向放射治疗提供参考。

1 材料与方法

1.1 一般资料

选取2017年5-12月上海东方肝胆外科医院放疗中心治疗的57例原发或转移下肺肿瘤患者，其中男性33例，女性24例；年龄29～88岁，平均年龄(56±5)岁；肿瘤病灶为4.69～76.65 cm3，中位值55.37 cm3；左下肺肿瘤患者33例，右下肺肿瘤患者24例。X轴方向定义为身体左右方向，Y轴方向定义为身体(胸)前后方向，Z轴方向定义为身体头脚方向。患者全部签署金标植入同意书和射波刀治疗期间出现的各项不良反应知情同意书，该项研究已得到医院伦理委员会的批准，并允许患者的信息存储在医院数据库中用于研究。

1.2 仪器设备

Philips Big bore型X射线计算机断层成像(X-ray computed tomography，CT)(荷兰飞利浦公司)；ACCURAY CyberKnife VSI型射波刀(美国安科瑞公司)；Philips SLS simulator型模拟定位机(荷兰飞利浦公司)。

1.3 测量方法

对57例下肺肺癌患者均行CT引导下穿刺，于肿瘤内置入长5 mm，直径0.8 mm的纯金标记l个，共计置入标记57个。置入后1周行肺部CT定位，证实金标其位置准确无误后，于Philips SLS simulator型模拟定位机荧屏上观察并测量其运动幅度，最小刻度精确到毫米。测量前嘱患者平卧于模拟定位机床上，双手抱头，解除腹部压迫，并训练患者进行平静呼吸。每个方向金标的移动距离在模拟定位机荧屏上观察4～6个呼吸周期，取平静呼吸时金标的最大动度为金标在该方向的运动幅度。取模拟机大机架角为0°时，测量冠状面的Z轴、X轴方向金标的移动距离，再取大机架角为+90°时测量矢状面的Y轴方向金标的移动距离(如图1所示)。

在射波刀立体定向放射治疗中，通过同步呼吸追踪器持续探测放置在患者胸前的红外发生器的位置变化，建立动态的呼吸节律，同时在呼吸时相的不同时间点采集患者体内的X射线数字影像，以获取肿瘤金标位置的动态运动模型，在动态运动模型中，读取到X轴、Y轴及Z轴方向肿瘤金标的运动幅度(如图2、图3所示)。

图1 X射线模拟机下观察金标的运动幅度影像

图2 射波刀治疗中观察同步呼吸运动模型X轴、Y轴及Z轴的金标运动幅度示图

图3 同步呼吸运动模型金标运动幅度示图

1.4 统计学方法

应用SPSS 13.0软件对X射线模拟机下和射波刀立体定向放射治疗中左右下肺肿瘤3个方向的运动幅度成对均数以±标准差(x-±s)表示，采用配对t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 模拟机3个方向的运动幅度

对X射线模拟机下和射波刀立体定向放射治疗中X轴、Y轴及Z轴方向上的测量结果进行均数及标准差分析。X射线模拟定位机下测量左下肺金标(肿瘤)X轴、Y轴和Z轴方向的运动幅度分别为(0.339±0.166)cm、(0.491±0.202)cm和(1.467±0.421)cm；右下肺金标(肿瘤)X轴、Y轴及Z轴方向的运动幅度分别(0.317±0.100)cm、(0.412±0.145cm和(1.483±0.565)cm。

表1 X射线模拟机下和与射波刀同步呼吸模型左右下肺肿瘤运动幅度的比较(cm，x-±s)

2.2 同步呼吸模型3个方向的运动幅度

在射波刀立体定向放射治疗过程中，通过建立的同步呼吸模型，测量金标(肿瘤)的左下肺肿瘤3个方向上的运动幅度为(0.388±0.150)cm、(0.509±0.211)cm和(1.468±0.415)cm，右下肺肿瘤3个方向上的运动幅度为(0.379±0.977)cm、(0.446±0.150)cm和(1.500±0.550)cm。

X射线模拟机下与射波刀同步呼吸模型左右下肺肿瘤运动幅度的比较中，左肺X轴和Y轴方向上差异有统计学意义(t=2.965，t=-1.139；P＜0.05)；左肺Z轴方向无差异统计学意义。右肺X轴和Y轴方向差异有统计学意义(t=-3.021，t=2.563；P＜0.05)，见表1。

3 讨论

立体定向放射外科治疗主要是在20世纪50年代于瑞典发展起来[5-7]。射波刀是立体定向放射外科治疗系统，在建立并跟踪患者同步呼吸运动的前提下，跟踪患者体内金属标记点的运动来实现对肿瘤的追踪治疗，而金标的运动幅度和范围代表了肿瘤的运动幅度和范围。立体定向放射外科治疗是对不能手术的早期肺癌患者的首选治疗方法[8-12]。

王义海等[13]研究提示，在平静呼吸状态下，肺的呼吸动度在X轴、Y轴及Z轴方向分别为1.97 mm、2.33 mm和8.41 mm；方向精度分别为1.31 mm、1.50 mm和1.92 mm；平均误差分别为(1.00±1.28)mm、(1.19±1.49)mm和(1.67±1.89)mm，三维方向的呼吸动度差异有统计学意义。病灶位于左、右肺的呼吸动度在X轴、Y轴及Z轴3个方向的呼吸动度差异无统计学意义。吴瑞花等[14]研究提示，63例患者的76个病灶肺尖部、中部及底部X轴移动距离分别为(1.6±0.8)mm、(2.6±1.1)mm和(2.8±1.7)mm(F=1.76，P=0.179)；Y轴的分别为(2.0±1.3)mm、(4.3±2.8)mm和(4.0±2.0)mm(F=2.06，P=0.135)；Z轴分别为(2.7±0.8)mm、(7.3±3.6)和(12.0±5.3)mm(F=16.33，P=0.000)。7个侵犯胸壁病灶移动距离很小，分别为(0.9±0.7)mm、(0.7±0.7)mm和(2.0±0.6)mm。相关分析显示，X轴、Y轴及Z轴方向移动距离与患者性别、年龄、身高、体重和呼吸频率无关。上述作者研究的下肺运动幅度结果与X射线模拟机下和射波刀立体定向放射治疗同步呼吸模型中左右下肺肿瘤的运动幅度基本吻合。

由于配对t检验比较灵敏，在X射线模拟机下和射波刀同步呼吸模型左右下肺肿瘤运动幅度的配对t检验中，虽然左右肺X轴、Y轴上均值差别＜±1 mm，但是左右肺X轴、Y轴上有统计学差别。左右肺Z轴上无统计学差别。下肺金标(肿瘤)X轴、Y轴的运动幅度均值在0.3～0.5 cm，X射线模拟机和射波刀同步呼吸追踪下肺肿瘤运动幅度相差0.1 cm，可能会造成有统计学差别，而在下肺Z轴上，运动幅度均值在1.4～1.5 cm，X射线模拟机和射波刀同步呼吸追踪下肺肿瘤运动幅度相差0.1 cm，无统计学差异。这可能解释X射线模拟机下和射波刀立体定向放射治疗同步呼吸模型中，下肺肿瘤在X轴、Y轴的运动幅度有差别，在Z轴的运动幅度无差别的原因。此外，由于本研究只有57例原发或转移下肺肿瘤患者，可能需要更多的患者做进一步研究。

X射线模拟定位机下测量的左右肺金标(肿瘤)运动幅度与同步呼吸模型中测量金标(肿瘤)左右肺运动幅度大小基本一致。