X-sight椎体追踪技术在射波刀中的应用

王境生，袁智勇，董洋，陈华明，于旭耀，李丰彤，宋勇春

[天津医科大学肿瘤医院（国家肿瘤临床医学研究中心） 放疗科，天津 300060]

射波刀系统主要由LINAC加速器系统（6MV的X射线）、影像系统、机械臂系统（6个机械臂关节、1200束射线方向）、同步呼吸追踪系统、治疗床、介面控制器及调制器控制器等组成[1-3]。射波刀实时影像追踪方式根据追踪部位的不同，可分为6D-skull（颅骨）追踪、X-sight（椎体）追踪、金标fiducial（标志点）追踪、Sychrony同步呼吸追踪及X-sight lung（肺）追踪五种方式[4-6]。射波刀立体定向放疗给肿瘤部位准确、均匀的剂量，周围正常组织剂量很小，因此可在正常组织损伤很小的情况下根治恶性肿瘤，达到提高患者生活质量，延长生存期的目的[7-8]。

1 射波刀X-sight追踪方法的原理

脊柱椎体包括颈椎（C1～C7）、胸椎（T1～T12）、腰椎（L1～L5）、骶骨及尾骨。X-sight追踪方式主要用于追踪脊柱椎体及周围的肿瘤。射波刀X-sight 追踪方式采用对比实时曝光产生的图像和数字重建影像，生成9个×9个图像共81个矩阵骨质密度变化点的方式产生患者六维方向上需校准的数值。通过机械臂校准这些数值，实现射波刀X-sight追踪方式中总误差≤0.95 mm[9-10]。X-sight追踪方式因为无需植入金标、无创伤，被全球各地的射波刀中心广泛采用。见图1。

2 射波刀X-sight追踪方法的安全性和精准性

图1 X-sight追踪方法在射波刀的治疗中的应用

徐慧军等[11]利用CT分别扫描装有胶片的头颈部、肺部和仿真人模体，将影像数据传输至Multi Plan治疗计划系统中。设计颈椎、胸椎、腰椎、尾椎及股骨追踪的模体等中心计划，70%剂量曲线给420 cGy。模体置于治疗床上，使用X-sight追踪方式，执行模体计划。扫描照射后的胶片，利用端到端测试软件分析照射精度，结果显示颈椎追踪的精度为0.54和0.68 mm，胸椎为0.50和0.65 mm，腰椎、骶椎、髂骨及股骨分别为0.70、1.99、2.21和2.05 mm。对于3种静态模体，颈椎、胸椎及腰椎的追踪精度均达到亚毫米，骶椎、髂骨及股骨精度为（2.00±0.21）mm，射波刀X-sight追踪脊柱的精度非常高，提供准确的图像引导定位，且及时在线发现和纠正患者治疗体位移动，实现立体定向放疗领域内提倡高精度、大剂量、分割次数少及无创伤等优点。

3 射波刀X-sight追踪方法在全身肿瘤治疗中的应用

在颈部肿瘤和椎体转移瘤的临床应用：脊柱转移是恶性肿瘤骨转移的常见部位，脊柱转移患者常常伴有背部疼痛及感觉、运动障碍，其是恶性肿瘤患者生活质量下降的主要因素之一。椎体转移肿瘤立体定向放射治疗可给予靶区适形的高剂量；同时形成陡峭的剂量梯度，有利于保护周围正常组织，特别是脊髓。与常规放射治疗相比较，立体定向放射治疗提高肿瘤局部控制率并有利于缓解症状，成为椎体转移瘤术后辅助治疗及根治性治疗新的治疗模式。文献表明基于放射生物、物理及临床方面的相关研究，多分次立体定向放射治疗在临床中具有一定的优势。张余飞等[12]观察25例先前照射过的复发头颈部鳞癌患者接受射波刀治疗，体部立体定向放疗（stereotactic body radiation therapy,SBRT）的处方剂量是25～36 gy/5～6 f，评估SBRT治疗先前接受过放射治疗的复发头颈部鳞癌患者的有效性与安全性。评价指标包括肿瘤缓解率、局部控制率、无进展生存期、生存质量改善率、急性及晚期毒性反应。射波刀治疗3个月后近期有效率[完全缓解（complete response,CR）+部分缓解（partial response,PR）]为68%，中位无病生存期为10.3个月，1年生存率为48%；治疗过程中及治疗后无4、5级不良反应发生。对于先前接受过放射治疗的复发头颈部鳞癌患者，射波刀治疗复发头颈部肿瘤近期疗效明确，且不良反应较轻。刘志冰等[13]对2009年3月1日—2011年12月24日行射波刀立体定向放射外科治疗脊柱转移瘤患者发现，治疗肿瘤病灶38处。其中颈椎4处，胸椎21处，腰椎9处，骶椎4处，有放疗史患者9例。比较治疗前后的疼痛缓解等情况，定期随访疗效及毒副反应。在随访12.5个月（1～25个月）后，生存18例，90%患者疼痛治疗有效，随访期间内未见放射性脊髓病的发生。射波刀立体定向放射外科治疗脊柱转移瘤安全有效。

3.1 早期肺癌和纵隔淋巴结转移瘤

X-sight追踪方法在治疗早期中央型肺癌、老年早期肺癌患者、恶性肿瘤纵隔淋巴结转移患者都有广泛的应用。根据肿瘤位置及分期不同，给予不同的剂量分割模式，射波刀立体定向放疗可较好的应用于早期中央型肺癌的治疗。王宝虎等[14]回顾性分析天津市肿瘤医院射波刀中心2006年11月—2010年12月 17例分期为T1/T2N0M0的中央型非小细胞肺癌患者，其中6例患者采用X-sight追踪方法，11例患者采用呼吸同步金标追踪技术。根据肿瘤位置及分期，给予不同的分割剂量，中位处方剂量56 gy（48～60 gy），中位分割次数5次（3～10次），中位治疗体积46.2 ml（13.8～92.2 ml）。治疗后3个月疗效评价：9例病变完全缓解，7例部分缓解，1例稳定，治疗反应率94.1%；中位随访期19.5个月（4～64个月），中位生存时间43个月，1和2年的局控率、无进展生存及总生存分别为100%、87.5%、80.8%，以及67.3%、82.4%、68.4%。随访期内未见呼吸困难、疲劳、肺不张等不良反应，其中3级不良反应1例，未见4～5级不良反应。宋勇春等[15]回顾性分析天津医科大学附属肿瘤医院放疗科2006年11月—2010年9月34例 不能手术的老年早期肺癌患者（T1N0M020例，T2N0M014例），中位年龄78岁（70～88岁）。16例患者采用X-Sight椎体追踪技术，18例患者采用肿瘤内植入1、2枚金标的呼吸同步追踪技术。处方剂量45～60 gy，中位剂量60 gy，分3～6次给予。结果：25例病变CR（73.5%），9例PR（26.5%）。中位随访期29个月（11～59个月），原发肿瘤局部控制率为97.1%，1、2、3年无进展生存率分别为85.3%、81.6%和70.0%，总生存率分别为97.1%、86.6%和80.0%。31例患者（91.1%）出现治疗后的轻度乏力，15例患者（44.1%）发生Ⅰ、Ⅱ级放射性肺炎，未发现≥Ⅲ级的不良反应。1例患者（2.9%）在经胸腔穿刺植入金标后发生严重气胸，经胸腔闭式引流后缓解。射波刀立体定向放射治疗技术疗效确切、不良反应轻，其是无法手术的老年早期肺癌患者的较好选择。WANG等[16]评估在2006年10月—2015年5月在天津市肿瘤医院射波刀中心接受射波刀X-sight追踪方法治疗的85例纵隔淋巴结转移患者。主要观察是纵隔淋巴结的肿瘤局部控制率（tumor control probability,TCP）。次要观察是症状缓解时间，SBRT后总体存活期（overall survival,OS）和常见不良反应事件评价标 准（cancer institute common terminology criteria for adverse events v4.0,CTCAE v4.0）的毒性副反应。1年和5年的局部控制率分别为97%和77%。在53例有症状患者中，症状缓解47例（89%），中位数为5 d（3～30 d）。所有患者中位OS为27.2个月。单因素和多因素分析显示，原发肿瘤与射波刀的较短诊断间隔以及较大的纵隔淋巴结体积与OS相关。CTCAE v4.0≥3级毒副反应6例（7%），5级毒副反应3例（均具有纵隔淋巴结7站放疗史）。SBRT是一种安全有效的治疗方式，适用于来自不同肿瘤的纵膈淋巴结转移的患者，但接受纵膈淋巴结第7站放疗的患者除外。王娟等[17]分析射波刀治疗39例恶性肿瘤纵隔淋巴结转移患者的临床资料，其中31例患者采用X-sight追踪方法，8例患者采用呼吸同步追踪技术。病灶共计49个，直径1.5～4.3 cm。治疗剂量12～60 gy，分割1～10次。治疗后随访3～67个月（中位数20个月），胸闷、气短等症状缓解率83.3%。49个病灶CR、PR、疾病稳定分别为29、15和5个，有效率为90%。1、2年局控率为100%和91%，1、2年生存率分别为84.6%和68.3%。急性期无反应者25例，1、2级和3、4级放疗反应分别为11和3例。既往行胸部放疗、隆突下及气管食管沟病灶、放疗前后1个月行化疗者放疗不良反应发生率较高（P＜0.05），反应组食管5 ml平均照射剂量30.62 gy高于无反应组15.5 gy。射波刀为纵隔淋巴结转移者提供安全有效的治疗手段。

3.2 腹部肿瘤

X-sight追踪方法在治疗治疗腹膜后肿瘤、肾上腺转移癌、局部晚期无进展期胰腺癌及肝门区肝癌的都有广泛的应用。射波刀是腹膜后肿瘤安全有效的局部治疗手段之一。庄洪卿等[18]对28例腹膜后肿瘤患者行射波刀治疗，70%～84%（中位数78%）等剂量线覆盖计划靶体积，照射剂量2 000～6 000 cGy（中位数4 500 cGy），生物等效剂量3 750～10 080 cGy（中位7 680 cGy，α/β=10），分割次数2～10次（中位数5次）。3例患者为调强或适形放疗加量，1例为再程放疗，其余为单纯射波刀治疗。27例患者采用X-sight追踪方法，1例患者采用呼吸同步追踪技术。KaplanMeier法计算生存率并进行Log-rank检验。CR、PR、稳定和进展率分别为43%、36%、18%和4%，有效率为96%。随访时间满1、2、3年者分别为17、9和7例。1、2、3年局部控制率分别为92%、86%和86%，总生存率分别为60%、49%和49%。局部无进展生存和总生存相似（中位9.5和12.0个月）。腹膜后单发病灶且疗效评价缓解者局部无进展生存与全身无进展生存期也相似（中位17和11个月）≥2级急性反应中乏力、厌食、恶心、呕吐和肠炎分别为9、9、7、2和2例，远期反应仅1例出现1级肠狭窄。陆军等[19]对2012年11月—2017年6月96例射波刀治疗的晚期胰腺癌患者，采用PET/CT或增强CT定位，X-sight脊柱追踪照射，有梗阻性黄疸患者先行胆汁引流，缓解胆道梗阻有效后再行射波刀治疗。利用统计软件SPSS 13.0采用Cox Regression分析性别、年龄、KPS卡氏评分、肿瘤分期、糖类抗原CA199、放疗剂量、是否化疗及合并其他治疗等因素对生存期的影响；采用Kaplan-Meier法进行生存率分析，并对远期并发症情况进行分析。结果显示，87.5%的患者症状改善，平均生存时间为10.5个月、中位生存时间为8个月。肿瘤分期、糖类抗原CA199阳性是影响患者生存的主要因素。性别、年龄、KPS评分、放疗剂量、是否化疗及合并其他治疗等因素无差异。射波刀是晚期胰腺癌有效的姑息治疗手段，可缓解局部症状，但对患者的生存期延长有限，远期并发症可危及生命。赵宪芝等[20]分析2006～2013年42例射波刀治疗肾上腺转移癌患者，以治疗后后1个月复查观察近期疗效。采用世界健康组织实体肿瘤的疗效评价标准 RECIST 1.1标准进行评价，采用后期放射损伤分级标准RTOG或EORTC评价不良反应，采用Kaplan-Meier法计算局部控制率TCP、生存率OS和无进展生存率（progression free survival,PFS）。20例患者采用X-sight追踪方法，22例患者采用呼吸同步追踪技术。结果42例47个靶点纳入研究，其中14个病灶达CR，13个病灶达PR，总有效率为57%。1、2年样本数分别为25和19个靶点，1和2年TCP、OS、PFS率分别为87%和60%、53%，以及41%、17%、8%。肿瘤靶区＜2.5 cm3、生物有效剂量＞80 gy、年龄＞60岁均有助于提高局部PFS期。治疗后乏力、纳差、恶心、呕吐等胃肠道反应和骨髓抑制主要为1、2级反应，只有1例出现3级胃肠道反应。SBRT技术治疗肾上腺转移癌不良反应轻且局部控制效果好。邱鸣寒等[21]分析36例2009～2015年天津医科大学肿瘤医院收治的接受射波刀SBRT的肝门区肝癌患者，其中16例患者（16个病灶）采用椎体追踪技术，20例患者（21个病灶）采用金标呼吸同步追踪技术。36例患者（37个病灶）的肿瘤直径为15～55 mm（中位数30 mm），通过增强CT和/或MRI评价肿瘤进展，Kaplan-Meier法计算TCP、OS并Logrank检验和单因素分析。中位随访时间为12.7个月，术后1、2年TCP率分别为90%和76%，术后1年OS、PFS分别为63%和39%，中位OS、PFS时间分别为15.2和10.0个月。3级不良反应为11%。

3.3 盆腔肿瘤

射波刀X-sight追踪方法是髂血管旁淋巴结转移性病变安全、有效的局部治疗手段之一，能够诱导症状迅速缓解，而不良反应极低。WANG等[22]分析2010年5月—2016年5月接受射波刀治疗的22例（27个靶点）髂血管旁淋巴结转移性病变患者肿瘤体积为0.88～125.66 cm3（中位数18.87 cm3），处方剂量为21～51 gy（中位数39 gy），分割次数为3～8次（中位数5次），生物等效剂量为35.7～100 gy（中位数72.6 gy），64%～82%（中位72%）等剂量线覆盖计划靶区。其中18例采用椎体追踪技术，3例患者采用金标呼吸同步追踪技术，1例行同步呼吸运动追踪。采用CT为基础评价有无进展，Kaplan-Meier法计算生存率并进行Log-rank χ2检验。随访时间为8～97个月（中位33个月）。CR、PR、稳定、疾病进展率分别为37%、48%、7.5%和7.5%，有效率为92.5%。局部无进展生存时间为4～68个月（中位21个月）。1、2、3年局部控制率均为90.6%，总生存率分别为78.8%、60.6%和43.4%。治疗不良反应主要为恶心、呕吐、乏力等胃肠道反应。射波刀治疗前接受过化疗有助于提高生存。所有伴有腰痛或下肢水肿的患者在治疗后均能使症状得到迅速缓解。

射波刀可给予靶区适形的高剂量，同时形成陡峭的剂量梯度，有利于保护周围正常组织，特别是脊 髓[23-26]。与常规放射治疗相比较，能提高肿瘤局部控制率并有利于缓解症状，成为辅助治疗及根治性治疗新的治疗模式[27-28]。射波刀X-sight追踪方法在头颈部肿瘤、胸部肿瘤、腹部肿瘤、盆腔肿瘤都具有广泛应用，其是安全、有效的局部治疗手段之一。射波刀所具有的图像追踪方法，特别X-sight椎体追踪技术的应用是成为保证射波刀的高精度、大剂量准确照射到肿瘤靶区部位成为关键步骤和关键技术所在[29-32]。但是也存在肿瘤大小、曝光条件、距离椎体距离、椎体感兴趣区（region of interest,ROI）大小、X-sight追踪方法CT中心的选择等方面的差异[33-35]。ROI大小和影像对比度系数的改变对脊柱追踪平移误差无影响，但对脊柱追踪旋转误差有影响。除追踪范围的改变不会影响脊柱追踪的定位误差外，ROI大小和影像对比度系数的改变均会导致脊柱追踪的定位误差不同程度的变化，在射波刀治疗中应引起足够重视。另外，研究都是回顾性分析，将来可进行前瞻性研究，进一步完善研究结果。