基于射波刀Xsight spine prone tracking模式治疗脊柱肿瘤患者的摆位准确性分析*

李君 孔祥慧 杨瑞杰 程程 王工 庄洪卿

立体定向放射治疗（stereotactic radiation therapy，SRT）技术具有增加肿瘤剂量并减少正常组织照射的能力，从而获得更高的肿瘤控制率和更低的正常组织并发症[1-3]。射波刀作为SRT的专用设备，在现代放疗中越来越多地应用于脊柱肿瘤的治疗[4-6]。射波刀治疗脊柱肿瘤患者，常规采用仰卧位摆位方式。由于射波刀治疗时间较长，部分术后患者因疼痛无法长时间保持仰卧位姿势治疗，致使俯卧位治疗模式成为一种必要选择方式。射波刀第五代机型（VSI）提供两种脊柱追踪治疗模式，分别是脊柱追踪系统（Xsight spine tracking，XST）与 俯卧位脊柱追踪系统（Xsight spine prone tracking，XSPT）。XSPT是以脊柱为验证标记物的同步呼吸追踪系统，该系统能够实时追踪肿瘤在不同时间点和不同呼吸时相下的运动轨迹，通过控制机械手臂跟随肿瘤运动而出束，实现精准放疗。但是目前已有的研究鲜见射波刀XSPT模式治疗脊柱肿瘤患者的准确性的相关报道。由于俯卧位治疗方式不仅会降低摆位稳定性，还会因呼吸动度的影响，加剧靶区追踪的不确定性[7-8]。因此是否能够采用俯卧位进行脊柱肿瘤治疗需要进行深入探讨。本研究通过对比治疗中仰卧位和俯卧位靶区位移的差异，评估射波刀俯卧位治疗脊柱肿瘤患者的可行性。

1 材料与方法

1.1 临床资料

选取2020年7月至2021年6月在北京大学第三医院行射波刀治疗的脊柱肿瘤患者18例，主要入组标准是仰卧与俯卧治疗位均能满足的腰骶肿瘤患者（表1）。所有患者均知情同意，并经过本院伦理委员会批准同意。

表1 脊柱肿瘤患者临床资料

1.2 方法

1.2.1 CT模拟定位 患者进行2次定位，分别采用仰卧位与俯卧位。仰卧位定位：采用射波刀治疗专用真空垫，患者平躺于真空垫的中间，双手平放于身体两侧，掌心向内，对其进行塑形固定，双脚置于足踏。俯卧位定位：采用专用的俯卧板和热塑网固定，该俯卧板为中央空心型板，以减小患者俯卧时呼吸动度的影响。患者俯卧位治疗摆位见图1。

图1 俯卧位脊柱肿瘤患者治疗摆位方式及设备

两种体位均采用16排螺旋大孔径CT（Philips Brilliance Big Bore）模拟定位机扫描。扫描层厚 1.5 mm，管电压 120 Kv，管电流 300 mAs。扫描范围为靶区上下界15 cm。

1.2.2 XST与XSPT系统 治疗计划按照不同体位分别设计。仰卧位采用XSP治疗模式，仰卧位采用XSPT治疗模式。

XST系统工作原理是将治疗过程中采集的脊椎感兴趣区域（region of interest，ROI）的实时X线影像与模拟定位CT的数字重建放射影像（digital reconstructed radiograph，DRR）进行配准，以确定靶区的位置获得摆位误差。通过自动调整机械臂的位置，利用摆位误差数据将入射射束重新定向照射于靶区的当前位置。对于仰卧位治疗，XST系统已被证明可实现＜1 mm的临床治疗精确度。

XSPT系统工作原理是通过追踪患者体表红外信号捕捉呼吸动度，并与实时X影像监测的脊柱ROI运动轨迹构建呼吸模型，预测靶区运动轨迹。治疗中通过机械手臂的移动跟随靶区进行精准照射，从而实现呼吸运动的补偿。XSPT系统运行模式类似于射波刀同步呼吸追踪系统。只是同步呼吸追踪系统是基于金标监测靶区的位置，而XSPT系统是基于脊柱的ROI。呼吸模型预测的准确性主要由系统计算的相关误差决定，当相关误差＞2.5 mm时，治疗系统会自动终止出束，降低治疗风险。

1.2.3 数据采集 患者治疗分次数为1次，采用俯卧位模式实施放射治疗，治疗结束后采用模拟计划进行仰卧位数据采集。患者治疗分次数＞1分次，两种体位的计划交替实施进行放射治疗。治疗期间，以90～150 s时间间隔采集仰卧位与俯卧位的六维摆位修正误差。平移修正误差为左右方向（left-right，L-R）、进出方向（inferior-superior，I-S）与升降方向（anteriorposterior，A-P）。角度修正误差为顺时针-逆时针旋转角度（clockwise-anticlockwise，CW-Ccw）、仰俯角度（head up-head down，Hu-d）与倾斜角度（roll left-roll right，Rl-r）。患者俯卧位治疗中，需记录I-S、L-R和A-P共3个方向的呼吸模型相关误差。

1.3 统计学分析

采用SPSS 26.0统计学软件进行处理与分析数据，所有数据以±s表示。仰卧位与俯卧位的摆位误差的比较，釆用独立样本t检验分析方法。检验水平α=0.05，以P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

如表2所示，仰卧位平移方向L-R、I-S和A-P修正误差分别为（0.36±0.28） mm、（0.27±0.24）mm和（0.18±0.16） mm，俯卧位分别为（0.36±0.32） mm、（0.50±0.40） mm和（0.31±0.26） mm。相比于仰卧位，俯卧位在进出与升降方向的修正误差较大，差异具有统计学意义（P＜0.05）。对于角度修正，仰卧位CWCcw、Rl-r和Hu-d修正值分别为（0.62±0.34）°、（0.30±0.26）°和（0.32±0.23）°，俯卧位分别为（0.58±0.36）°、（0.33±0.27）°和（0.39±0.42）°。两种摆位方式在治疗中，3个方向的角度偏移不显著，差异无统计学意义（P＞0.05）。

表2 仰俯位和俯卧位摆位误差比较 （ ±s ）

表2 仰俯位和俯卧位摆位误差比较 （ ±s ）

L-R：左右方向；I-S：进出方向；A-P：升降方向；CW-Ccw：顺时针-逆时针旋转角度；Rl-r：倾斜角度；Hu-d：仰俯角度

项目 仰卧位修正误差 俯卧位修正误差 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

箱线图显示俯卧位A-P方向与I-S方向的偏移量相比于仰卧位较高（图2），并且离群值较仰卧位偏多。但是对于角度修正误差，两种体位的差别并不显著。

图2 仰卧位与俯卧位修正误差箱线图

对于俯卧位，XSPT系统的呼吸模型在L-R、I-S和A-P共3个方向的相关误差均值分别为（0.21±0.11）mm、（0.41±0.38）mm和（0.68±0.42）mm。总相关误差均值为（0.82±0.57） mm，最大值为1.32 mm，见表3。

表3 俯卧位XSPT呼吸模型相关误差 （ ±s ）

表3 俯卧位XSPT呼吸模型相关误差 （ ±s ）

L-R：左右方向；I-S：进出方向；A-P：升降方向

修正方向 修正误差（mm）L-R 0.21±0.11 I-S 0.41±0.38 A-P 0.68±0.42三维方向 0.82±0.57

3 讨论

射波刀通过非共面非等中心照射，能够实现靶区外剂量的快速跌落[9-10]。相比于常规加速器，射波刀对脊髓的保护具有绝对优势[11-12]。由于射波刀配置的特殊性，机头相对较大。为了防止机头触碰地面，沿治疗床平面向下26°的范围内无射束路径，致使从侧后方无法实施照射[13]。由于射波刀治疗时间较长，为保证治疗过程中患者体位的稳定，常规采用仰卧位治疗模式。该体位的治疗射束将会穿过更长的路径才能达到靶区，致使靶区前方的正常组织接受较多的剂量。为了改善射波刀在脊柱肿瘤放疗中剂量分布的局限，很多研究采用XST计划方案评估俯卧位治疗模式下的摆位误差与剂量分布[13-14]。结果表明由于呼吸运动的影响，导致靶区追踪精度降低与正常组织受照剂量升高，使俯卧位脊柱肿瘤治疗方式没有明显优势。因此，对于射波刀脊柱肿瘤俯卧位的治疗模式，实现靶区动态追踪，呼吸运动补偿成为精准放疗的关键。

随着技术的优化与完善，射波刀 XSPT系统是追踪脊柱的同步呼吸追踪方式，具有实时追踪运动靶区的能力。本研究将XSPT俯卧位方法与XST仰卧位方法对脊柱肿瘤患者摆位修正误差进行了比较。结果显示俯卧位在A-P方向和I-S方向上的位移偏差比仰卧位显著增高。尽管在治疗中脊柱ROI的追踪区域在同一椎体上，但在治疗过程中观察到两种体位的运动模式和范围不同。表明腰骶脊柱在前后、升降方向上的位移偏差并不是严格的随机误差，而是由呼吸引起腹部运动产生的位移。对于俯卧位，呼吸运动会增加靶区追踪的不确定性。有研究表明，在不使用同步呼吸追踪的条件下，靶区追踪误差最大可达9.1 mm[15]。因此，对于静态追踪的XST系统，并不适合仰卧位治疗模式。而XSPT系统将脊柱运动轨迹与呼吸建立相关关系构建呼吸预测模型，能够实现动态靶区的追踪。本研究18例患者呼吸模型平均相关误差＜1 mm，总相关误差最大值＜1.5 mm，说明XSPT系统在实时动态追踪靶区过程中能够实现精准打靶。

此外，本研究中发现患者体位固定的方式也是影响患者摆位稳定性与重复性的关键因素。摆位修正误差的结果表明，相比于仰卧位，虽然俯卧位受呼吸运动的影响在I-S与A-P平移方向存在较大的位移偏差，但角度修正误差无显著性差异。俯卧位患者均采用加长热塑体网进行固定。相比于仰卧位固定的真SG空垫，热塑网与体表的贴合度更高，对患者身体旋转的限制更好，摆位重复性和稳定性也会更优[16-17]。因此，XSPT系统与俯卧板体网固定模式能够满足临床对于脊柱肿瘤立体定向放疗的要求。