X射線模擬機和射波刀同步呼吸追蹤下肺腫瘤的運動規律分析

朱六玲 蔡陳楓 孟 巖*

肺部腫瘤隨呼吸運動，下肺腫瘤運動尤其明顯。立體定向放射外科治療已逐步成為精確放射治療發展的方向，其可在最大限度保護正常組織的同時，提升腫瘤靶區的放射劑量，從而有效殺滅腫瘤組織以提高治療效果[1-2]。射波刀立體定向放射治療采用同步呼吸追蹤技術，治療前通過CT引導下在肺部腫瘤部位植入金標的方法，來實現對腫瘤的同步呼吸追蹤。射波刀通過呼吸追蹤器持續探測放置在患者胸前的紅外發生器的位置變化，建立動態的呼吸節律，同時在呼吸時相的不同時間點采集患者體內的X射線數字影像，以獲取純金標記(金標)腫瘤位置的動態運動模型，從而建立金標腫瘤位置和呼吸節律的動態關系模型，利用呼吸模型引導加速器追蹤肺部腫瘤進行動態照射[3-4]。

本研究總結在醫院治療的57例原發或轉移下肺腫瘤患者，X射線模擬機和射波刀立體定向放射治療同步呼吸模型中左右下肺腫瘤的運動幅度及相關性，為射波刀立體定向放射治療提供參考。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取2017年5-12月上海東方肝膽外科醫院放療中心治療的57例原發或轉移下肺腫瘤患者，其中男性33例，女性24例；年齡29～88歲，平均年齡(56±5)歲；腫瘤病灶為4.69～76.65 cm3，中位值55.37 cm3；左下肺腫瘤患者33例，右下肺腫瘤患者24例。X軸方向定義為身體左右方向，Y軸方向定義為身體(胸)前后方向，Z軸方向定義為身體頭腳方向。患者全部簽署金標植入同意書和射波刀治療期間出現的各項不良反應知情同意書，該項研究已得到醫院倫理委員會的批準，并允許患者的信息存儲在醫院數據庫中用于研究。

1.2 儀器設備

Philips Big bore型X射線計算機斷層成像(X-ray computed tomography，CT)(荷蘭飛利浦公司)；ACCURAY CyberKnife VSI型射波刀(美國安科瑞公司)；Philips SLS simulator型模擬定位機(荷蘭飛利浦公司)。

1.3 測量方法

對57例下肺肺癌患者均行CT引導下穿刺，于腫瘤內置入長5 mm，直徑0.8 mm的純金標記l個，共計置入標記57個。置入后1周行肺部CT定位，證實金標其位置準確無誤后，于Philips SLS simulator型模擬定位機熒屏上觀察并測量其運動幅度，最小刻度精確到毫米。測量前囑患者平臥于模擬定位機床上，雙手抱頭，解除腹部壓迫，并訓練患者進行平靜呼吸。每個方向金標的移動距離在模擬定位機熒屏上觀察4～6個呼吸周期，取平靜呼吸時金標的最大動度為金標在該方向的運動幅度。取模擬機大機架角為0°時，測量冠狀面的Z軸、X軸方向金標的移動距離，再取大機架角為+90°時測量矢狀面的Y軸方向金標的移動距離(如圖1所示)。

在射波刀立體定向放射治療中，通過同步呼吸追蹤器持續探測放置在患者胸前的紅外發生器的位置變化，建立動態的呼吸節律，同時在呼吸時相的不同時間點采集患者體內的X射線數字影像，以獲取腫瘤金標位置的動態運動模型，在動態運動模型中，讀取到X軸、Y軸及Z軸方向腫瘤金標的運動幅度(如圖2、圖3所示)。

圖1 X射線模擬機下觀察金標的運動幅度影像

圖2 射波刀治療中觀察同步呼吸運動模型X軸、Y軸及Z軸的金標運動幅度示圖

圖3 同步呼吸運動模型金標運動幅度示圖

1.4 統計學方法

應用SPSS 13.0軟件對X射線模擬機下和射波刀立體定向放射治療中左右下肺腫瘤3個方向的運動幅度成對均數以±標準差(x-±s)表示，采用配對t檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 模擬機3個方向的運動幅度

對X射線模擬機下和射波刀立體定向放射治療中X軸、Y軸及Z軸方向上的測量結果進行均數及標準差分析。X射線模擬定位機下測量左下肺金標(腫瘤)X軸、Y軸和Z軸方向的運動幅度分別為(0.339±0.166)cm、(0.491±0.202)cm和(1.467±0.421)cm；右下肺金標(腫瘤)X軸、Y軸及Z軸方向的運動幅度分別(0.317±0.100)cm、(0.412±0.145cm和(1.483±0.565)cm。

表1 X射線模擬機下和與射波刀同步呼吸模型左右下肺腫瘤運動幅度的比較(cm，x-±s)

2.2 同步呼吸模型3個方向的運動幅度

在射波刀立體定向放射治療過程中，通過建立的同步呼吸模型，測量金標(腫瘤)的左下肺腫瘤3個方向上的運動幅度為(0.388±0.150)cm、(0.509±0.211)cm和(1.468±0.415)cm，右下肺腫瘤3個方向上的運動幅度為(0.379±0.977)cm、(0.446±0.150)cm和(1.500±0.550)cm。

X射線模擬機下與射波刀同步呼吸模型左右下肺腫瘤運動幅度的比較中，左肺X軸和Y軸方向上差異有統計學意義(t=2.965，t=-1.139；P＜0.05)；左肺Z軸方向無差異統計學意義。右肺X軸和Y軸方向差異有統計學意義(t=-3.021，t=2.563；P＜0.05)，見表1。

3 討論

立體定向放射外科治療主要是在20世紀50年代于瑞典發展起來[5-7]。射波刀是立體定向放射外科治療系統，在建立并跟蹤患者同步呼吸運動的前提下，跟蹤患者體內金屬標記點的運動來實現對腫瘤的追蹤治療，而金標的運動幅度和范圍代表了腫瘤的運動幅度和范圍。立體定向放射外科治療是對不能手術的早期肺癌患者的首選治療方法[8-12]。

王義海等[13]研究提示，在平靜呼吸狀態下，肺的呼吸動度在X軸、Y軸及Z軸方向分別為1.97 mm、2.33 mm和8.41 mm；方向精度分別為1.31 mm、1.50 mm和1.92 mm；平均誤差分別為(1.00±1.28)mm、(1.19±1.49)mm和(1.67±1.89)mm，三維方向的呼吸動度差異有統計學意義。病灶位于左、右肺的呼吸動度在X軸、Y軸及Z軸3個方向的呼吸動度差異無統計學意義。吳瑞花等[14]研究提示，63例患者的76個病灶肺尖部、中部及底部X軸移動距離分別為(1.6±0.8)mm、(2.6±1.1)mm和(2.8±1.7)mm(F=1.76，P=0.179)；Y軸的分別為(2.0±1.3)mm、(4.3±2.8)mm和(4.0±2.0)mm(F=2.06，P=0.135)；Z軸分別為(2.7±0.8)mm、(7.3±3.6)和(12.0±5.3)mm(F=16.33，P=0.000)。7個侵犯胸壁病灶移動距離很小，分別為(0.9±0.7)mm、(0.7±0.7)mm和(2.0±0.6)mm。相關分析顯示，X軸、Y軸及Z軸方向移動距離與患者性別、年齡、身高、體重和呼吸頻率無關。上述作者研究的下肺運動幅度結果與X射線模擬機下和射波刀立體定向放射治療同步呼吸模型中左右下肺腫瘤的運動幅度基本吻合。

由于配對t檢驗比較靈敏，在X射線模擬機下和射波刀同步呼吸模型左右下肺腫瘤運動幅度的配對t檢驗中，雖然左右肺X軸、Y軸上均值差別＜±1 mm，但是左右肺X軸、Y軸上有統計學差別。左右肺Z軸上無統計學差別。下肺金標(腫瘤)X軸、Y軸的運動幅度均值在0.3～0.5 cm，X射線模擬機和射波刀同步呼吸追蹤下肺腫瘤運動幅度相差0.1 cm，可能會造成有統計學差別，而在下肺Z軸上，運動幅度均值在1.4～1.5 cm，X射線模擬機和射波刀同步呼吸追蹤下肺腫瘤運動幅度相差0.1 cm，無統計學差異。這可能解釋X射線模擬機下和射波刀立體定向放射治療同步呼吸模型中，下肺腫瘤在X軸、Y軸的運動幅度有差別，在Z軸的運動幅度無差別的原因。此外，由于本研究只有57例原發或轉移下肺腫瘤患者，可能需要更多的患者做進一步研究。

X射線模擬定位機下測量的左右肺金標(腫瘤)運動幅度與同步呼吸模型中測量金標(腫瘤)左右肺運動幅度大小基本一致。