ExacTrac X射線圖像引導系統在兒童顱內神經腫瘤立體定向放射外科治療中的應用研究

肖 青 周巧敏 羅日順 張 平 王立超 賴名耀 蔡林波*

目前，圖像引導放射治療(imageguided radiotherapy，IGRT)已經廣泛應用在臨床精確放射治療中[1-2]。IGRT是繼三維適形(3-dimensional conformal radiation therapy，3D-CRT)和調強放射治療(intensity-modulated radiation therapy，IMRT)之后的又一新技術[3]。對于單次計量大，精度要求高的兒童顱內立體定向放射外科(stereotactic radio surgery，SRS)治療，空間精度是實施治療的挑戰，因此IGRT顯得尤為重要[4-6]。該技術是將放射治療機與先進的影像設備及計算機相結合，在放射治療分次擺位或治療中，采集治療區域的圖像或信號，確定治療區與重要器官的運動、位置等因素，進行圖像或計量的校正，以引導本次治療或后續治療[7]。本研究對37例立體定向放射治療的兒童進行了286次ExacTrac X射線圖像擺位誤差以及殘余誤差回顧性的分析，通過對平移和旋轉誤差分布情況，論證ExacTrac X射線圖像引導SRS治療具有無創無痛、擺位簡單、耗時短以及精度高的特點，是一種值得應用在兒童顱內腫瘤治療中的新技術。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取2017年3月至2019年2月間在廣東三九腦科醫院放療科應用ExacTrac X射線圖像引導系統治療的37例顱內神經腫瘤患兒，其中男患兒26例，女患兒11例；年齡3～14歲，中位年齡9歲，行無框架立體定向SRS治療，共進行286次圖像匹配后獲得286組數據。本研究經醫院倫理委員會批準，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準：①年齡3～14歲；②完成臨床醫生設定的放射治療劑量；③臨床影像學拍片資料完整；④有自主意識，狀態清醒的患兒。

(2)排除標準：①臨床資料不全，中途放棄治療；②無意識，狀態昏迷；③無肢體活動和語言表達能力。

1.3 儀器設備

采用Siemens大孔徑CT模擬定位系統(德國西門子公司)；Varian Unique放射治療系統(美國瓦里安有限公司)；ExacTrac X射線圖像引導系統(美國瓦里安有限公司)；Varian Eclipse TPS 11.0計劃系統(美國瓦里安有限公司)。

1.4 面膜制作

定位過程中患者均采用仰臥位，頭部自然放置在定位頭枕中，兩肩齊平，兩側外耳孔等高，體中線與激光線重合。將面膜放置在水溫為65°～70°的數字電熱恒溫水箱中2～3 min，待透明軟化后取出第一層底膜均勻拉伸放置在頭枕下，取出提前浸泡好的第2層中膜，將中膜蓋在患者額部和下巴處，取出透明軟化的顆粒捏成倒”T”字型放置于鼻翼2端至兩側眉弓連線中間區域。最后取出第3層膜均勻拉伸一定寬度后放置患者頭面部，按壓面膜表面，塑性患者額、鼻及眼睛等體表標記，30 min后待面膜完全冷卻成型即可取下面膜，完成面膜制作。

1.5 CT定位圖像采集

面膜制作后，安排患兒至CT模擬定位室進行圖像的掃描。采用大孔徑CT模擬定位系統，設置各項參數，掃描層厚為1.5 mm，掃描方式為平掃，掃描范圍在顱頂至頸二下緣，掃描圖像數據傳輸至Varian Eclipse TPS 11.0計劃系統。

1.6 SRS計劃設計和制作

由醫生在掃描好的CT圖像上逐層勾畫臨床靶區體積(clinical tumor volume，CTV)和危及器官，物理師在計劃系統完成計劃設計和制作，并將患兒的治療計劃和數字重建圖像(digitally reconstructed radiograph，DRR)數據傳輸到Varian Unique直線加速器和ExacTrac X射線圖像引導系統。

1.7 治療擺位和拍片驗證

核對患兒資料，拿出定位膜和碳纖維底板，按定位時采用的體位仰臥在治療床上，用制好的定位膜將患兒固定在治療的碳纖維架上，固定好頭部的光學標記球，從ExacTrac X射線圖像引導系統中調出患兒的擺位數據，運用紅外線光學定位儀監測頭部的標記球進行預擺位。用X射線成像裝置獲取一組正交的X射線射野圖像，將其與數字化重建影像DRR進行配準，以骨性匹配方式自動獲取得到左右方向(X軸方向)、頭腳方向(Y軸方向)及腹背方向(Z軸方向)的平移精度誤差及對應的3個旋轉精度誤差。結合系統自動匹配技術，由醫生確認匹配結果，主要以顱骨、鼻中隔、眼眶、硬腭等骨性解剖結構為參照，在誤差允許范圍之內方可給予確認，最后記錄3個方向的平移精度誤差及對應的3個旋轉精度誤差。

1.8 統計學方法

使用SPSS18.0統計軟件進行數據分析，依次計算出每例患兒的3個旋轉精度誤差平均值和平移精度誤差平均值。計量數據以均值±標準差()表示，在X軸方向、Y軸方向及Z軸方向的平移精度誤差及相應的3個旋轉精度誤差的平均值和標準差，計算出對應的空間矢量誤差和相應的散點分布圖。

2 結果

2.1 平移和旋轉精度的散點分布

37例3～14歲患兒行無框架SRS治療，所獲得286組圖像配準后的精度誤差數據散點圖，X軸、Y軸及Z軸3個方向的平移精度大部分可集中在±0.2范圍內，對應的旋轉精度主要集中在±0.3°范圍內，見圖1。

表1 37例顱內神經腫瘤患兒不同治療床角度對應的平移和旋轉精度誤差()

表1 37例顱內神經腫瘤患兒不同治療床角度對應的平移和旋轉精度誤差()

圖1 37例顱內神經腫瘤患兒286組圖像配準數據對應的六維散點圖

2.2 平移和旋轉精度的誤差值

在治療中，不同治療床角度中的平移精度誤差平均值均≤0.2 mm(SRS線性誤差要求＜1 mm)，旋轉精度誤差平均值均＜0.3°(SRS旋轉誤差要求＜0.5°)，平移精度誤差和旋轉精度誤差均遠遠低于SRS治療精度要求。隨著治療計劃床角的變大，相對誤差也會隨之增加，因此SRS治療非共面分次內誤差的控制顯得尤為重要。不同治療床角度對應的平移精度誤差和旋轉精度誤差見表1。

3 討論

立體定向放射外科(X刀、γ刀)因定位準確，靶體積內外劑量落差大，既提高了靶區局部的劑量，又最大限度的減少了周圍正常組織的受量，使腫瘤迅速縮小，挽救患者生命，已成為治療顱內轉移瘤的有效方法之一[8-12]。在傳統的有框架SRS治療中，患者需要固定在一個頭帶式頭釘支架中。通過螺絲擰到頭骨中防止患者頭部活動，增加了患者的痛苦，而且只能單次治療。成像和計算機技術的提升，將患者放射治療前體位的驗證X射線攝影設備納入放射治療的必備步驟，構成了新一代的影像引導放射治療技術，推動了無框架立SRS的發展[13]。該技術不僅具備了SRS的精確度，還為患者提供更高的舒適度和治療的靈活性，可單次或多次治療，為多樣化腫瘤的患者提供治療[14]。

本研究通過對37例應用ExacTrac X射線圖像引導系統治療顱內神經腫瘤的患兒中，共獲得286組數據，平均值均＜0.2 mm，但通過平移和旋轉的3個方向散點圖可以看出小部分數據偏大(＞0.5 mm)，原因可能為：①當患兒情況不穩定、狀態不佳時，治療精度誤差增大，因此治療前與患兒及家屬有效溝通，消除患兒顧慮，使其盡力配合治療；②面膜松動易造成精度誤差，尤其是X軸方向的旋轉誤差，ExacTrac X射線圖像引導系統靈敏性高，患兒稍抬頭或低頭都會引起X軸方向大幅旋轉，因此面膜制作時需考慮患兒舒適度和適形度，且在舒適的前提下保證面膜完全貼合臉型，松緊適度，這就要求面膜完成后必須保證充分冷卻時間(25～30 min)，以防面膜收縮過緊；③專用SRS面膜配套了鼻托膠，制作面膜時貼在額頭與鼻梁之間，提高鼻梁高度，增強體表標記，以防止患兒頭部的左右旋轉；④紅外線小球在使用過程中受損或受污染，影響圖像配準的精確性，從而增大精度誤差，這就要求技術員在使用過程中注意防止紅外線小球受損或污染，不能直接用手觸摸小球，發現受損或污染的小球，應及時更換以減小精度誤差；⑤ExacTrac X射線圖像引導系統的日常校準非常重要，直接影響其自身圖像配準的精確性，因此每次治療前需對該系統認真執行質量保證(quality assurance，QA)。

對比傳統的電子射野影像裝置(electronic portal imaging device，EPID)圖像引導和錐形束CT(cone beam CT，CBCT)圖像引導技術，ExacTrac X射線圖像引系統耗時更短，患者接受X射線劑量更低，在兒童顱內腫瘤SRS治療中發揮了明顯的優勢。

4 結論

應用ExacTrac X射線圖像引導系統配合六維床修正后可明顯提高兒童顱內腫瘤SRS的治療精度，平移和旋轉3個方向上的精度誤差均小于SRS治療精度的要求，為臨床放射治療提供質量保證[16]。對比傳統頭釘式SRS治療，ExacTrac X射線圖像引導SRS治療具有無創無痛、擺位簡單耗時短、精度高的特點，是一種值得應用在兒童顱內腫瘤治療中的新技術。