不同固定技術在顱內腫瘤射波刀治療中位置誤差的比較

吳一旻, 張建平, 董芳芬, 何善廷, 徐本華, 黃妙云, 李小波

由于顱內腫瘤周圍正常器官(如腦干、視神經、視交叉等)多且具有特殊解剖結構和功能，因此精準放療成為破解靶區足夠高劑量與周圍正常組織器官安全照射劑量矛盾的關鍵。體位固定貫穿放射治療始末，其準確性和重復性直接影響靶區照射的準確性及治療效果的優劣，小劑量誤差即可導致原發灶失控或并發癥增加[1-3]。因此，體位固定技術是實施顱內腫瘤精準放療的重要保證。

射波刀(cyberknife，簡稱CK)是一種立體定向射波手術平臺[4]，其獨特的影像引導技術解決了常規立體定向放射外科需要剛性固定的問題，并通過影像引導、靶區追蹤、自動修正等技術達到亞毫米級的治療精度[5-7]。CK在臨床治療中的影像追蹤方式有六維顱骨追蹤(six-dimensional skull tracking，6DSkull)等5種[8]。顱內腫瘤CK治療中采用6DSkull技術，在不同固定方式下能驗證患者在長時間的治療過程中的位置動度變化情況[9]，對患者體位變化能起到較好修正作用。本研究采用6DSkull技術對顱內腫瘤CK治療中的固定效果進行分析，比較3種不同固定技術對治療過程中位置誤差的影響，對其誤差精度進行研究。

1 對象與方法

1.1對象 收集2018年6—9月在筆者醫院放療科行CK治療的顱內腫瘤患者共20例(77人次)，其中男性9例，女性11例，年齡(54.60±15.30)歲(17～80歲)。以隨機數字表將20例患者采取不同的體位固定技術分為3組：采用頭頸肩板+頭頸肩熱塑膜固定的患者(7例)為頭頸肩組(23人次)；采用頭頸肩板+U型熱塑頭膜固定的患者(7例)為U型頭膜組(29人次)；采用頭板+熱塑頭膜固定的患者(6例)為小頭膜組(25人次)。本研究經筆者醫院倫理委員會批準，患者均簽署知情同意書。

1.2儀器設備 大孔徑模擬定位CT(美國GE公司)；VSI射波刀(美國安科瑞公司)；頭板(R605-HCF)、頭枕(R507)、頭頸肩板(R612-NCF)、頭頸肩熱塑膜(R460-2436S5T)、熱塑頭模(R460SHT)及U型熱塑頭模(R102-2436)、LAP激光系統、數字電熱恒溫水箱等設備(廣州科萊瑞迪公司)。

1.3定位方法

1.3.1體位固定 制膜前對患者進行宣教，囑自然放松，摘除假牙或配飾，保持固定體位。

1.3.1.1頭頸肩組和U型頭膜組 使用頭頸肩板，對齊激光線固定于定位床正中。患者脫外衣后仰臥平躺，雙手自然放置體側，調整位置使其舒適并保持身體在一條線上。將熱塑膜(頭頸肩膜或U型頭膜)置于水溫為70 ℃的數字電熱恒溫水箱中2～3 min，待透明軟化后取出，迅速將膜覆于患者頭頸部，均勻拉伸并固定于定位板上，塑形患者體表標記，等待15 min冷卻成型，最后貼標簽并注明患者姓名和定位日期。

1.3.1.2小頭膜組 患者體位與制膜固定方法與同1.3.1.1，改用熱塑小頭膜(圖1)。

A：頭頸肩膜；B：U型頭膜；C：小頭膜。

1.3.2圖像采集與計劃制定 制膜結束后，根據臨床要求標記定位中心“十”字線，安排患者進行CT模擬定位掃描。設置各項掃描參數，掃描和重建層厚為1.25 mm，條件：120 kV、400 mA·s，軸向連續掃描。CT掃描圖像傳輸至計劃系統[計劃系統名稱及版本號Multi-Plan System(Ver 4.6.1)]，行靶區及重要器官勾畫后進行計劃設計，追蹤方式采用6DSkull[10]。

1.3.3治療實施

1.3.3.1治療擺位 核對患者資料，按定位時同樣的體位，將患者定位時所用的底板和熱塑膜固定患者于治療床上。確定使用正確的頭枕后扣熱塑膜，調整患者頭部的位置，使得鼻、額、下頜等骨性標志與熱塑膜貼合。調整治療床位和患者體位使CT定位時確定的“十”字線與激光線重合，完成擺位。

1.3.3.2位置驗證 調取患者的治療計劃，先進行位置配準：通過CK圖像系統拍攝一組正交實時顱骨影像，系統將其與CT掃描重建生成數字重建影像(digitally reconstructed radiography，DRR)的圖像進行對比，得到6個方向上的位置誤差，通過機器人交互技術移動治療床，再次拍攝實時顱骨影像進行比對驗證。當實時位置誤差符合臨床要求即可開始治療[9]。治療過程中每隔60 s采集一組實時顱骨影像，獲取并校正其誤差。如果6個維度的位移數值在機械臂校準的范圍內(10，10，10 mm，1°，1°，3°)，機械臂則自動校正對應位移數值后繼續出束治療。如果超出范圍系統立即自動報錯，暫停出束，修正誤差后方可繼續治療[10]。

1.3.4數據記錄 對CK自動獲取的誤差數據約定如下：X軸(左右平移)；Y軸(面背平移)；Z軸(頭腳平移)；L-R旋轉(左右)；UP-DOWN旋轉(矢狀位)；CW-CCW旋轉(順時針/逆時針)。平移方向的單位為mm，旋轉方向的單位為(°)。

記錄獲取兩類數據：(1)治療過程中每隔60 s自動采集1組顱骨影像，得到6個方向上的位置誤差，按3組固定方法分別統計其誤差。(2)治療過程中的實際位移誤差。治療過程中每隔60 s自動采集一組實時顱骨影像進行校準，實時影像與DRR比對產生的誤差可以通過機械臂自動修正(在允許范圍內)。因此，實際照射誤差應是拍攝前后兩次實時顱骨影像片間隔時間內產生的體位變化，即以前次拍片誤差(d0)位基準，令其與60 s間隔后拍片誤差(d1)相減，計算出拍片間隔時間內的相對誤差|d|=d1-d0。通過分析相對誤差數據|d|以期發現3種固定方法之間的固定效果差別。

2 結 果

2.1原始數據采集 3組不同固定方式組圖像對比校準誤差分析見表1。

表1 3組不同固定方式組圖像對比校準誤差分析

2.2治療過程中的實際位移誤差 3組不同固定方式治療過程實際體位位移相對誤差見表2。

表2 3組不同固定方式治療過程實際體位位移相對誤差

2.3實際照射誤差分析的統計學參數 方差分析結果顯示，3組之間6個不同維度的相對誤差|d|的差別均有統計學意義(表3)。進一步采用SNK法進行兩兩比較，結果顯示：在6個不同維度中，小頭膜組的誤差均大于U型頭模和頭頸肩組；而在drX(L-R旋轉)方向上，小頭膜組和頭頸肩組均大于U型頭膜組。因此，這3種固定方式中，小頭膜組的固定方式誤差最大，而頭頸肩組和U型頭膜組誤差均較小；在drX(L-R旋轉)方向上，U型頭膜組固定效果甚至優于頭頸肩組，故在其他條件一致的情況下，U型頭膜可以作為顱內腫瘤CK放射治療患者的最佳固定方式。

表3 治療過程中實際照射誤差的方差分析參數

3 討 論

放射治療是腫瘤治療的重要技術，廣泛應用于顱內惡性及部分良性腫瘤。放射治療技術的發展歷經常規放療、適形放療、調強放療時代，直至近年來興起的立體定向放射治療。立體定向放射治療在腦部腫瘤治療中地位日益提高，腫瘤靶區劑量高，周圍劑量跌落快，劑量分布高度適形，使腫瘤得到更高的等效生物劑量等為其主要優勢[11]。CK系統作為一種立體定向放射治療系統，具有微創治療、治療周期短、精確度高、對周圍正常組織保護好等特點[12]，尤其是在顱內腫瘤的放射治療中[13]。精準治療是目前的研究熱點，受多因素共同作用。為確保患者治療過程中體位精準可靠，固定方式是最重要的影響因素之一[14]。不同的固定方式可能對治療過程中的位置誤差造成影響，尤其在CK治療中。由于患者的治療時間較長，不適應CK治療特點的固定方式易使患者體位產生微小移動，從而影響治療精準度。

6DSkull技術是CK圖像系統的分析軟件擁有的一種顱內位置算法，通過確定顱骨的骨骼特征，可實現采集圖像與參考圖像的自動配準，該配準在仿真模體上測到的精確度為(0.4±0.2)mm(Antypas & pantelis 2008)。CK圖像系統利用兩個固定在天花板上的X線球管輔以鑲嵌于地面的兩個非晶硅平板探測器，形成與垂直線夾角40°的兩個正方形圖像。圖像系統在治療中全程發揮作用，控制機器人不斷修正加速器的入射位置[15]。

6DSkull技術在頭部腫瘤CK治療中，對患者體位變化能起到較好修正作用，并能驗證患者在長時間的治療過程中的動度變化問題，為臨床PTV外放范圍提供客觀準確依據[16]。目前，臨床常用的顱內腫瘤放射治療的固定方式主要是熱塑膜固定，有小頭膜、U型頭膜、頭頸肩膜3種熱塑膜。不同的熱塑膜對患者的固定作用有所差別。3種固定技術治療全過程每隔60 s采集正交圖像進行對比，校準誤差的均值均為亞毫米級，滿足立體定向放射治療的固定需要。有部分對比校準誤差數據較大，均為患者無法耐受治療而產生位置移動，治療師即中斷治療進行處理。其原因可能為：(1)本研究采用完全隨機分組(只對處理因素隨機化并未對受試對象因素區組隨機化)，部分患者本身病情較重，耐受差，或因顱內腫瘤壓迫產生譫妄等精神癥狀而可能發生較大位移。(2)熱塑膜太緊造成患者耐受性降低。由于制膜時頭枕規格使用不恰當，造成舒適性降低，治療時隨著時間延長，患者不自主移動的概率增加。另外，本研究中膜的冷卻塑形時間為15 min，而30 min 仍不足以使其完全冷卻成型，存在變形可能，造成擺位時舒適性和重復性下降[17]。文獻報道個別熱塑膜在24 h內還存在一定程度收縮[18]。故建議在病情允許時，在面膜制作24 h后進行CT定位。

本研究顯示，3種固定技術均可達到CK臨床體位固定要求。通過比較3種不同固定方式對顱內腫瘤治療位置誤差的分析，顯示U型頭膜為較佳選擇。U型頭膜組利用U型頭膜與頭頸肩板結合的固定方式，其優勢主要有：(1)提高患者舒適性，保證擺位重復性及長時間治療的固定穩定性。(2)實時顱骨影像追蹤系統可以驗證頭膜固定效果，可以全程監控患者在長時間的治療過程中體位的細微變化。其優勢可能與以下因素有關：(1)與小頭膜所用的頭板比較，頭頸肩板與治療床的接觸面積更大且承載患者大部分體質量，故頭頸肩板與治療床組合的固定效果更佳。(2)U型頭膜將患者的下頜及部分頸部包裹，可滿足頭部腫瘤的固定要求；而頭頸肩膜完全將患者頸肩部包括特別是喉部受壓，弱化了舒適性，增加了患者長時間治療過程中體位變化的可能。(3)應重視患者的心理因素。頭頸肩膜包裹范圍大，可引發精神過度緊張，引起肌肉僵硬體位變化；U型頭膜較好地避免了這些問題。(4)部分女性患者留長發，會造成頭頸肩膜過緊或重復性不佳。

針對上述情況，可做進一步的改進研究：(1)對于有譫妄等精神癥狀或其他原因無法耐受較長時間靜躺治療的患者，建議經臨床處理癥狀改善后再行CK治療。固定方式應盡量選用U型頭膜加頭頸肩板模式，無法糾正的應及時改用其他治療方法。(2)延長熱塑膜的冷卻塑形時間，嘗試在熱塑膜制作后次日進行CT模擬定位。(3)有報道顯示，應用發泡劑泡沫墊代替塑料頭枕，使得患者頭頸部塑形固定性更好，體位舒適性明顯提高[19]，故可嘗試設計前瞻性比對研究，探索更好的固定技術。另外，應進一步改進U型頭膜和頭頸肩板，以期研發出兼顧患者治療準確性和舒適性的固定工具。

致謝：感謝福建醫科大學附屬協和醫院曾邦偉對統計分析提供幫助。