ExacTrac系統在顱腦腫瘤放療擺位中的應用

林澤煌 潘鎮釗 丘敏敏 鐘嘉健

中山大學附屬第一醫院放射治療科，廣東廣州 510080

顱內腫瘤周圍常伴有較多危及器官，因此在放射治療中對治療的準確性要求較高，圖像引導放射治療（image guide radiation therapy，IGRT）是目前精準的放射治療技術，在分次治療前或治療中，采集治療區域的圖像，確定治療區域與重要器官的運動、位置等參數，進行位置或劑量的校正，引導本次治療或后續治療[1]。Brain Lab 公司的ExacTrac 系統通過一組斜交的X 線球管和影像平板裝置，在治療前僅需數秒內即可完成兩幅圖像采集，并與計劃系統重建的數字重建射野圖像（digital reconstructed radiography，DRR）進行配準，以確定當前擺位與計劃中心的偏差，通過六維床校正有效減小分次治療間的擺位誤差，使高劑量區準確分布在臨床靶區內，以此減小周圍正常組織或器官的受量。錐形束CT（cone beam CT，CBCT）是目前圖像引導技術的金標準，特別是在顱腦部位具有很高的精度[2]。本研究回顧性分析驗證ExacTrac 系統在顱腦腫瘤放療擺位中的校正效果，同時比較CBCT 和Exac-Trac 系統的優缺點，為臨床治療提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性選取2017年1月至2018年1月中山大學附屬第一醫院收治的28 例顱腦腫瘤放療患者作為研究對象。其中男18 例，女10 例；年齡30～75 歲，中位年齡58 歲。納入標準：患者一時情緒，治療過程中身體不會發生無意識移動。排除標準：存在放射治療禁忌證。所有患者均簽署知情同意書。

1.2 方法

所有患者均采用頭架及U 型熱塑膜進行體位固定（圖1）。在VARIAN Novalis TX 直線加速器治療，結合紅外定位裝置（圖2）。

圖1 頭架及U 型熱塑膜

圖2 紅外定位裝置

1.2.1 治療前擺位與修正的精度驗證 每位患者在治療前進行擺位修正，其驗證步驟如下。

①患者躺在治療床上，重復模擬定位掃描時的治療體位，通過三維激光系統對患者進行初擺位，擺位時治療床所有角度為0°。

②將紅外線定位裝置（有6 個可追蹤患者體位的反光標記球） 固定于等中心上方位置，以確保Exac-Trac 系統的紅外攝像頭可以正確檢測其位置。

③從ExacTrac 系統工作站中調出患者的計劃數據。

④使用kV 級X 線成像裝置獲得一組交叉的X線射野圖像，將其與TPS 系統生成的DRR 圖像進行自動配準，然后經人工復核后得到患者在X（左右）、Y（進出）、Z （升降）3 個方向上的平移誤差及相對應的旋轉誤差并記錄。根據配準結果，通過六維床進行移床修正。平移誤差以人站在床腳面向加速器為參考，從左往右，從床腳往床頭，從下往上分別為X，Y，Z 軸的正方向； 旋轉誤差以繞X，Y，Z 軸的順時針方向為正（圖3）。

圖3 六維擺位誤差方向示意圖（箭頭方向為正）

⑤修正后重新拍攝一組驗證圖像驗證確認修正后的位置是否在允許的誤差范圍內。若誤差超出限定范圍（平移誤差＜1mm，旋轉誤差＜1°），則再次移動六維治療床進行誤差修正直至誤差可接受。

⑥進行CBCT 掃描，將CBCT 圖像與計劃CT 圖像進行配準，記錄三個方向上的平移誤差。

⑦確認驗證結果在允許范圍內，開始治療。

1.3 統計學方法

采用SPSS 22.0 統計學軟件進行數據分析，計量資料用均數±標準差（±s）表示，兩組間比較采用t 檢驗；計數資料采用率表示，組間比較采用χ2檢驗，以P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 ExacTrac 系統擺位誤差的比較

ExacTrac 系統共獲取了28 例患者184 次治療擺位圖像，擺位修正前和修正后各92 組圖像。修正后X、Y、Z 三個方向的平移誤差和旋轉誤差小于修正前，差異有統計學意義（P＜0.05）（表1）。

表1 ExacTrac 系統擺位誤差的比較（±s）

表1 ExacTrac 系統擺位誤差的比較（±s）

項目 X（mm） Y（mm） Z（mm） Rx（°） Ry（°） Rz（°）修正前（n=92）修正后（n=92）t 值P 值-0.38±1.38 0.02±0.31 2.74 0.01 0.30±1.37 0.01±0.25 2.04 0.04-0.55±1.12-0.03±0.27 4.16 0.00-0.18±1.08 0.06±0.19 2.14 0.04 0.35±1.6 0.01±0.23 2.09 0.03 0.21±1.11-0.03±0.30 2.08 0.04

2.2 修正前后誤差絕對值頻數統計的比較

修正前，平移擺位誤差絕對值在X 方向上最大（4.72 mm），Y 方向次之，Z 方向最小，旋轉擺位誤差最大值為3.67°。修正后得到的最大平移誤差絕對值為0.92 mm，最大旋轉誤差絕對值為0.75°，三個方向的平移誤差均在±1.0 mm，大部分集中在±0.5 mm，相對應的旋轉誤差也主要集中在±0.3°（圖4）。

圖4 修正前后誤差絕對值頻數統計的比較

2.3 ExacTrac 系統移床修正后對應的CBCT 驗證結果

經ExacTrac 擺位修正后行CBCT 掃描比對的圖像共有77 組（部分分次行2D-kv 驗證），結果如表2。

表2 ExacTrac 系統移床修正后對應的CBCT 驗證結果

經ExacTrac 系統擺位修正后行CBCT 掃描比較的圖像共77 組（部分結果分次行2D-kv 驗證）。經ExacTrac 系統移床修正后，在三個方向上CBCT 的驗證結果其平均值±標準差不超過±1.0 mm。最大誤差值為-2.0 mm，99%以上的誤差均不超過±1.0 mm。

3 討論

放射治療的目標就是努力提高放療增益比，使靶區體積得到足夠劑量的同時，周圍的正常組織和危及器官得到充分的保護[3]。調強放射治療是治療惡性腫瘤較先進的放療技術，可以獲得高度適形的劑量分布和陡峭的劑量梯度[4]。精確的體位固定、定位和擺位是實現精確放射治療的關鍵[5]，保證腫瘤控制的同時周圍的正常組織不會因擺位偏差接受高劑量的照射而導致嚴重的后果。

本研究結果顯示，經過六維床修正后，ExacTrac系統移床修正后的六維誤差均明顯小于修正前的擺位誤差，且差異有統計學意義（P＜0.05），提示Exac-Trac 系統能有效降低擺位誤差，特別是旋轉方向的誤差。這與張平[6-7]等人的研究結果一致。修正前后發現個別數據偏大（如修正前偏差＞1 mm，修正后偏差＞0.5 mm），旋轉誤差也有類似情況（修正前偏差＞1.0°，修正后偏差＞0.5°）。可能原因是患者情況不穩定或者狀態不佳，加上緊張和憂慮的情緒，面罩制作時適形度不是很高，導致在治療過程中面罩產生松動，擺位誤差增大，加之ExacTrac 系統靈敏性高，患者稍抬頭或低頭都會引起X 方向大幅旋轉，因此面膜制作時需考慮患者舒適度和適形度[8]。本研究結果顯示，修正后三個方向的平移誤差大部分集中在±0.5 mm，相對應的旋轉誤差也主要集中在±0.3°，提示ExacTrac系統能有效降低擺位誤差。修正后仍存在一定的旋轉誤差，有研究表明因旋轉而引起的劑量改變很小，因此可以忽略[9]。本研究結果顯示，從修正后CBCT 系統結果可以看到，六維修正后的誤差除了一組數據為-2.0 mm 外，其余都不超過±1.0 mm。可見經過ExacTrac 系統移床修正后，在CBCT 三維影像系統的驗證下，患者擺位誤差減少，得到的誤差99%以上不超過±1.0 mm，滿足常規顱腦腫瘤放射治療的精度要求。提示ExacTrac 系統是降低擺位誤差有效可行的驗證方法[10]。

與CBCT 圖像引導技術比較，ExacTrac 圖像引導系統拍片時間更快，患者接受的X 射線劑量也更低。在頭頸部中，ExacTrac 系統拍攝兩張千伏級X 線平片的劑量約為0.33～0.55 mGy[11]，成像時間只需數秒，而CBCT 系統在頭頸部掃描模式時，掃描時間約為3～4 min ，一次掃描將對晶體、視網膜、脊髓分別產生4.5、9.5、15 mGy 吸收劑量[12]。可見CBCT 在提高治療精確度的同時也帶來了額外輻射劑量，多次圖像引導產生的累計輻射劑量有潛在的致癌風險，在臨床上應加以重視[13-14]。另一方面，ExacTrac 影像引導系統成像和配準時間優于CBCT 系統，時間的縮短減少了病人放療中不自主運動的可能性，一定程度上減小了分次內的擺位誤差[15]。但是ExacTrac 影像引導系統也有其缺點，如成像的范圍偏小，影像分辨率低；而且影像主要為骨性標記信息，軟組織影像信息少，對于不能完全依賴骨性標記的胸腹盆腔部腫瘤，應結合多種影響裝置進行驗證[16]。

ExacTrac 系統外掛于直線加速器上，可以在臂架不遮擋住出射線的角度下，以及治療床有角度的情況下，自由拍攝X 線平片。這在分次治療中，以及非共面治療計劃的實施中，有著CBCT 無法比擬的優勢[17]。另外六維方向的驗證大大提高了SBRT 的治療精度，解決了CBCT 系統角度無法修正，需要重新擺位的麻煩。但在影像分辨率上，CBCT 優于ExacTrac 系統，能較清晰顯示腫瘤形態大小，正常組織和危機器官的位置，有利于醫生在自動匹配后進行手動調整。

同時本研究存在一定的不足： ①只分析了CBCT系統三維方向的誤差，在應微等[18]的研究中，對比分析了ExacTrac 系統六維方向和CBCT 四維方向（包括繞上下方向旋轉）的結果；②樣本量不足；③沒有獲取CBCT 系統六維的匹配結果。

4 結論

綜上所述，ExacTrac 圖像引導系統在顱腦等有豐富骨性標志的腫瘤治療上具有明顯的優勢，配合六維床修正可明顯提高放射治療精度，是一種在顱腦腫瘤放射治療中可靠的圖像引導方法，可提高擺位的準確性以及縮短驗證和調整時間，降低患者在放射治療過程中受到的額外劑量，提高放療的增益比。