射波刀六維顱骨追蹤方式治療腦轉移瘤的體位誤差分析

張鵬飛 劉吉平馬佳怡

癌癥患者發生腦轉移的概率有20%~40%，其中肺癌患者為36%~64%，乳腺癌患者為15%~25%，黑色素瘤、結直腸癌和腎癌也有少數患者發生腦轉移［1］。腦轉移瘤患者的臨床治療包括手術、全腦放療（whole brain radiation，WBRT）和立體定向放射治療（stereotactic radiotherapy，SRT）［2］。雖然全腦放療可以提高多發腦轉移瘤的控制率，但是放射劑量大，照射范圍廣，對正常組織損傷較大，不能延長患者的總生存期，而且會增加患者神經系統的毒副作用風險［3］。隨著精準放療技術的不斷發展，立體定向放射治療成為研究熱點，特別是射波刀的出現和應用。SRT能夠有效控制靶區劑量和范圍，對鄰近的正常組織影響很小，可以對腦轉移瘤病灶進行有效的照射［4］。射波刀（cyberknife，CK）是一種無創治療方式，主要由治療機械手、緊湊型加速器、目標定位系統、呼吸追蹤系統等組成，可以實現亞毫米級別的高精度治療［5］。第六代射波刀系統劑量率可達1,000 MU/min，具有三種不同形式的準直器系統，可以針對不同大小的腫瘤靶區進行高精度、高療效、高適形性的治療［6］。在實際放射治療實施過程中，如果實際位置與預期的位置偏差較大，可能會導致追蹤精度達不到要求，從而影響患者的治療效果。因此，本研究針對腦轉移瘤患者，采用第六代射波刀治療系統的六維顱骨追蹤（six dimensional-skull tracking，6D-skull）方式進行放射治療，并對治療期間的體位誤差變化進行分析。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選取本院2021年9月至12月接受第六代射波刀治療的50例腦轉移瘤患者，其中肺惡性腫瘤占多數，共有36例。男33例，女17例；年齡為10~76歲，中位年齡60歲；進行2~7次治療；平均治療時間30 min，該研究所有患者卡氏功能狀態評分（Karnofsky，KPS）＞70分。

1.2 治療方法 50例患者體位固定方式均采用頭枕+塑型墊+頭頸肩熱塑膜，根據臨床要求采用“十”字線標記定位中心。采用Philips 16排螺旋CT定位。掃描條件：掃描層厚為1 mm，連續掃描，管電壓為120 kV，管電流為320 mAs。掃描范圍：超過頭頂1 cm，超過鼻尖1 cm。掃描圖像后傳輸至CyberKnife System醫師工作站，由放療醫師進行靶區和危機器官勾畫。然后由物理師在Accuray Precision計劃系統進行計劃設計，采用6D-Skull追蹤方式。治療實施過程中，通過實時X射線正交平片圖像與數字重建圖像（digital reconstructed radiograph，DRR）進行顱骨配準，治療系統自動計算得出3個線性方向和3個旋轉方向的體位誤差，通過機器人交互技術移動治療床，然后再次拍片進行顱骨位置配準，如果誤差值在機械臂校準的范圍內，且符合臨床要求時則可以開始治療，同時記錄此時的六維方向誤差值。六維方向校準閾值（絕對值）分別為 10 mm、10 mm、10 mm、1°、1°、3°，一般手動調整Yaw＜1°時再行治療。

1.3 數據記錄 治療過程中每間隔90 s采集一組正交圖像進行自動配準，并記錄數值。如果計算出的誤差值超出規定閾值則自動中斷治療，采用人工調整床值，當六維誤差值達到閾值范圍內后再繼續治療。六維方向定義如下：X軸為進出方向（INF+/SUP-）mm、Y軸為左右方向（LET+/RIG-）mm、Z軸為水平方向（ANT+/POS-）mm、Roll為左右旋轉（R+/L-）°、Pitch為前后旋轉（Head Up+/Head Down-）°、Yaw為鐘擺旋轉（CCW+/CW-）°。

1.4 統計學方法 采用SPSS 25.0統計軟件。滿足正態分布組間比較采用配對t檢驗，多組數據采用方差分析，結果以（）表示，以P＜0.05為差異有統計學意義。系統誤差（∑）以體位誤差的平均值表示，隨機誤差（）以體位誤差的標準差表示。根據公式MPTV=2.5∑+0.7計算外放邊界范圍。

2 結果

2.1 絕對體位誤差分析 50例患者在治療過程中采集到6個方向共3,144組數據，分出三個線性方向和三個旋轉方向體位誤差（）。三個線性方向X、Y、Z的外放邊界分別為1.00 mm、0.95 mm、0.71 mm。見表1。

表1 絕對體位誤差分析

2.2 治療前和治療期間的絕對體位誤差分析 X方向、Y方向、Z方向、R+/L-方向、Head Up+/Head Down-方向，差異有統計學意義（P＜0.05），CCW-CW方向差異無統計學意義（P＞0.05）。見表2。

表2 治療前和治療期間的絕對體位誤差分析（）

表2 治療前和治療期間的絕對體位誤差分析（）

方向 X（mm） Y（mm） Z（mm） Roll（°） Pitch（°） Yaw（°）治療前 0.19±0.22 0.23±0.18 0.19±0.14 0.21±0.20 0.22±0.22 0.62±0.53治療期間 0.33±0.29 0.32±0.26 0.23±0.19 0.27±0.23 0.34±0.26 0.66±0.55 P 值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 0.262

2.3 治療期間體位相對位移量誤差分析 以治療前的體位誤差為基準D0，間隔90 s拍片配準誤差為D1，體位相對位移量記為D=D1-D0，絕對值位移量為|D|，共得出2,880組數據。見表3。

表3 治療期間體位相對位移量誤差分析

2.4 治療期間三個時間段的絕對體位誤差分析 將每個患者每次治療期間采集到的誤差數據按照時間順序平均分為三個階段，即前期、中期、后期。數據分析顯示，體位誤差隨著治療時間而增大，見表4。

表4 治療期間三個時間段的絕對體位誤差分析（）

表4 治療期間三個時間段的絕對體位誤差分析（）

方向 X（mm） Y（mm） Z（mm） Roll（°） Pitch（°） Yaw（°）前期 0.24±0.22 0.28±0.22 0.21±0.17 0.24±0.23 0.28±0.24 0.62±0.53中期 0.33±0.30 0.32±0.26 0.24±0.20 0.26±0.22 0.34±0.26 0.63±0.52后期 0.33±0.29 0.34±0.27 0.25±0.21 0.29±0.23 0.36±0.27 0.63±0.52 F值 70.425 16.703 17.678 13.486 41.009 4.838 P 值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 0.008

2.5 治療期間6個方向誤差數據相關性分析 對治療期間采集到的6個方向誤差數據進行兩兩相關性分析，采用Pearson分析方法。結果顯示，X-Y、Y-Z及Z-Yaw不具有相關性（P＞0.05），其他組別兩兩相關性均具有統計學意義（P＜0.05）。其中，X-Pitch和Y-Roll具有較強正相關性，其余存在較弱正相關性。見表5。

表5 治療期間6個方向誤差數據相關性分析

3 討論

放射治療的目的在于破壞腫瘤細胞，同時最大程度上減小對周圍正常組織的傷害。精準放療的關鍵在于在患者每次放療過程中能否精準實施治療計劃，患者體位的準確性和重復性將直接影響最終的治療效果［7］。研究發現，3%~5%的劑量誤差就會造成放療有效率的降低，同時增加正常組織并發癥發生率［8］。圖像引導技術可以有效保證患者在放射治療時體位的準確性，從而提高放射治療的精確度。然而，目前大多數圖像引導技術只能幫助患者治療前的體位誤差糾正，對于治療期間的體位變化無法進行監測。對于進行立體定向放射治療的腦轉移瘤患者，因其單次劑量相對較大，治療時間較長，患者在治療過程中的體位可能會發生較大變化，進而影響靶區的受照劑量。隨著CyberKnife在立體定向放射治療中的開展使用，其在治療期間也可以進行圖像引導的功能，有效保證了放射治療過程中的準確性。

在本研究中，通過對CyberKnife治療的50例腦轉移瘤的誤差數據分析得出，在三個線性方向X、Y、Z的外放邊界分別為1.00 mm、 0.95 mm、 0.71 mm。由治療前和治療期間的誤差數據分析可以看出，除Yaw方向外，其余5個方向在治療前和治療期間的誤差值差異均有統計學意義（P＜0.05），并且6個方向的體位誤差在治療期間隨著治療時間有所增大，其原因可能是由于CyberKnife治療時間較長，平均在30 min左右，患者在治療過程中難免會發生體位變化。不過在本研究中，50例患者的KPS評分均＞70分，其身體狀況及自我意識控制處于良好狀態，具備較好的單次長時間放射治療的依從性，并且治療過程中體位變化產生的誤差均處于機械臂可修正范圍內。同時所有患者均采用頭頸肩熱塑膜+個體化塑型墊［9］的固定方式，這種固定方式可以提高患者的舒適度，從而減小治療過程中的體位變化。另外在本研究中，Yaw方向誤差值相比其他方向的誤差值較大，這是由于治療床為五維床，該方向的調整依靠手動調節，在實際擺位過程中無法達到另外五個方向自動調節的準確度和靈活性。王濤等［10］研究表明，治療床修正值大小對于治療精度是有影響的，當三個線性方向修正值控制在3 mm內，三個旋轉方向分別控制在0.7°、0.7°、1°內，可以保證靶區追蹤的總體精度。在治療過程中盡量減小平移和旋轉誤差修正值可以提高總體治療精度，在本研究中，治療前的平移和旋轉誤差修正值基本保證在0.5 mm和0.5°以內，并且在治療期間如果發現平移和旋轉誤差修正值存在逐漸變大趨勢或超出機械臂修正范圍，則中斷治療，通過移動治療床或重新調整患者體位使誤差修正值達到治療要求后再繼續治療。

在本研究中選擇拍片間隔時間為90 s，由此得出的誤差分析符合臨床治療的要求。董洋等［11］研究表示過多的拍片頻次會增加患者的受照劑量。在實際治療實施過程中，對6D-skull追蹤方式治療腦轉移瘤患者的圖像引導驗證可以采用90 s的拍片間隔，這樣可以保證治療精度，同時減少了治療時間，提高治療效率，并且降低了附加劑量。黃家文等［12］研究顯示放射治療過程中旋轉誤差對平移誤差有較大影響，減少旋轉誤差可以提高擺位精確度。牛保龍等［4］研究也表示不同方向之間的體位誤差具有相互關聯性。本研究中的數據分析結果顯示，X-Y、Y-Z及Z-Yaw不具有相關性（P＞0.05），其他組別兩兩相關性均具有統計學意義（P＜0.05）。其中，X-Pitch和Y-Roll具有較強正相關性，其余存在較弱正相關性。

綜上所述，6D-skull追蹤方式在腦轉移瘤的SRT治療中，可以對患者治療前的擺位誤差進行很好的修正，并且能夠保證在治療期間實時監測患者體位變化。數據分析得出外放邊界X、Y、Z分別為1.00 mm、0.95 mm、0.71 mm，進一步為臨床醫師進行靶區勾畫及外放范圍提供依據。