ExacTrac X射线图像引导系统在儿童颅内神经肿瘤立体定向放射外科治疗中的应用研究

肖 青 周巧敏 罗日顺 张 平 王立超 赖名耀 蔡林波*

目前，图像引导放射治疗(imageguided radiotherapy，IGRT)已经广泛应用在临床精确放射治疗中[1-2]。IGRT是继三维适形(3-dimensional conformal radiation therapy，3D-CRT)和调强放射治疗(intensity-modulated radiation therapy，IMRT)之后的又一新技术[3]。对于单次计量大，精度要求高的儿童颅内立体定向放射外科(stereotactic radio surgery，SRS)治疗，空间精度是实施治疗的挑战，因此IGRT显得尤为重要[4-6]。该技术是将放射治疗机与先进的影像设备及计算机相结合，在放射治疗分次摆位或治疗中，采集治疗区域的图像或信号，确定治疗区与重要器官的运动、位置等因素，进行图像或计量的校正，以引导本次治疗或后续治疗[7]。本研究对37例立体定向放射治疗的儿童进行了286次ExacTrac X射线图像摆位误差以及残余误差回顾性的分析，通过对平移和旋转误差分布情况，论证ExacTrac X射线图像引导SRS治疗具有无创无痛、摆位简单、耗时短以及精度高的特点，是一种值得应用在儿童颅内肿瘤治疗中的新技术。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选取2017年3月至2019年2月间在广东三九脑科医院放疗科应用ExacTrac X射线图像引导系统治疗的37例颅内神经肿瘤患儿，其中男患儿26例，女患儿11例；年龄3～14岁，中位年龄9岁，行无框架立体定向SRS治疗，共进行286次图像匹配后获得286组数据。本研究经医院伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①年龄3～14岁；②完成临床医生设定的放射治疗剂量；③临床影像学拍片资料完整；④有自主意识，状态清醒的患儿。

(2)排除标准：①临床资料不全，中途放弃治疗；②无意识，状态昏迷；③无肢体活动和语言表达能力。

1.3 仪器设备

采用Siemens大孔径CT模拟定位系统(德国西门子公司)；Varian Unique放射治疗系统(美国瓦里安有限公司)；ExacTrac X射线图像引导系统(美国瓦里安有限公司)；Varian Eclipse TPS 11.0计划系统(美国瓦里安有限公司)。

1.4 面膜制作

定位过程中患者均采用仰卧位，头部自然放置在定位头枕中，两肩齐平，两侧外耳孔等高，体中线与激光线重合。将面膜放置在水温为65°～70°的数字电热恒温水箱中2～3 min，待透明软化后取出第一层底膜均匀拉伸放置在头枕下，取出提前浸泡好的第2层中膜，将中膜盖在患者额部和下巴处，取出透明软化的颗粒捏成倒”T”字型放置于鼻翼2端至两侧眉弓连线中间区域。最后取出第3层膜均匀拉伸一定宽度后放置患者头面部，按压面膜表面，塑性患者额、鼻及眼睛等体表标记，30 min后待面膜完全冷却成型即可取下面膜，完成面膜制作。

1.5 CT定位图像采集

面膜制作后，安排患儿至CT模拟定位室进行图像的扫描。采用大孔径CT模拟定位系统，设置各项参数，扫描层厚为1.5 mm，扫描方式为平扫，扫描范围在颅顶至颈二下缘，扫描图像数据传输至Varian Eclipse TPS 11.0计划系统。

1.6 SRS计划设计和制作

由医生在扫描好的CT图像上逐层勾画临床靶区体积(clinical tumor volume，CTV)和危及器官，物理师在计划系统完成计划设计和制作，并将患儿的治疗计划和数字重建图像(digitally reconstructed radiograph，DRR)数据传输到Varian Unique直线加速器和ExacTrac X射线图像引导系统。

1.7 治疗摆位和拍片验证

核对患儿资料，拿出定位膜和碳纤维底板，按定位时采用的体位仰卧在治疗床上，用制好的定位膜将患儿固定在治疗的碳纤维架上，固定好头部的光学标记球，从ExacTrac X射线图像引导系统中调出患儿的摆位数据，运用红外线光学定位仪监测头部的标记球进行预摆位。用X射线成像装置获取一组正交的X射线射野图像，将其与数字化重建影像DRR进行配准，以骨性匹配方式自动获取得到左右方向(X轴方向)、头脚方向(Y轴方向)及腹背方向(Z轴方向)的平移精度误差及对应的3个旋转精度误差。结合系统自动匹配技术，由医生确认匹配结果，主要以颅骨、鼻中隔、眼眶、硬腭等骨性解剖结构为参照，在误差允许范围之内方可给予确认，最后记录3个方向的平移精度误差及对应的3个旋转精度误差。

1.8 统计学方法

使用SPSS18.0统计软件进行数据分析，依次计算出每例患儿的3个旋转精度误差平均值和平移精度误差平均值。计量数据以均值±标准差()表示，在X轴方向、Y轴方向及Z轴方向的平移精度误差及相应的3个旋转精度误差的平均值和标准差，计算出对应的空间矢量误差和相应的散点分布图。

2 结果

2.1 平移和旋转精度的散点分布

37例3～14岁患儿行无框架SRS治疗，所获得286组图像配准后的精度误差数据散点图，X轴、Y轴及Z轴3个方向的平移精度大部分可集中在±0.2范围内，对应的旋转精度主要集中在±0.3°范围内，见图1。

表1 37例颅内神经肿瘤患儿不同治疗床角度对应的平移和旋转精度误差()

表1 37例颅内神经肿瘤患儿不同治疗床角度对应的平移和旋转精度误差()

图1 37例颅内神经肿瘤患儿286组图像配准数据对应的六维散点图

2.2 平移和旋转精度的误差值

在治疗中，不同治疗床角度中的平移精度误差平均值均≤0.2 mm(SRS线性误差要求＜1 mm)，旋转精度误差平均值均＜0.3°(SRS旋转误差要求＜0.5°)，平移精度误差和旋转精度误差均远远低于SRS治疗精度要求。随着治疗计划床角的变大，相对误差也会随之增加，因此SRS治疗非共面分次内误差的控制显得尤为重要。不同治疗床角度对应的平移精度误差和旋转精度误差见表1。

3 讨论

立体定向放射外科(X刀、γ刀)因定位准确，靶体积内外剂量落差大，既提高了靶区局部的剂量，又最大限度的减少了周围正常组织的受量，使肿瘤迅速缩小，挽救患者生命，已成为治疗颅内转移瘤的有效方法之一[8-12]。在传统的有框架SRS治疗中，患者需要固定在一个头带式头钉支架中。通过螺丝拧到头骨中防止患者头部活动，增加了患者的痛苦，而且只能单次治疗。成像和计算机技术的提升，将患者放射治疗前体位的验证X射线摄影设备纳入放射治疗的必备步骤，构成了新一代的影像引导放射治疗技术，推动了无框架立SRS的发展[13]。该技术不仅具备了SRS的精确度，还为患者提供更高的舒适度和治疗的灵活性，可单次或多次治疗，为多样化肿瘤的患者提供治疗[14]。

本研究通过对37例应用ExacTrac X射线图像引导系统治疗颅内神经肿瘤的患儿中，共获得286组数据，平均值均＜0.2 mm，但通过平移和旋转的3个方向散点图可以看出小部分数据偏大(＞0.5 mm)，原因可能为：①当患儿情况不稳定、状态不佳时，治疗精度误差增大，因此治疗前与患儿及家属有效沟通，消除患儿顾虑，使其尽力配合治疗；②面膜松动易造成精度误差，尤其是X轴方向的旋转误差，ExacTrac X射线图像引导系统灵敏性高，患儿稍抬头或低头都会引起X轴方向大幅旋转，因此面膜制作时需考虑患儿舒适度和适形度，且在舒适的前提下保证面膜完全贴合脸型，松紧适度，这就要求面膜完成后必须保证充分冷却时间(25～30 min)，以防面膜收缩过紧；③专用SRS面膜配套了鼻托胶，制作面膜时贴在额头与鼻梁之间，提高鼻梁高度，增强体表标记，以防止患儿头部的左右旋转；④红外线小球在使用过程中受损或受污染，影响图像配准的精确性，从而增大精度误差，这就要求技术员在使用过程中注意防止红外线小球受损或污染，不能直接用手触摸小球，发现受损或污染的小球，应及时更换以减小精度误差；⑤ExacTrac X射线图像引导系统的日常校准非常重要，直接影响其自身图像配准的精确性，因此每次治疗前需对该系统认真执行质量保证(quality assurance，QA)。

对比传统的电子射野影像装置(electronic portal imaging device，EPID)图像引导和锥形束CT(cone beam CT，CBCT)图像引导技术，ExacTrac X射线图像引系统耗时更短，患者接受X射线剂量更低，在儿童颅内肿瘤SRS治疗中发挥了明显的优势。

4 结论

应用ExacTrac X射线图像引导系统配合六维床修正后可明显提高儿童颅内肿瘤SRS的治疗精度，平移和旋转3个方向上的精度误差均小于SRS治疗精度的要求，为临床放射治疗提供质量保证[16]。对比传统头钉式SRS治疗，ExacTrac X射线图像引导SRS治疗具有无创无痛、摆位简单耗时短、精度高的特点，是一种值得应用在儿童颅内肿瘤治疗中的新技术。