不同固定技术在颅内肿瘤射波刀治疗中位置误差的比较

吴一旻, 张建平, 董芳芬, 何善廷, 徐本华, 黄妙云, 李小波

由于颅内肿瘤周围正常器官(如脑干、视神经、视交叉等)多且具有特殊解剖结构和功能，因此精准放疗成为破解靶区足够高剂量与周围正常组织器官安全照射剂量矛盾的关键。体位固定贯穿放射治疗始末，其准确性和重复性直接影响靶区照射的准确性及治疗效果的优劣，小剂量误差即可导致原发灶失控或并发症增加[1-3]。因此，体位固定技术是实施颅内肿瘤精准放疗的重要保证。

射波刀(cyberknife，简称CK)是一种立体定向射波手术平台[4]，其独特的影像引导技术解决了常规立体定向放射外科需要刚性固定的问题，并通过影像引导、靶区追踪、自动修正等技术达到亚毫米级的治疗精度[5-7]。CK在临床治疗中的影像追踪方式有六维颅骨追踪(six-dimensional skull tracking，6DSkull)等5种[8]。颅内肿瘤CK治疗中采用6DSkull技术，在不同固定方式下能验证患者在长时间的治疗过程中的位置动度变化情况[9]，对患者体位变化能起到较好修正作用。本研究采用6DSkull技术对颅内肿瘤CK治疗中的固定效果进行分析，比较3种不同固定技术对治疗过程中位置误差的影响，对其误差精度进行研究。

1 对象与方法

1.1对象 收集2018年6—9月在笔者医院放疗科行CK治疗的颅内肿瘤患者共20例(77人次)，其中男性9例，女性11例，年龄(54.60±15.30)岁(17～80岁)。以随机数字表将20例患者采取不同的体位固定技术分为3组：采用头颈肩板+头颈肩热塑膜固定的患者(7例)为头颈肩组(23人次)；采用头颈肩板+U型热塑头膜固定的患者(7例)为U型头膜组(29人次)；采用头板+热塑头膜固定的患者(6例)为小头膜组(25人次)。本研究经笔者医院伦理委员会批准，患者均签署知情同意书。

1.2仪器设备 大孔径模拟定位CT(美国GE公司)；VSI射波刀(美国安科瑞公司)；头板(R605-HCF)、头枕(R507)、头颈肩板(R612-NCF)、头颈肩热塑膜(R460-2436S5T)、热塑头模(R460SHT)及U型热塑头模(R102-2436)、LAP激光系统、数字电热恒温水箱等设备(广州科莱瑞迪公司)。

1.3定位方法

1.3.1体位固定 制膜前对患者进行宣教，嘱自然放松，摘除假牙或配饰，保持固定体位。

1.3.1.1头颈肩组和U型头膜组 使用头颈肩板，对齐激光线固定于定位床正中。患者脱外衣后仰卧平躺，双手自然放置体侧，调整位置使其舒适并保持身体在一条线上。将热塑膜(头颈肩膜或U型头膜)置于水温为70 ℃的数字电热恒温水箱中2～3 min，待透明软化后取出，迅速将膜覆于患者头颈部，均匀拉伸并固定于定位板上，塑形患者体表标记，等待15 min冷却成型，最后贴标签并注明患者姓名和定位日期。

1.3.1.2小头膜组 患者体位与制膜固定方法与同1.3.1.1，改用热塑小头膜(图1)。

A：头颈肩膜；B：U型头膜；C：小头膜。

1.3.2图像采集与计划制定 制膜结束后，根据临床要求标记定位中心“十”字线，安排患者进行CT模拟定位扫描。设置各项扫描参数，扫描和重建层厚为1.25 mm，条件：120 kV、400 mA·s，轴向连续扫描。CT扫描图像传输至计划系统[计划系统名称及版本号Multi-Plan System(Ver 4.6.1)]，行靶区及重要器官勾画后进行计划设计，追踪方式采用6DSkull[10]。

1.3.3治疗实施

1.3.3.1治疗摆位 核对患者资料，按定位时同样的体位，将患者定位时所用的底板和热塑膜固定患者于治疗床上。确定使用正确的头枕后扣热塑膜，调整患者头部的位置，使得鼻、额、下颌等骨性标志与热塑膜贴合。调整治疗床位和患者体位使CT定位时确定的“十”字线与激光线重合，完成摆位。

1.3.3.2位置验证 调取患者的治疗计划，先进行位置配准：通过CK图像系统拍摄一组正交实时颅骨影像，系统将其与CT扫描重建生成数字重建影像(digitally reconstructed radiography，DRR)的图像进行对比，得到6个方向上的位置误差，通过机器人交互技术移动治疗床，再次拍摄实时颅骨影像进行比对验证。当实时位置误差符合临床要求即可开始治疗[9]。治疗过程中每隔60 s采集一组实时颅骨影像，获取并校正其误差。如果6个维度的位移数值在机械臂校准的范围内(10，10，10 mm，1°，1°，3°)，机械臂则自动校正对应位移数值后继续出束治疗。如果超出范围系统立即自动报错，暂停出束，修正误差后方可继续治疗[10]。

1.3.4数据记录 对CK自动获取的误差数据约定如下：X轴(左右平移)；Y轴(面背平移)；Z轴(头脚平移)；L-R旋转(左右)；UP-DOWN旋转(矢状位)；CW-CCW旋转(顺时针/逆时针)。平移方向的单位为mm，旋转方向的单位为(°)。

记录获取两类数据：(1)治疗过程中每隔60 s自动采集1组颅骨影像，得到6个方向上的位置误差，按3组固定方法分别统计其误差。(2)治疗过程中的实际位移误差。治疗过程中每隔60 s自动采集一组实时颅骨影像进行校准，实时影像与DRR比对产生的误差可以通过机械臂自动修正(在允许范围内)。因此，实际照射误差应是拍摄前后两次实时颅骨影像片间隔时间内产生的体位变化，即以前次拍片误差(d0)位基准，令其与60 s间隔后拍片误差(d1)相减，计算出拍片间隔时间内的相对误差|d|=d1-d0。通过分析相对误差数据|d|以期发现3种固定方法之间的固定效果差别。

2 结 果

2.1原始数据采集 3组不同固定方式组图像对比校准误差分析见表1。

表1 3组不同固定方式组图像对比校准误差分析

2.2治疗过程中的实际位移误差 3组不同固定方式治疗过程实际体位位移相对误差见表2。

表2 3组不同固定方式治疗过程实际体位位移相对误差

2.3实际照射误差分析的统计学参数 方差分析结果显示，3组之间6个不同维度的相对误差|d|的差别均有统计学意义(表3)。进一步采用SNK法进行两两比较，结果显示：在6个不同维度中，小头膜组的误差均大于U型头模和头颈肩组；而在drX(L-R旋转)方向上，小头膜组和头颈肩组均大于U型头膜组。因此，这3种固定方式中，小头膜组的固定方式误差最大，而头颈肩组和U型头膜组误差均较小；在drX(L-R旋转)方向上，U型头膜组固定效果甚至优于头颈肩组，故在其他条件一致的情况下，U型头膜可以作为颅内肿瘤CK放射治疗患者的最佳固定方式。

表3 治疗过程中实际照射误差的方差分析参数

3 讨 论

放射治疗是肿瘤治疗的重要技术，广泛应用于颅内恶性及部分良性肿瘤。放射治疗技术的发展历经常规放疗、适形放疗、调强放疗时代，直至近年来兴起的立体定向放射治疗。立体定向放射治疗在脑部肿瘤治疗中地位日益提高，肿瘤靶区剂量高，周围剂量跌落快，剂量分布高度适形，使肿瘤得到更高的等效生物剂量等为其主要优势[11]。CK系统作为一种立体定向放射治疗系统，具有微创治疗、治疗周期短、精确度高、对周围正常组织保护好等特点[12]，尤其是在颅内肿瘤的放射治疗中[13]。精准治疗是目前的研究热点，受多因素共同作用。为确保患者治疗过程中体位精准可靠，固定方式是最重要的影响因素之一[14]。不同的固定方式可能对治疗过程中的位置误差造成影响，尤其在CK治疗中。由于患者的治疗时间较长，不适应CK治疗特点的固定方式易使患者体位产生微小移动，从而影响治疗精准度。

6DSkull技术是CK图像系统的分析软件拥有的一种颅内位置算法，通过确定颅骨的骨骼特征，可实现采集图像与参考图像的自动配准，该配准在仿真模体上测到的精确度为(0.4±0.2)mm(Antypas & pantelis 2008)。CK图像系统利用两个固定在天花板上的X线球管辅以镶嵌于地面的两个非晶硅平板探测器，形成与垂直线夹角40°的两个正方形图像。图像系统在治疗中全程发挥作用，控制机器人不断修正加速器的入射位置[15]。

6DSkull技术在头部肿瘤CK治疗中，对患者体位变化能起到较好修正作用，并能验证患者在长时间的治疗过程中的动度变化问题，为临床PTV外放范围提供客观准确依据[16]。目前，临床常用的颅内肿瘤放射治疗的固定方式主要是热塑膜固定，有小头膜、U型头膜、头颈肩膜3种热塑膜。不同的热塑膜对患者的固定作用有所差别。3种固定技术治疗全过程每隔60 s采集正交图像进行对比，校准误差的均值均为亚毫米级，满足立体定向放射治疗的固定需要。有部分对比校准误差数据较大，均为患者无法耐受治疗而产生位置移动，治疗师即中断治疗进行处理。其原因可能为：(1)本研究采用完全随机分组(只对处理因素随机化并未对受试对象因素区组随机化)，部分患者本身病情较重，耐受差，或因颅内肿瘤压迫产生谵妄等精神症状而可能发生较大位移。(2)热塑膜太紧造成患者耐受性降低。由于制膜时头枕规格使用不恰当，造成舒适性降低，治疗时随着时间延长，患者不自主移动的概率增加。另外，本研究中膜的冷却塑形时间为15 min，而30 min 仍不足以使其完全冷却成型，存在变形可能，造成摆位时舒适性和重复性下降[17]。文献报道个别热塑膜在24 h内还存在一定程度收缩[18]。故建议在病情允许时，在面膜制作24 h后进行CT定位。

本研究显示，3种固定技术均可达到CK临床体位固定要求。通过比较3种不同固定方式对颅内肿瘤治疗位置误差的分析，显示U型头膜为较佳选择。U型头膜组利用U型头膜与头颈肩板结合的固定方式，其优势主要有：(1)提高患者舒适性，保证摆位重复性及长时间治疗的固定稳定性。(2)实时颅骨影像追踪系统可以验证头膜固定效果，可以全程监控患者在长时间的治疗过程中体位的细微变化。其优势可能与以下因素有关：(1)与小头膜所用的头板比较，头颈肩板与治疗床的接触面积更大且承载患者大部分体质量，故头颈肩板与治疗床组合的固定效果更佳。(2)U型头膜将患者的下颌及部分颈部包裹，可满足头部肿瘤的固定要求；而头颈肩膜完全将患者颈肩部包括特别是喉部受压，弱化了舒适性，增加了患者长时间治疗过程中体位变化的可能。(3)应重视患者的心理因素。头颈肩膜包裹范围大，可引发精神过度紧张，引起肌肉僵硬体位变化；U型头膜较好地避免了这些问题。(4)部分女性患者留长发，会造成头颈肩膜过紧或重复性不佳。

针对上述情况，可做进一步的改进研究：(1)对于有谵妄等精神症状或其他原因无法耐受较长时间静躺治疗的患者，建议经临床处理症状改善后再行CK治疗。固定方式应尽量选用U型头膜加头颈肩板模式，无法纠正的应及时改用其他治疗方法。(2)延长热塑膜的冷却塑形时间，尝试在热塑膜制作后次日进行CT模拟定位。(3)有报道显示，应用发泡剂泡沫垫代替塑料头枕，使得患者头颈部塑形固定性更好，体位舒适性明显提高[19]，故可尝试设计前瞻性比对研究，探索更好的固定技术。另外，应进一步改进U型头膜和头颈肩板，以期研发出兼顾患者治疗准确性和舒适性的固定工具。

致谢：感谢福建医科大学附属协和医院曾邦伟对统计分析提供帮助。