ExacTrac X 射线图像引导系统在食管癌调强放疗中摆位误差分析

马翔 李军 花威 桂龙刚 江苏省苏北人民医院放疗中心 （江苏 扬州 225001）

内容提要：目的：探讨ExacTracX射线图像引导系统在食管癌调强放疗全程验证中应用可行性。方法：收集2019年2月～2020年9月在本院接受调强放疗的20例食管癌患者为观察对象，采用ExacTracX射线图像引导系统全程实施图像引导放疗，分析3个平移方向误差及相对应的3个旋转方向上的误差。结果：采用Wilcoxon检验分析比较校正前后的摆位误差，20例食管癌患者获得校正前后各600组6D误差值。校正前后左右、腹背、头脚方向的平移误差分别为（1.978±1.945）mm、（0.289±0.344）mm、（2.515±2.449）mm和（0.332±0.453）mm、（2.892±2.782）mm、（0.381±0.463）mm。左右、腹背、头脚方向旋转摆位误差分别为（0.736±1.053）°、（0.149±0.308）°、（0.794±1.062）°和（0.221±0.366）°、（0.691±1.136）°和（0.241±0.393）°，各方向校正前后摆位误差的差异均有统计学意义。结论：ExacTracX射线图像引导系统能够有效校正摆位误差，可以明显地提高调强放疗的精度。

调强放疗是食管癌主要治疗手段之一。近年来，图像引导放疗（IGRT）技术应用于调强放疗中，图像引导放疗技术可以监测患者肿瘤形状和位置的改变，以适时进行靶区和位置的修正。对于胸部肿瘤，IGRT可以大幅度提高治疗的位置精度，从而增加肿瘤的放疗剂量，减少放疗副作用[1,2]。江苏省苏北人民医院放疗中心2019年1月引进德国博医来ExacTrac X射线图像引导系统（简称，ETX系统）由两个KV级X射线发生器和两个KV级X射线探测器，一个红外追踪监测器，六维床（6D），图像处理工作站组成。ETX系统通过红外线光学定位仪检测定位架上的红外标记球位置进行预摆位，再用X射线成像装置获取患者图像并与计划系统内数字重建图像进行匹配对比，获取摆位误差，最后用六维床修正摆位误差。ETX系统分析验证食管癌调强放疗的摆位误差，探讨该系统的可行性。

1.资料与方法

1.1 临床资料

选取2019年3月～2020年9月江苏省苏北人民医院放疗中心收治食癌管患者共20例，男12例，女8例，年龄53～73岁，中位年龄63岁，所有患者均病理证实为鳞状细胞癌，都能耐受放射治疗和图像引导放疗验证。照射次数30次，总剂量6000cGy/6周。

仪器设备：瓦里安IX直线加速器、博医来ETX图像引导放疗系统，瓦里安普通模拟机，GE公司大孔径CT模拟机。

1.2 方法

1.2.1 体位固定模拟定位

20例食管癌患者采用头胸体膜一体化方式，头胸体架患者仰卧于头胸体架固定板上的头枕上，双手抓住放在身体两侧碳素纤维棒，利用三维激光线调整患者体位，利用激光线摆位使鼻中隔与颈椎棘突和脐孔在一条连线上，以确定体中线与治疗床纵轴相互平行。升床在患者两侧及中间画上十字标记，确定患者碳素纤维底板的位置关系，随后制作体膜。

1.2.2 模拟定位和治疗计划设计

在普通模拟机，患者在头胸体膜上定中心和两侧标记线。采用大孔径CT进行扫描，扫描范围从环甲膜到膈肌下缘，定位图像传输到瓦里安治疗计划系统。医师勾画靶区和危及器官，物理师设计治疗计划，均采用IMRT计划。物理师将IMRT计划和计划CT发送至ExacTrac X射线图像引导系统，由ETX图像引导系统生成患者的DRR。所有患者在普通模拟机进行复位，验证等中心和标记线位置。

1.2.3 设置摆位误差的阈值和图像配准的范围

设置摆位误差的阈值（平移方向＜1mm，旋转方向＜1°）。胸部肿瘤患者图像配准的范围应包括食管靶区肿瘤周围的骨性标记在内，不包括心脏等活动器官。

1.2.4 摆位验证

所有患者在加速器摆位完成后，ETX系统利用红外定位监测器对放在患者靶区上面的专用定位参考架的6个标记小球进行追踪监测，确保工作站正确识别定位架的位置，并完成预摆位。技师在控制室内ETX系统工作站操作进行曝光验证。曝光图像与患者CT定位生成DRR图像进行匹配对比医师、物理师、技师共同参与图像的配准，采取自动配准为主和手动方式进行微调的配准方式，注意观察胸廓、肋骨、椎体的配准情况。得出校正前三个平移方向和三个旋转方向的摆位误差。利用六维床进行校正摆位误差，再次曝光一次，再次与DRR骨性配准一次，得到的摆位误差为校正后摆位误差。当摆位误差较小时，可在工作站的控制盒上进行校正，摆位误差较大时，工作站提示在机房内手控器进行校正。利用六维床进行校正后的摆位误差需在设置的摆位误差的阈值范围内，才可以进行治疗。

1.3 统计学分析

对校正前后6个方向的摆位误差进行统计学处理，采用SPSS17.0软件进行处理，摆位误差数据用±s表示，计量资料比较采用非参数Wilcoxon秩和配对检验。

2.结果

全部20名食管癌患者，每名患者做30次验证，共进行600次图像引导放疗，共得到校正前后600组摆位误差数据。对所有校正前后6个方向600组数据二者比较，P＜0.01。具体数据见表1。

表1.校正前后6个方向的摆位误差的比较

3.讨论

目前，调强放疗广泛应用于食管癌放疗中。IMRT的剂量学优势在于靶区内剂量能按处方要求分布，高剂量区紧紧包绕靶区，射野边缘区域剂量跌落明显。在长期的治疗过程中，摆位误差可能使高剂量分布区移至靶区附近的危及器官区域，也可能造成靶区漏照，影响治疗效果。以及摆位的重复性的好坏是影响治疗效果的关键因素之一[3]。目前，图像引导放疗ETX系统逐渐应用于临床，本研究组中校正前6个方向存在一定的摆位误差，校正前平移误差少数数值较大达到7mm以上，并且校正后腹背和头脚方向的误差极少数数值没有达到1mm以内，追踪摆位误差数据发现：①治疗后期患者体重下降与体膜的吻合程度发生变化，引起摆位误差增大。②极少数情况下摆位误差增大需要技师进入机房内进行操作验证，六维床运动幅度稍大引起固定体架发生移动，甚至重新摆位验证，才能把摆位误差校正在控制范围内。进一步说明每次放疗前进行位置验证，对摆位误差的监控和校正进行全程管理是很有必要的。本研究组病例采用固定效果相对较好的头胸一体架固定方式，体膜把患者胸部照射位置固定在碳素纤维板上，校正前三个平移方向的摆位误差均值都在3mm以内。

本研究组校正后校正后摆位误差校正在较小的范围内，说明ETX系统较高的验证精度。这与国内彭丽洁等[4]利用ETX系统验证骨转移癌相似。校正后的摆位误差也叫残余误差，反映ExacTrac X射线图像引导系统校正精度，主要与ExacTrac X射线图像引导系统拍摄的验证片与DRR匹配的精度有关。同时重视旋转误差的校正。以往认为旋转误差可以忽略，付秀根等[5]认为旋转误差在临床摆位中应引起足够重视，旋转误差会引起线性误差。旋转方向误差＞2°会使靶区剂量发生3%～5%的变化，需要对其校正。并把2°的旋转误差可以考虑作为误差的校正阈值[6]。本研究组＞2°的三个旋转方向摆位误差的比例分别为4.8%，6%，4%。靶区越长，旋转方向的误差影响越大[7]。靶区相对较长的食管癌而言，摆位验证时应引起注意。本研究组ExacTrac X射线图像引导系统通过六维床摆位误差的校正，主要解决了调强放疗过程中分次间摆位误差，也就是ExacTrac X射线图像引导系统与计划系统DRR图像相比较，放疗前未移动床的ExacTrac X射线图像引导系统扫描的误差。

同时，CBCT应用可以有效减少摆位误差，但存在操作验证时间长和额外剂量高的不足之处，ETX系统与CBCT相比较，具有以下优势：①额外剂量低，CBCT验证食管癌患者一般做8次CBCT。本研究组平均每例患者做ExacTrac X射线图像引导系统验证25次，25～35次IMRT患者每次ETX系统做验证，相当于1～2次CBCT的剂量[8]。对于剂量限制相对严格的脊髓和肺来讲，这样的额外剂量是很小的。②验证时间短，平均验证时间为2min。ETX系统根据红外定位架6个标记小球进行快速预摆位，准确查找治疗的等中心点，摆位方便快速而准确[9]。在本研究组中，对于耐受能力相对差的老年患者具有一定的优势。③骨配准的方式比较精准：本研究组全部采用自动骨配准加手动微调的方式。曹璐等[10]研究食管IGRT，使用骨性配准算法，并在自动配准的基础上采用手动微调的方式，取得满意的配准效果。本研究组大部分情况取得较满意的配准结果。图像配准范围应包括附近的骨性结构，由于ETX系统具有软组织分辨率低的不足之处，图像配准范围不宜过大，图像配准范围相对小时周围低分辨率组织得到抑制，可取得满意的配准效果[11]。

本研究不足：ETX系统需要与其他的影像引导系统进行联合应用验证调强放疗摆位误差。还需进一步进行对比研究。①ExacTrac X射线图像引导系统验证过程中不足之处校正精度需要CBCT验证，即ExacTrac X射线图像引导系统得到的校正后的摆位误差再进行CBCT扫描验证，进一步的验证ExacTrac X射线图像引导系统的校正精度。②充分利用ExacTrac X射线图像引导系统骨配准优势和CBCT软组织配准优势，两者联合应用校正摆位误差。

总之，ETX系统具有操作简便，额外剂量低，通过六维床分析校正前食管癌调强放疗6个方向的摆位误差，将校正后的摆位误差减少到较小的范围内，满足调强放疗精度要求。