射波刀六维颅骨追踪方式治疗脑转移瘤的体位误差分析

张鹏飞 刘吉平马佳怡

癌症患者发生脑转移的概率有20%~40%，其中肺癌患者为36%~64%，乳腺癌患者为15%~25%，黑色素瘤、结直肠癌和肾癌也有少数患者发生脑转移［1］。脑转移瘤患者的临床治疗包括手术、全脑放疗（whole brain radiation，WBRT）和立体定向放射治疗（stereotactic radiotherapy，SRT）［2］。虽然全脑放疗可以提高多发脑转移瘤的控制率，但是放射剂量大，照射范围广，对正常组织损伤较大，不能延长患者的总生存期，而且会增加患者神经系统的毒副作用风险［3］。随着精准放疗技术的不断发展，立体定向放射治疗成为研究热点，特别是射波刀的出现和应用。SRT能够有效控制靶区剂量和范围，对邻近的正常组织影响很小，可以对脑转移瘤病灶进行有效的照射［4］。射波刀（cyberknife，CK）是一种无创治疗方式，主要由治疗机械手、紧凑型加速器、目标定位系统、呼吸追踪系统等组成，可以实现亚毫米级别的高精度治疗［5］。第六代射波刀系统剂量率可达1,000 MU/min，具有三种不同形式的准直器系统，可以针对不同大小的肿瘤靶区进行高精度、高疗效、高适形性的治疗［6］。在实际放射治疗实施过程中，如果实际位置与预期的位置偏差较大，可能会导致追踪精度达不到要求，从而影响患者的治疗效果。因此，本研究针对脑转移瘤患者，采用第六代射波刀治疗系统的六维颅骨追踪（six dimensional-skull tracking，6D-skull）方式进行放射治疗，并对治疗期间的体位误差变化进行分析。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选取本院2021年9月至12月接受第六代射波刀治疗的50例脑转移瘤患者，其中肺恶性肿瘤占多数，共有36例。男33例，女17例；年龄为10~76岁，中位年龄60岁；进行2~7次治疗；平均治疗时间30 min，该研究所有患者卡氏功能状态评分（Karnofsky，KPS）＞70分。

1.2 治疗方法 50例患者体位固定方式均采用头枕+塑型垫+头颈肩热塑膜，根据临床要求采用“十”字线标记定位中心。采用Philips 16排螺旋CT定位。扫描条件：扫描层厚为1 mm，连续扫描，管电压为120 kV，管电流为320 mAs。扫描范围：超过头顶1 cm，超过鼻尖1 cm。扫描图像后传输至CyberKnife System医师工作站，由放疗医师进行靶区和危机器官勾画。然后由物理师在Accuray Precision计划系统进行计划设计，采用6D-Skull追踪方式。治疗实施过程中，通过实时X射线正交平片图像与数字重建图像（digital reconstructed radiograph，DRR）进行颅骨配准，治疗系统自动计算得出3个线性方向和3个旋转方向的体位误差，通过机器人交互技术移动治疗床，然后再次拍片进行颅骨位置配准，如果误差值在机械臂校准的范围内，且符合临床要求时则可以开始治疗，同时记录此时的六维方向误差值。六维方向校准阈值（绝对值）分别为 10 mm、10 mm、10 mm、1°、1°、3°，一般手动调整Yaw＜1°时再行治疗。

1.3 数据记录 治疗过程中每间隔90 s采集一组正交图像进行自动配准，并记录数值。如果计算出的误差值超出规定阈值则自动中断治疗，采用人工调整床值，当六维误差值达到阈值范围内后再继续治疗。六维方向定义如下：X轴为进出方向（INF+/SUP-）mm、Y轴为左右方向（LET+/RIG-）mm、Z轴为水平方向（ANT+/POS-）mm、Roll为左右旋转（R+/L-）°、Pitch为前后旋转（Head Up+/Head Down-）°、Yaw为钟摆旋转（CCW+/CW-）°。

1.4 统计学方法 采用SPSS 25.0统计软件。满足正态分布组间比较采用配对t检验，多组数据采用方差分析，结果以（）表示，以P＜0.05为差异有统计学意义。系统误差（∑）以体位误差的平均值表示，随机误差（）以体位误差的标准差表示。根据公式MPTV=2.5∑+0.7计算外放边界范围。

2 结果

2.1 绝对体位误差分析 50例患者在治疗过程中采集到6个方向共3,144组数据，分出三个线性方向和三个旋转方向体位误差（）。三个线性方向X、Y、Z的外放边界分别为1.00 mm、0.95 mm、0.71 mm。见表1。

表1 绝对体位误差分析

2.2 治疗前和治疗期间的绝对体位误差分析 X方向、Y方向、Z方向、R+/L-方向、Head Up+/Head Down-方向，差异有统计学意义（P＜0.05），CCW-CW方向差异无统计学意义（P＞0.05）。见表2。

表2 治疗前和治疗期间的绝对体位误差分析（）

表2 治疗前和治疗期间的绝对体位误差分析（）

方向 X（mm） Y（mm） Z（mm） Roll（°） Pitch（°） Yaw（°）治疗前 0.19±0.22 0.23±0.18 0.19±0.14 0.21±0.20 0.22±0.22 0.62±0.53治疗期间 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 治疗期间体位相对位移量误差分析 以治疗前的体位误差为基准D0，间隔90 s拍片配准误差为D1，体位相对位移量记为D=D1-D0，绝对值位移量为|D|，共得出2,880组数据。见表3。

表3 治疗期间体位相对位移量误差分析

2.4 治疗期间三个时间段的绝对体位误差分析 将每个患者每次治疗期间采集到的误差数据按照时间顺序平均分为三个阶段，即前期、中期、后期。数据分析显示，体位误差随着治疗时间而增大，见表4。

表4 治疗期间三个时间段的绝对体位误差分析（）

表4 治疗期间三个时间段的绝对体位误差分析（）

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 治疗期间6个方向误差数据相关性分析 对治疗期间采集到的6个方向误差数据进行两两相关性分析，采用Pearson分析方法。结果显示，X-Y、Y-Z及Z-Yaw不具有相关性（P＞0.05），其他组别两两相关性均具有统计学意义（P＜0.05）。其中，X-Pitch和Y-Roll具有较强正相关性，其余存在较弱正相关性。见表5。

表5 治疗期间6个方向误差数据相关性分析

3 讨论

放射治疗的目的在于破坏肿瘤细胞，同时最大程度上减小对周围正常组织的伤害。精准放疗的关键在于在患者每次放疗过程中能否精准实施治疗计划，患者体位的准确性和重复性将直接影响最终的治疗效果［7］。研究发现，3%~5%的剂量误差就会造成放疗有效率的降低，同时增加正常组织并发症发生率［8］。图像引导技术可以有效保证患者在放射治疗时体位的准确性，从而提高放射治疗的精确度。然而，目前大多数图像引导技术只能帮助患者治疗前的体位误差纠正，对于治疗期间的体位变化无法进行监测。对于进行立体定向放射治疗的脑转移瘤患者，因其单次剂量相对较大，治疗时间较长，患者在治疗过程中的体位可能会发生较大变化，进而影响靶区的受照剂量。随着CyberKnife在立体定向放射治疗中的开展使用，其在治疗期间也可以进行图像引导的功能，有效保证了放射治疗过程中的准确性。

在本研究中，通过对CyberKnife治疗的50例脑转移瘤的误差数据分析得出，在三个线性方向X、Y、Z的外放边界分别为1.00 mm、 0.95 mm、 0.71 mm。由治疗前和治疗期间的误差数据分析可以看出，除Yaw方向外，其余5个方向在治疗前和治疗期间的误差值差异均有统计学意义（P＜0.05），并且6个方向的体位误差在治疗期间随着治疗时间有所增大，其原因可能是由于CyberKnife治疗时间较长，平均在30 min左右，患者在治疗过程中难免会发生体位变化。不过在本研究中，50例患者的KPS评分均＞70分，其身体状况及自我意识控制处于良好状态，具备较好的单次长时间放射治疗的依从性，并且治疗过程中体位变化产生的误差均处于机械臂可修正范围内。同时所有患者均采用头颈肩热塑膜+个体化塑型垫［9］的固定方式，这种固定方式可以提高患者的舒适度，从而减小治疗过程中的体位变化。另外在本研究中，Yaw方向误差值相比其他方向的误差值较大，这是由于治疗床为五维床，该方向的调整依靠手动调节，在实际摆位过程中无法达到另外五个方向自动调节的准确度和灵活性。王涛等［10］研究表明，治疗床修正值大小对于治疗精度是有影响的，当三个线性方向修正值控制在3 mm内，三个旋转方向分别控制在0.7°、0.7°、1°内，可以保证靶区追踪的总体精度。在治疗过程中尽量减小平移和旋转误差修正值可以提高总体治疗精度，在本研究中，治疗前的平移和旋转误差修正值基本保证在0.5 mm和0.5°以内，并且在治疗期间如果发现平移和旋转误差修正值存在逐渐变大趋势或超出机械臂修正范围，则中断治疗，通过移动治疗床或重新调整患者体位使误差修正值达到治疗要求后再继续治疗。

在本研究中选择拍片间隔时间为90 s，由此得出的误差分析符合临床治疗的要求。董洋等［11］研究表示过多的拍片频次会增加患者的受照剂量。在实际治疗实施过程中，对6D-skull追踪方式治疗脑转移瘤患者的图像引导验证可以采用90 s的拍片间隔，这样可以保证治疗精度，同时减少了治疗时间，提高治疗效率，并且降低了附加剂量。黄家文等［12］研究显示放射治疗过程中旋转误差对平移误差有较大影响，减少旋转误差可以提高摆位精确度。牛保龙等［4］研究也表示不同方向之间的体位误差具有相互关联性。本研究中的数据分析结果显示，X-Y、Y-Z及Z-Yaw不具有相关性（P＞0.05），其他组别两两相关性均具有统计学意义（P＜0.05）。其中，X-Pitch和Y-Roll具有较强正相关性，其余存在较弱正相关性。

综上所述，6D-skull追踪方式在脑转移瘤的SRT治疗中，可以对患者治疗前的摆位误差进行很好的修正，并且能够保证在治疗期间实时监测患者体位变化。数据分析得出外放边界X、Y、Z分别为1.00 mm、0.95 mm、0.71 mm，进一步为临床医师进行靶区勾画及外放范围提供依据。