ExacTrac 影像引导系统引导下不同固定方式对下肢放射治疗患者摆位误差的影响研究

贾卫娟，周 军，罗 灿，周一兵

（陆军军医大学第二附属医院肿瘤科，重庆 400037）

0 引言

下肢肿瘤主要包括软组织肉瘤（soft tissue sarcoma，STS）和恶性骨转移瘤，其临床表现包括疼痛、肿块、病理性骨折或功能性障碍。研究表明辅助性或姑息性放射治疗作为下肢肿瘤的主要治疗方法，能有效改善患者生活质量，降低局部复发率和远处转移率，并延长患者生存期[1-2]。然而区别于身体其他部位，下肢包含较灵活的髋关节、膝关节以及踝关节，其不自主运动性强且存在旋转问题，导致在放射治疗过程中患者的下肢固定效果不理想及摆位重复性差，因此有效的下肢固定方式在临床下肢肿瘤放射治疗中有着十分重要的作用。

ExacTrac 影像引导系统（BrainLAB，德国）作为一种新型的影像引导放射治疗（image-guided radiation therapy，IGRT）系统，包含1 套千伏级X 射线成像系统和1 个自由活动的6D 床。X 射线成像系统利用2 组成±45°斜交排列的X 射线球管和相对应的探测板即时成像验证患者体位，6D 床根据图像配准结果修正摆位误差并纠正患者体位[3]。因此，ExacTrac影像引导系统能够实现精准放射治疗，目前已被广泛应用于临床下肢肿瘤的放射治疗中。然而IGRT也存在其局限性，如治疗费用昂贵、辐射剂量较常规治疗更高等。因此，寻求一种更具普适性的摆位方案仍是放射治疗领域的重要研究方向。

基于以上现状，本研究参照个性化放射治疗的要求，分别采用真空负压垫、热塑膜、丁字鞋固定患者下肢，探究在ExacTrac 影像引导系统引导下不同固定方式对下肢放射治疗患者摆位误差的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料

1.1.1 研究对象

回顾性选取2019 年10 月至2022 年11 月期间于我院完成下肢肿瘤放射治疗的145 例患者，包含软组织肉瘤47 例（占比约32%）、恶性骨转移瘤98例（占比约68%）；其中男性95 例、女性50 例，年龄18～75 岁（中位年龄58 岁）；照射剂量为30～75 Gy，分次为6～30 次；照射部位为股骨100 例、胫骨27例、腓骨12 例、足部6 例。纳入标准：（1）无心衰、高血压、血栓及出血等严重不良反应症状者；（2）意识清晰，依从性好，能较好配合摆位。排除标准：（1）过度紧张焦虑患者；（2）过度疼痛患者。

1.1.2 仪器设备

本研究所用仪器设备包含飞利浦大孔径CT机、瓦里安Eclipse 计划系统、瓦里安Trilogy 加速器、BrainLAB ExacTrac 影像引导系统。

1.2 方法

1.2.1 体位固定

根据患者个体照射部位及其耐受性选取合适的固定方式，将其分为3 组：（1）真空负压垫组（A组）：患者仰卧或俯卧于真空负压垫上，调整体位，提高舒适度的同时确保真空负压垫能完全包裹患侧下肢部位，最后用真空泵抽气成型；（2）热塑膜组（B 组）：患者平躺于碳素纤维固定装置上，将加热过的热塑膜贴合患侧肢体，牵拉固定后冷却成型；（3）丁字鞋组（C 组）：患者平躺于治疗床上，患侧脚穿丁字鞋，足跟部木块置于固定的硬泡沫凹槽内，健侧腿视情况屈膝。本研究中A、B、C 组分别为46、50、49 例。

1.2.2 CT 定位与计划设计

所有患者均采用脚先进的方式，使用大孔径CT机进行定位扫描，扫描层厚及层间距均为5 mm。采集的CT 图像随后上传到服务器，由医生和物理师分别根据统一标准进行靶区勾画和计划设计。经医生确认无误后将计划及CT 图像分别传至加速器治疗系统和ExacTrac 影像引导系统。

1.2.3 位置验证与摆位误差

放射治疗技师摆位完成后，使用ExacTrac 影像引导系统进行位置验证，曝光参数选择100 kV、6.3 mAs。将扫描生成的X 射线影像与Eclipse 治疗计划系统（treatment planning system，TPS）生成的数字重建图像（digital reconstructured radiograph，DRR）进行融合比对，图像配准范围需覆盖靶区及靶区邻近骨性标志，配准方式为自动配准加手动确认，配准完成后可获得AP（前后）、SI（头脚）、LR（左右）、Yaw（绕AP 旋转）、Roll（绕SI 旋转）、Pitch（绕LR 旋转）共计6 个方向上的摆位误差值。用6D 床校正后再次扫描，若摆位误差值达到治疗要求（平移误差≤1.0 mm，旋转误差≤1.0°）则验证完成，实施治疗。否则重复以上步骤，直至摆位误差值满足治疗要求。

1.3 统计学分析

使用Microsoft Excel 录入各患者经ExacTrac 影像引导系统配准后的6D 方向摆位误差值，并制作图表。使用SPSS 20.0 统计软件计算摆位误差值的平均值与标准差；采用单因素方差分析摆位误差值的组间差异，事后多重比较采用最小显著差数法（least significant difference，LSD）检验，P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

本研究选取的145 例患者均在ExacTrac 影像引导系统的引导下进行放射治疗，共获得2 447 幅对比图像，其中A 组753 幅、B 组869 幅、C 组825幅。由于6D 方向上的摆位误差值存在正负值会影响统计结果，本研究拟对摆位误差绝对值进行统计分析。

不同固定方式下3 组患者的摆位误差值详见表1。结果表明，修正前6D 方向的摆位误差值都比较大。3 组患者在LR、AP 以及Roll 方向上的摆位差异有统计学意义（P<0.05）。LSD 事后检验显示在LR、AP 以及Roll 方向上，B 组的摆位误差值显著低于其他2 组，差异有统计学意义（P＜0.05）；在LR、AP 方向上，C 组的摆位误差值显著低于A 组，差异有统计学意义（P＜0.05）。由此可见，利用热塑膜固定患者可有效减小摆位误差。

表1 不同固定方式下3 组患者的摆位误差值比较

不同固定方式下3 组患者摆位误差值的分布图如图1 所示。可见，3 组患者的摆位误差值绝大部分在平移方向上≤4 mm，旋转方向上≤1°。而A、B、C 3组患者的摆位误差在LR 平移方向上≤1 mm 的占比分别为30.5%、42.9%和37.7%；在SI 平移方向上≤1 mm 的占比分别为28.8%、34.4%和25.1%；在AP平移方向上≤1 mm 的占比分别为26.8%、34.0%和26.4%；在Pitch 旋转方向上≤1°的占比分别为70.7%、64.1%和84.9%；在Roll 旋转方向上≤1°的占比分别为44.4%、56.2%和47.2%；在Yaw 旋转方向上≤1°的占比分别为56.4%、65.4%和62.3%。可见3 组患者的摆位误差值分布范围大，无法达到临床放射治疗精确性的要求。

图1 不同固定方式下3 组患者摆位误差值的分布图

经过二维ExacTrac 影像引导系统纠正后，不同固定方式下3 组患者修正后的摆位误差值详见表2。最终3 组患者的平移误差均可以控制为≤1 mm，旋转误差均可以控制为≤1°。

表2 不同固定方式下3 组患者修正后的摆位误差值

3 讨论

IGRT 利用先进的影像设备实时监控目标靶区及周围正常组织的变化，是精准放射治疗的先决条件[4-5]。一直以来，千伏级锥形束CT（cone-beam CT，CBCT）影像引导技术被认为是IGRT 技术的代表，该技术所采集的CT 图像质量接近诊断CT，能以CBCT图像与定位CT 图像的高重合度为依据，精确计算获得摆位误差。然而CBCT 影像引导技术存在图像采集时间较长、对患者的辐射相对较高以及其他技术条件限制的问题。Hoogeman 等[6]的研究表明，分次内系统误差会随着治疗时长的增加而增大。ExacTrac影像引导系统图像采集速度快，可实现即时X 射线成像，其拥有专利6D 融合技术，在实现快速图像配准的同时，大大缩短了影像验证时长[7]。而相对于获取一张CBCT 图像给患者带来的额外辐照剂量（30～50 mGy），ExacTrac 影像引导系统带来的额外辐照剂量仅为0.33～0.55 mGy，大大地减少了患者额外接收的照射剂量[8]。因此，本研究利用ExacTrac 影像引导系统分别对3 组患者进行位置验证。考虑到该系统对骨性组织外的软组织分辨力较低以及人为因素导致的误差，配准方式选择自动配准后手动确认。

现代调强放射治疗技术的要求为在最大程度提高肿瘤照射量的同时应最大程度减少周围正常组织的照射量，然而生理运动、摆位误差等成为了限制放射治疗精度的主要影响因素[9-10]。为了解决这个问题，临床上通常将临床靶区设置至计划靶区外扩边界，以确保目标靶区能够得到处方剂量的照射[10]。即便如此，仍然有可能造成射线脱离部分靶区及危及器官的受量增加，最终导致肿瘤放射治疗失败[11]。吴艳龙等[12]的研究表明，患者放射治疗中不采用外固定装置，仅靠自我控制，移位偏差最大可达2 cm。因此，在下肢肿瘤放射治疗前需要对患者进行体位固定。

下肢活动形式相对复杂，放射治疗中容易产生内旋、外展等问题，其对临床中的固定方式提出了更高的要求。临床中常用的固定方式有丁字鞋[12]、真空负压垫、热塑膜、发泡胶[13]、自制固定器[14]等。其中丁字鞋的固定方式成本低、操作简单，只需固定患侧脚，可有效减少对患者腿部皮肤的挤压和牵拉，其在临床下肢固定中发挥着重要作用[12]。真空负压垫的固定方式舒适性强，身体贴合度高。高宏等[15]的研究发现，利用真空负压垫固定的下肢放射治疗患者，连续4 周的摆位误差值无明显差异。热塑膜通过外覆盖的方式，能够控制患者因体位变化引起的摆位误差，其应用范围广[16]，但该方法仅仅适用于照射部位简单、无皮肤破损且配合度较高的患者。本研究对这3 种常见的固定方式进行了对比分析，发现热塑膜固定方式在LR、AP 以及Roll 方向上的摆位误差值小于丁字鞋及真空负压垫固定方式（P＜0.05）；丁字鞋固定方式在LR、AP 方向上的摆位误差小于真空负压垫固定方式（P＜0.05）。文晓静等[17]利用CBCT 影像比较丁字鞋固定方式与真空负压垫固定方式，发现丁字鞋固定方式具有更小的摆位误差，与本研究结果一致，但其研究分析并未纳入热塑膜固定方式，而且使用丁字鞋固定存在设计照射视野时要考虑避开健侧下肢以及丁字鞋只有简单的大小号区分，容易出现不合脚、变形的问题。李瑞兰等[18]的研究结果显示真空负压垫固定方式的摆位效果优于热塑膜固定方式，与本次研究结果不同。可能的原因是：（1）我院使用真空负压垫固定的患者多行动不便，上下床过程中多次挤压真空负压垫造成其变形甚至漏气，且治疗过程中可能会出现强迫体位，从而导致摆位重复性变差；（2）不同医院真空负压垫的制作方式存在差异。有研究表明，真空负压垫的制作方式会对摆位误差造成影响[19]。

综上所述，IGRT 能有效减小患者的摆位误差，考虑到部分患者由于各方面的原因不能每次均在ExacTrac 影像引导系统引导下进行放射治疗，因此可通过热塑膜固定方式提高下肢放射治疗中患者体位固定的精确性，推荐临床体位固定阶段优先考虑热塑膜固定方式。下一步研究将围绕以下2 个方面展开：（1）研究患者治疗过程中的移位情况，即分次内误差对结果的影响；（2）联合应用多种固定方式进行下肢固定，进一步实现个性化、精准化放射治疗。