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ETX圖像引導(dǎo)系統(tǒng)在盆腔腫瘤SBRT中的臨床應(yīng)用研究

2022-05-30 12:30:37凌瑩桂龍剛李軍
醫(yī)學(xué)食療與健康 2022年15期

凌瑩桂 龍剛 李軍

【摘要】目的:研究ExacTrac X射線圖像引導(dǎo)系統(tǒng)(ETX)在盆腔腫瘤的立體定向體部放射治療(SBRT)中的擺位誤差糾正精度。方法:選擇24例盆腔腫瘤SBRT 患者,在SBRT 治療前,先用ETX獲取六維治療床校正前的誤差和校正后的殘余誤差,再利用錐形束CT(CBCT)獲取驗證誤差,并對獲取的上述三組誤差值進行數(shù)據(jù)分析。結(jié)果:六維治療床校正前各方向上的誤差值相對較大,其中Xt范圍為-7.88~7.37 mm,Yt范圍為-7.7~8.37 mm,Zt范圍為-7.43~7.82 mm,Xr范圍為-2.78°~2.43°,Yr范圍為-2.38°~2.21°,Zr 范圍為-2.51°~2.46°;ETX校正后的殘余誤差比校正前的預(yù)擺位誤差明顯減少(P <0.05),其中校正后各方向平移誤差均小于2 mm,旋轉(zhuǎn)方向誤差均小于1°;ETX 與CBCT所獲平移驗證誤差值相減的差值很小,且差值占比絕大多數(shù)(>94%)落在了0~1mm誤差的區(qū)間上。結(jié)論:對于盆腔腫瘤SBRT, ETX 的誤差糾正能力媲美CBCT,可以代替CBCT,滿足高精度的治療要求。

【關(guān)鍵詞】盆腔腫瘤; SBRT; ETX;擺位誤差; CBCT

【中圖分類號】R737.3【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2096-5249(2022)15-0185-04

立體定向放射治療(Stereotactic Radiation Therapy , SRT)技術(shù)對特征是將高能量放射線聚焦照射在某一局部靶區(qū)內(nèi),摧毀該區(qū)域內(nèi)的所有組織或引起所需要的生物學(xué)效應(yīng),達到類似外科手術(shù)的效果,靶區(qū)外圍的放射劑量呈梯度銳減。SRT 技術(shù)對治療精確度(包括定位精度、擺位精確、設(shè)備精度)要求都很高[1-2]。隨著技術(shù)進步和設(shè)備對不斷發(fā)展,體部立體定向放射治療(SBRT)在臨床上的應(yīng)用也越來越廣,能夠?qū)崿F(xiàn)良好的局部控制,降低并發(fā)癥發(fā)生率,提高患者的生存率,但治療中需要設(shè)定更小的擺位邊界以減少對正常組織的輻射,因此采用圖像引導(dǎo)技術(shù)來提高治療精度至關(guān)重要[3-4]。

目前錐形束 CT(CBCT)圖像引導(dǎo)技術(shù)被國內(nèi)外廣泛使用,其優(yōu)勢是圖像分辨率及誤差糾正精度高,但存在操作繁瑣、耗時等缺點[5-6]。而Brainlab公司生產(chǎn)的ExacTrac X-Ray(ETX)圖像引導(dǎo)系統(tǒng)具有操作簡單、快速、低劑量等特點,但現(xiàn)有文獻中關(guān)于 ETX 的臨床應(yīng)用研究多集中在頭部、胸部等區(qū)域[7],且普遍認(rèn)為 ETX 誤差糾正精度媲美 CBCT。但 ETX 在盆腔腫瘤中的應(yīng)用研究較少,而本文以盆腔腫瘤 SBRT 為例,研究 ETX 圖像引導(dǎo)系統(tǒng)對其擺位誤差的糾正精度。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選擇2020年7月至2020年12月在本院接受 SBRT 放射治療的24例盆腔腫瘤患者,其中宮頸癌患者8例,前列腺癌5例,膀胱癌4例,直腸癌男性7例;年齡38~68(47.12±3.25)歲。

納入標(biāo)準(zhǔn):患者均具備明確放射治療適應(yīng)證且初次接受放療;研究方案經(jīng)患者或其授權(quán)人簽署知情同意書。

排除標(biāo)準(zhǔn):中途退出者;依從性差者。

1.2 體位固定、CT掃描及iPlan計劃設(shè)計

體位固定:本研究所有患者均采用仰臥位體位,并采用固定體架+熱塑體膜進行體位固定。

CT 掃描:使用美國通用電器(GE)64排大孔徑 CT 對患者進行掃描,掃描層厚2.5 mm,并將獲取的 CT 圖像傳至Brainlab的iPlan治療計劃系統(tǒng)。

iPlan計劃設(shè)計:放療醫(yī)生利用iPlan計劃系統(tǒng)勾畫計劃靶區(qū)(PTV)和危及器官(OARs),并確定處方劑量及 OARs 的劑量限定。放療物理師利用iPlan系統(tǒng)進行 SBRT 的計劃設(shè)計,并設(shè)計好的iPlan計劃通過網(wǎng)絡(luò)傳至 Varian IX 型電子直線加速器進行執(zhí)行。此外,放療物理師還需將患者計劃 CT 圖像通過網(wǎng)絡(luò)傳至 ETX 圖像引導(dǎo)系統(tǒng)。

1.3 ETX和CBCT誤差值獲取

(1)獲取 ETX 校正前的預(yù)擺位誤差?;颊吖潭ㄔ谥委煷采?,安裝“魚叉”型定位參考架和定位臂,利用激光燈進行常規(guī)擺位。紅外線光學(xué)定位儀根據(jù)“魚叉”型定位參考架上6個定位球的位置引導(dǎo)治療床移動到預(yù)定位置。用雙 KV-X 射線成像系統(tǒng)拍攝一組正交 X 射線片,其中管電壓、管電流分別設(shè)置為120 kV 和 25 mAs。將正交 X 射線片與計劃 CT 數(shù)字重建影像 (DRR)進行骨性標(biāo)記圖像配準(zhǔn)即可得到六個方向的預(yù)擺位誤差值,這六個誤差值方向分別是 X 方向(患者左右方向)的平移誤差(Xt)、Y 方向(患者頭腳方向)的平移誤差(Yt)、Z 方向(患者前后方向)的平移誤差(Zt)及圍繞 X、Y 及 Z 個方向的旋轉(zhuǎn)角度Xr、Yr和 Zr。

(2)獲取 ETX 校正后的殘余誤差。由于六維治療床不僅可以實現(xiàn) X、Y 及 Z 三個方向的平移運動控制,還能對治療床進行俯仰以及左右方向的旋轉(zhuǎn)校正,至于身體長軸方向的旋轉(zhuǎn)可通過調(diào)整治療床的轉(zhuǎn)角校正,所以通過六維治療床可以校正上述第一步獲取的平移誤差和旋轉(zhuǎn)誤差。校正之后,再次拍攝一組正交 X 射線片,并與 DRR 射線片再次融合匹配,即可得到校正之后六個方向的殘留誤差值。

(3)獲取 CBCT 驗證誤差。在完成上述步驟之后,緊接著用 Varian IX 型加速器自帶的 CBCT 進行機架旋轉(zhuǎn)掃描,經(jīng)過三維重建算法生成三維圖像,將生成的三維圖像與計劃 CT 圖像進行骨性標(biāo)記圖像配準(zhǔn),并記錄下此刻的 X、Y 和 Z 三個方向的驗證誤差值Xt、Yt和Zt,記錄結(jié)束后,只要測得的Xt、Yt和Zt滿足臨床要求(≤2 mm),則無需進行 CBCT 誤差修正。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用 SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)分析。經(jīng) Shapiro-Wilk 方法檢驗,符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù),計量資料采用( x(—)± s )描述,組間差異采用配對 t 檢驗,以 P <0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 ETX校正前后誤差對比

24例患者總計治療次數(shù)是113次,平均每例患者治療次數(shù)為4.7次,患者每次治療前都需進行 ETX 和CBCT 驗證并記錄誤差值。六維治療床校正前后 ETX 系統(tǒng)獲取的六個方向上的誤差統(tǒng)計結(jié)果可以明顯看出: ETX 校正后,平移誤差和旋轉(zhuǎn)誤差均明顯減少,且由統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),見表1。

2.2 誤差分布

從24例患者共113次治療所獲平移誤差和旋轉(zhuǎn)誤差的誤差分布圖中可以明顯看出:ETX 校正前各方向上的誤差值相對較大,其中Xt范圍為-7.88~7.37 mm,Yt范圍為-7.71~8.37 mm,Zt范圍為-7.43~7.82 mm,Xr范圍為-2.78°~2.43°,Yr范圍為-2.38°~2.21°,Zr 范圍為-2.51°~2.46°;ETX 校正后各方向上的誤差值明顯減小,校正后平移誤差小于等于2 mm,旋轉(zhuǎn)方向誤差均小于1°。見圖1、圖2。

2.3 ETX殘余誤差與CBCT驗證誤差差值占比

六維治療床校正后,ETX 與 CBCT 所獲平移誤差值相減的差值區(qū)間占比:該差值占比可在一定程度上反映 ETX 和 CBCT 這兩個圖像引導(dǎo)系統(tǒng)的差異性,我們從表2中可明顯看出,盡管兩個系統(tǒng)所獲誤差值存在一定差值,但絕大多數(shù)情況(>94%)的占比落在了0~1 mm 誤差的區(qū)間上,這說明這兩個系統(tǒng)的結(jié)果非常接近,見表2。

3 討論

在腫瘤的放射治療中,由于 SBRT 具有單次大劑量、劑量梯度高等特點,其臨床效果往往比常規(guī)分割治療更加明顯,但 SBRT 對治療位置的精確性的要求更高,在實施治療前,必須對患者進行圖像引導(dǎo)以減少由于擺位、器官運動等造成的位置誤差[8]。目前 CBCT 是被國內(nèi)廣泛使用并被認(rèn)可的一種精確度高的放射治療圖像引導(dǎo)系統(tǒng),其通過將多序列的 KV 圖像進行三維重建,圖像分辨率高并能實現(xiàn)骨性配準(zhǔn)和灰度配準(zhǔn),所獲誤差的精確度高,但也有自身一些缺點,例如操作復(fù)雜,患者所受劑量相對較高,只能實現(xiàn)四維誤差糾正(即實現(xiàn) X、Y 及 Z 三個方向的平移誤差和 Z 方向上的旋轉(zhuǎn)誤差糾正)等缺點[9]。而 ETX 圖像引導(dǎo)系統(tǒng)在國內(nèi)的應(yīng)用相對較少,其成像系統(tǒng)由兩個正交的 KV 級 X-射線球管和兩個正交的平板探測器構(gòu)成,與 CBCT 系統(tǒng)相比,圖像分辨率較差[10],但 ETX 有五個顯著優(yōu)勢:(1)驗證劑量更低,根據(jù)Kan等[11]和Jennifer等[12]研究成果,28~35次的 ETX 驗證體位所受的劑量才相當(dāng)于1~2次 CBCT 驗證所受到的劑量;(2)驗證過程耗時更短,整個過程耗時1~2min,而CBCT 整個過程需要3~4分鐘;(3)可以實現(xiàn)六維誤差糾正(即 X、Y 及 Z 方向的平移誤差和旋轉(zhuǎn)誤差的糾正);(4)可以實時位置監(jiān)控。

在本研究中,首先對24例盆腔腫瘤 SBRT 患者的 ETX 擺位誤差進行了分析,從表1、圖1及圖2可以看出經(jīng)過 ETX 六維治療床的誤差校正,患者六個方向上的平移誤差和旋轉(zhuǎn)誤差明顯減少(P<0.05),且平移誤差小于2 mm,旋轉(zhuǎn)誤差小于1°,這說明 ETX 確實能顯著減少患者的擺位誤差。此外,本文還研究了 ETX 和 CBCT 的差異性問題,在對患者進行 ETX 位置校正后,并沒有立即進行治療,而是用 CBCT 驗證系統(tǒng)進行了再次驗證,將獲得的誤差值與 ETX 校正后的誤差值進行“差值”分析,通過表2可知: CBCT 和 ETX 兩個系統(tǒng)所獲誤差值存在還是存在一定差值,但它們之間的差值占比絕大多數(shù)(94%以上)落在了0~1 mm 誤差的區(qū)間上,這說明這兩個系統(tǒng)的誤差結(jié)果非常接近,有理由認(rèn)為這兩個系統(tǒng)的可靠性是一致的。CBCT 和 ETX 這兩個圖像引導(dǎo)系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差值差異的原因可能如下:(1)圖像融合算法不一樣;(2)ETX 射線圖像引導(dǎo)系統(tǒng)僅拍攝了兩張正交的 X 射線片,成像質(zhì)量不是很好,而 CBCT 系統(tǒng)通過將多組序列的 KV-X 圖像進行三維重建,影像的分辨率更高。

盡管 ETX 系統(tǒng)采集的圖像沒有 CBCT 分辨率高,但通過與 CBCT 系統(tǒng)進行平移誤差的差值比較,兩者平移誤差值的差別非常小,所以 ETX 完全可以代替 CBCT。且 ETX 圖像引導(dǎo)系統(tǒng)配合六維治療床不僅能糾正平移誤差,還能糾正三個方向上的旋轉(zhuǎn)誤差,可以滿足 SBRT 超高精度的治療要求。此外,ETX 還有耗時短、劑量低、實時監(jiān)控等優(yōu)勢,故 ETX 在盆腔腫瘤 SBRT 治療中具有顯著的臨床應(yīng)用價值。

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(收稿日期:2021-09-27)

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