ETX图像引导系统在盆腔肿瘤SBRT中的临床应用研究

凌莹桂 龙刚 李军

【摘要】目的：研究ExacTrac X射线图像引导系统（ETX）在盆腔肿瘤的立体定向体部放射治疗（SBRT）中的摆位误差纠正精度。方法：选择24例盆腔肿瘤SBRT 患者，在SBRT 治疗前，先用ETX获取六维治疗床校正前的误差和校正后的残余误差，再利用锥形束CT（CBCT）获取验证误差，并对获取的上述三组误差值进行数据分析。结果：六维治疗床校正前各方向上的误差值相对较大，其中Xt范围为-7.88～7.37 mm，Yt范围为-7.7～8.37 mm，Zt范围为-7.43～7.82 mm，Xr范围为-2.78°～2.43°，Yr范围为-2.38°～2.21°，Zr 范围为-2.51°～2.46°;ETX校正后的残余误差比校正前的预摆位误差明显减少（P <0.05），其中校正后各方向平移误差均小于2 mm，旋转方向误差均小于1°;ETX 与CBCT所获平移验证误差值相减的差值很小，且差值占比绝大多数（>94%）落在了0～1mm误差的区间上。结论：对于盆腔肿瘤SBRT， ETX 的误差纠正能力媲美CBCT，可以代替CBCT，满足高精度的治疗要求。

【关键词】盆腔肿瘤; SBRT; ETX;摆位误差; CBCT

【中图分类号】R737.3【文献标识码】A 【文章编号】2096-5249（2022）15-0185-04

立体定向放射治疗（Stereotactic Radiation Therapy ， SRT）技术对特征是将高能量放射线聚焦照射在某一局部靶区内，摧毁该区域内的所有组织或引起所需要的生物学效应，达到类似外科手术的效果，靶区外围的放射剂量呈梯度锐减。SRT 技术对治疗精确度（包括定位精度、摆位精确、设备精度）要求都很高[1-2]。随着技术进步和设备对不断发展，体部立体定向放射治疗（SBRT）在临床上的应用也越来越广，能够实现良好的局部控制，降低并发症发生率，提高患者的生存率，但治疗中需要设定更小的摆位边界以减少对正常组织的辐射，因此采用图像引导技术来提高治疗精度至关重要[3-4]。

目前锥形束 CT（CBCT）图像引导技术被国内外广泛使用，其优势是图像分辨率及误差纠正精度高，但存在操作繁琐、耗时等缺点[5-6]。而Brainlab公司生产的ExacTrac X-Ray（ETX）图像引导系统具有操作简单、快速、低剂量等特点，但现有文献中关于 ETX 的临床应用研究多集中在头部、胸部等区域[7]，且普遍认为 ETX 误差纠正精度媲美 CBCT。但 ETX 在盆腔肿瘤中的应用研究较少，而本文以盆腔肿瘤 SBRT 为例，研究 ETX 圖像引导系统对其摆位误差的纠正精度。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选择2020年7月至2020年12月在本院接受 SBRT 放射治疗的24例盆腔肿瘤患者，其中宫颈癌患者8例，前列腺癌5例，膀胱癌4例，直肠癌男性7例;年龄38～68（47.12±3.25）岁。

纳入标准：患者均具备明确放射治疗适应证且初次接受放疗;研究方案经患者或其授权人签署知情同意书。

排除标准：中途退出者;依从性差者。

1.2 体位固定、CT扫描及iPlan计划设计

体位固定：本研究所有患者均采用仰卧位体位，并采用固定体架+热塑体膜进行体位固定。

CT 扫描：使用美国通用电器（GE）64排大孔径 CT 对患者进行扫描，扫描层厚2.5 mm，并将获取的 CT 图像传至Brainlab的iPlan治疗计划系统。

iPlan计划设计：放疗医生利用iPlan计划系统勾画计划靶区（PTV）和危及器官（OARs），并确定处方剂量及 OARs 的剂量限定。放疗物理师利用iPlan系统进行 SBRT 的计划设计，并设计好的iPlan计划通过网络传至 Varian IX 型电子直线加速器进行执行。此外，放疗物理师还需将患者计划 CT 图像通过网络传至 ETX 图像引导系统。

1.3 ETX和CBCT误差值获取

（1）获取 ETX 校正前的预摆位误差。患者固定在治疗床上，安装“鱼叉”型定位参考架和定位臂，利用激光灯进行常规摆位。红外线光学定位仪根据“鱼叉”型定位参考架上6个定位球的位置引导治疗床移动到预定位置。用双 KV-X 射线成像系统拍摄一组正交 X 射线片，其中管电压、管电流分别设置为120 kV 和 25 mAs。将正交 X 射线片与计划 CT 数字重建影像 （DRR）进行骨性标记图像配准即可得到六个方向的预摆位误差值，这六个误差值方向分别是 X 方向（患者左右方向）的平移误差（Xt）、Y 方向（患者头脚方向）的平移误差（Yt）、Z 方向（患者前后方向）的平移误差（Zt）及围绕 X、Y 及 Z 个方向的旋转角度Xr、Yr和 Zr。

（2）获取 ETX 校正后的残余误差。由于六维治疗床不仅可以实现 X、Y 及 Z 三个方向的平移运动控制，还能对治疗床进行俯仰以及左右方向的旋转校正，至于身体长轴方向的旋转可通过调整治疗床的转角校正，所以通过六维治疗床可以校正上述第一步获取的平移误差和旋转误差。校正之后，再次拍摄一组正交 X 射线片，并与 DRR 射线片再次融合匹配，即可得到校正之后六个方向的残留误差值。

（3）获取 CBCT 验证误差。在完成上述步骤之后，紧接着用 Varian IX 型加速器自带的 CBCT 进行机架旋转扫描，经过三维重建算法生成三维图像，将生成的三维图像与计划 CT 图像进行骨性标记图像配准，并记录下此刻的 X、Y 和 Z 三个方向的验证误差值Xt、Yt和Zt，记录结束后，只要测得的Xt、Yt和Zt满足临床要求（≤2 mm），则无需进行 CBCT 误差修正。

1.4 数据分析

使用 SPSS 20.0软件进行统计学数据分析。经 Shapiro-Wilk 方法检验，符合正态分布的数据，计量资料采用（ x（—）± s ）描述，组间差异采用配对 t 检验，以 P <0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 ETX校正前后误差对比

24例患者总计治疗次数是113次，平均每例患者治疗次数为4.7次，患者每次治疗前都需进行 ETX 和CBCT 验证并记录误差值。六维治疗床校正前后 ETX 系统获取的六个方向上的误差统计结果可以明显看出： ETX 校正后，平移误差和旋转误差均明显减少，且由统计学意义（P<0.05），见表1。

2.2 误差分布

从24例患者共113次治疗所获平移误差和旋转误差的误差分布图中可以明显看出：ETX 校正前各方向上的误差值相对较大，其中Xt范围为-7.88～7.37 mm，Yt范围为-7.71～8.37 mm，Zt范围为-7.43～7.82 mm，Xr范围为-2.78°～2.43°，Yr范围为-2.38°～2.21°，Zr 范围为-2.51°～2.46°;ETX 校正后各方向上的误差值明显减小，校正后平移误差小于等于2 mm，旋转方向误差均小于1°。见图1、图2。

2.3 ETX残余误差与CBCT验证误差差值占比

六维治疗床校正后，ETX 与 CBCT 所获平移误差值相减的差值区间占比：该差值占比可在一定程度上反映 ETX 和 CBCT 这两个图像引导系统的差异性，我们从表2中可明显看出，尽管两个系统所获误差值存在一定差值，但绝大多数情况（>94%）的占比落在了0～1 mm 误差的区间上，这说明这两个系统的结果非常接近，见表2。

3 讨论

在肿瘤的放射治疗中，由于 SBRT 具有单次大剂量、剂量梯度高等特点，其临床效果往往比常规分割治疗更加明显，但 SBRT 对治疗位置的精确性的要求更高，在实施治疗前，必须对患者进行图像引导以减少由于摆位、器官运动等造成的位置误差[8]。目前 CBCT 是被国内广泛使用并被认可的一种精确度高的放射治疗图像引导系统，其通过将多序列的 KV 图像进行三维重建，图像分辨率高并能实现骨性配准和灰度配准，所获误差的精确度高，但也有自身一些缺点，例如操作复杂，患者所受剂量相对较高，只能实现四维误差纠正（即实现 X、Y 及 Z 三个方向的平移误差和 Z 方向上的旋转误差纠正）等缺点[9]。而 ETX 图像引导系统在国内的应用相对较少，其成像系统由两个正交的 KV 级 X-射线球管和两个正交的平板探测器构成，与 CBCT 系统相比，图像分辨率较差[10]，但 ETX 有五个显著优势：（1）验证剂量更低，根据Kan等[11]和Jennifer等[12]研究成果，28～35次的 ETX 验证体位所受的剂量才相当于1～2次 CBCT 驗证所受到的剂量;（2）验证过程耗时更短，整个过程耗时1～2min，而CBCT 整个过程需要3～4分钟;（3）可以实现六维误差纠正（即 X、Y 及 Z 方向的平移误差和旋转误差的纠正）;（4）可以实时位置监控。

在本研究中，首先对24例盆腔肿瘤 SBRT 患者的 ETX 摆位误差进行了分析，从表1、图1及图2可以看出经过 ETX 六维治疗床的误差校正，患者六个方向上的平移误差和旋转误差明显减少（P<0.05），且平移误差小于2 mm，旋转误差小于1°，这说明 ETX 确实能显著减少患者的摆位误差。此外，本文还研究了 ETX 和 CBCT 的差异性问题，在对患者进行 ETX 位置校正后，并没有立即进行治疗，而是用 CBCT 验证系统进行了再次验证，将获得的误差值与 ETX 校正后的误差值进行“差值”分析，通过表2可知： CBCT 和 ETX 两个系统所获误差值存在还是存在一定差值，但它们之间的差值占比绝大多数（94%以上）落在了0～1 mm 误差的区间上，这说明这两个系统的误差结果非常接近，有理由认为这两个系统的可靠性是一致的。CBCT 和 ETX 这两个图像引导系统产生的误差值差异的原因可能如下：（1）图像融合算法不一样;（2）ETX 射线图像引导系统仅拍摄了两张正交的 X 射线片，成像质量不是很好，而 CBCT 系统通过将多组序列的 KV-X 图像进行三维重建，影像的分辨率更高。

尽管 ETX 系统采集的图像没有 CBCT 分辨率高，但通过与 CBCT 系统进行平移误差的差值比较，两者平移误差值的差别非常小，所以 ETX 完全可以代替 CBCT。且 ETX 图像引导系统配合六维治疗床不仅能纠正平移误差，还能纠正三个方向上的旋转误差，可以满足 SBRT 超高精度的治疗要求。此外，ETX 还有耗时短、剂量低、实时监控等优势，故 ETX 在盆腔肿瘤 SBRT 治疗中具有显著的临床应用价值。

参考文献

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（收稿日期：2021-09-27）