崔相利，张利伟，费振乐，王宏志

1.中国科学院合肥肿瘤医院，安徽合肥230031；2.中国科学院合肥物质科学研究院/医学物理与技术中心/医学物理与技术安徽省重点实验室，安徽合肥230031

前言

脑立体定向放射治疗是一种集束、单次大剂量的放疗技术，靶区剂量梯度大，对靶区的定位精度要求高。刚性脑立体定向系统定位精度高，但对人体有创。近年来，图像引导技术迅速发展，其定位精度可达亚毫米量级［1-3］，自动化治疗床的精度也可达亚毫米量级［4-6］。图像引导的低温热塑膜脑立体定向放疗的定位精度与刚性立体定向放射治疗的定位精度相近［7-9］，具有较好的应用前景。图像引导的低温热塑膜定位系统可较好的修正摆位误差，但仍有残差。脑立体定向放射治疗的单次剂量相对较大，治疗时间较长，治疗中患者体位的改变较大［10］。这些都会影响靶区的剂量分布。目前，国内外的研究主要集中在摆位误差的测量方面［11-15］，但在摆位误差对剂量分布影响方面的研究较少。本文借助图像引导系统研究无框架脑立体定向放疗前的摆位误差和治疗中患者的体位变化，通过模拟治疗前的摆位误差和治疗中患者体位的变化对靶区剂量分布的影响，得到摆位误差对靶区剂量分布影响的定性关系，为临床实践提供参考。

1 资料与方法

1.1 病例选择

选取2015年4月～2017年12月入组的无框架脑立体定向放射治疗的患者10例，男性4例、女性6例，患者年龄14～62岁，中位年龄45岁。

1.2 材料设备

采用瑞典医科达公司Axesse 医用直线加速器，配备80 对在等中心处投影宽度为5 mm 的多叶准直器叶片（Multi-Leave Collimators,MLC）、图像引导系统（XVI）、自动化治疗床（Hexapod）及Xio计划系统。采用荷兰飞利浦公司16 排大孔径螺旋CT 模拟定位机进行定位CT扫描。

1.3 计划设计

采用低温热塑膜和放疗体架固定患者体位。大孔径CT模拟定位机做患者头部CT扫描，扫描条件：电压120 kV，电流300 mA，层厚3 mm，层间距3 mm。将定位图像通过网络传至Xio 计划系统进行三维重建，放疗医师根据临床检查勾画肿瘤靶区。X射线能量为6 MV，80%的等剂量线为放疗处方剂量。在Xio计划系统中，采用共面或非共面技术分别设计10例患者的放疗计划，定义为Plan A。

1.4 误差分析

放疗计划通过网络传递到MOSAQ管理系统，根据定位等中心与治疗等中心的坐标差，移动治疗床，完成患者复位。每次治疗前，扫描锥形束CT（Cone-Beam CT,CBCT）图像，借助XVI 软件进行CBCT 与计划CT 图像配准，获得摆位误差（放疗前摆位误差）。利用自动化治疗床修正平移摆位误差（左右：X，头脚：Y，背腹：Z）及旋转摆位误差（绕X轴旋转：α,绕Y轴旋转：β，绕Z轴旋转：γ）。每次治疗结束，再次扫描CBCT 并与计划CT 图像配准，获得治疗过程中患者体位的变化（放疗中摆位误差）。

1.5 误差对剂量分布的影响

在Xio 计划系统中，保持Plan A 各射野参数不变，手动移动放疗计划射野等中心点的坐标，使其等于平移摆位误差值，并进行剂量计算。其中，放疗计划射野等中心坐标平移值为放疗前平移摆位误差值的放疗计划定义为Plan B；放疗计划射野等中心坐标平移值为放疗中平移摆位误差值的放疗计划定义为Plan C。借助计划靶区（Planning Target Volume,PTV）的适形度（Coverage Index,CI）［16］、平均剂量（Dmean）和最大剂量（Dmax）评估平移摆位误差对剂量分布的影响。其中，CI= (TVdp)2/(TV·Vdp) 。TVdp、TV和Vdp分别为处方剂量包绕的计划靶区体积、计划靶区体积和处方剂量包绕的体积。理想状态下，放射治疗计划的CI=1。CI 值越小，PTV 的剂量适形度越差。

1.6 统计学分析

采用SPSS 19.0 软件进行统计学分析，数据用均值±标准差表示。Plan B和Plan C与Plan A各项指标间的比较采用配对t检验，P＜0.05代表差异有统计学意义。

2 结果

2.1 放疗前摆位误差

采集了10例无框架脑立体定向放疗患者每次放疗前的摆位误差，并对治疗分次数求平均值及其标准差，结果如图1 所示。头脚方向最大摆位误差为（-5.2±0.8）mm。同时，对10例脑立体定向放疗患者的每个方向摆位误差求平均数，可得整个组群的治疗前摆位误差，结果如表1中所示。整个组群在头脚方向的摆位误差相对较大，且最大值为4.13 mm。此外，本文还计算了治疗前摆位误差的平移量（三维向量）为（3.40±1.14）mm。

2.2 放疗中摆位误差

采集了10例无框架脑立体定向放疗患者每次放疗中的摆位误差，对治疗分次数求平均值，可获得每位患者放疗中的摆位误差，结果如图2 所示。同样，也分析计算了10例患者放疗中的摆位误差平均值，结果如表1所示，放疗中摆位误差最大值小于1 mm。对比放疗前和放疗中的摆位误差，证明图像引导系统联合自动化治疗床可显著降低摆位误差，使摆位误差降低在亚毫米量级。

2.3 放疗前和放疗过程中平移摆位误差对PTV 剂量分布的影响

因本研究中脑立体定向放射治疗对危及器官的影响较小，所以本文只分析了摆位误差对PTV剂量分布的影响。分别计算了PTV在PlanA、Plan B和Plan C中的CI、Dmean和Dmax，及Plan B和Plan C的CI、Dmean和Dmax相对于Plan A的比值RCI、RDmean、RDmax：

RCI=CI（Plan B或Plan C）/CI（Plan A）

RDmean=Dmean（Plan B或Plan C）/Dmean（PlanA）-1

RDmax=Dmax（Plan B或Plan C）/Dmax（Plan A）-1

结果如表2 所示。放疗前摆位误差使RCI 由1.00±0.00降低为0.81±0.17（P=0.007，t=-3.494)，差异具有统计学意义；同时使RDmean由0.00%±0.00%升高为1.56%±1.15%（P=0.002,t=4.304 ），差异也具有统计学意义。放疗中摆位误差对PTV剂量分布的影响很小，且无统计学意义，可忽略。因此，图像引导无框架脑立体定向放射治疗满足临床定位要求的精度。

图1 放疗前摆位误差Fig.1 Setup errors before radiotherapy

表1 10例无框架脑立体定向放疗患者放疗前和放疗中摆位误差的平均值和最大值Tab.1 Maximum and mean values of setup errors before and during frameless intracranial stereotactic radiotherapy in 10 cases

3 讨论

脑立体定向放射治疗是一种集束、单次大剂量的放疗技术。靶区剂量梯度大，患者定位精度要求高。早期刚性脑立体定向系统在脑部所建立的三维坐标可在肿瘤定位、治疗计划设计、放射治疗等整个流程中保持不变，大大减少了流程中误差的产生，使得肿瘤的定位精度较高。但这种脑立体定向系统对人体有创，且24小时内要完成放疗计划的设计和治疗。时间上限制了物理师对放疗计划的充分优化。低温热塑膜易加工，无创，相对较舒适，图像引导系统可降低摆位误差。两者结合的图像引导的热塑膜定位系统更适合临床需求，是未来立体定向放疗的方向。本文研究表明，图像引导的热塑膜定位系统使放疗前摆位误差（3.40±1.14）mm降低为放疗中的摆位误差（0.36±0.12）mm，较好的修正了摆位误差。由放疗中的摆位误差结果可知，每次放疗过程中患者体位变化较小，在亚毫米量级。因此，图像引导的无框架脑立体定向放射治疗满足了定位精度的要求。北京大学肿瘤医院的张淑慧等［8］研究了TrueBeam图像引导的热塑膜定位系统对不同部位肿瘤的摆位误差，结果显示头部肿瘤的摆位重复性最好，摆位误差在毫米量级。Masi等［17］、Tryggestad等［18］和Haertl等［19］分别研究了图像引导的不同热塑膜定位系统的摆位误差，结果得出不同热塑膜间的摆位误差相似，都在毫米量级。本研究的结果与上述结果一致。

此外，研究结果显示摆位误差在头脚方向（Y）的值相对较大。这是因为患者定位、复位时颈部弯曲程度不同引起的。后期可通过发泡胶或热塑膜联合牙胶等定位技术，减小颈部扭曲的变化，降低头脚方向的摆位误差，缩短摆位时间。

Xio放疗计划等中心只可改变平移的坐标值，所以本文只分析了放疗前和放疗中平移摆位误差对靶区剂量分布的影响。放疗前平移摆位误差使PTV的CI 降低了19%。因此，每次治疗前扫描CBCT 图像，修正摆位误差是必须的。而放疗中平移摆位误差对PTV 的CI、Dmean的影响很小，可予以忽略。Sarkar等［20］利用数学方法把六维摆位误差转化为三维摆位误差，并通过计划系统和模体研究了三维摆位误差对剂量分布的影响。Sarkar 研究结论与本文的研究都证明图像引导的无框架脑立体定向放射治疗满足治疗中剂量精度的要求。

图2 放疗中摆位误差Fig.2 Setup errors during radiotherapy

表2 Plan B和Plan C的计划靶区参数值相对于Plan A的计划靶区参数值（±s）Tab.2 Parameters of planning target areas in Plan B and Plan C compared to Plan A(Mean±SD)

表2 Plan B和Plan C的计划靶区参数值相对于Plan A的计划靶区参数值（±s）Tab.2 Parameters of planning target areas in Plan B and Plan C compared to Plan A(Mean±SD)

PB、tB表示Plan B与Plan A采用配对t检验后的值；PC、tC表示Plan C与Plan A采用配对t检验后的值

参数RCI RDmean/%RDmax/%Plan B vs Plan A 0.81±0.17 1.56±1.15 1.30±2.33 PB值0.007 0.002 0.112 tB值-3.494 4.304-1.764 Plan C vs Plan A 0.99±0.04 0.06±0.16 0.21±0.44 PC值0.369 0.300 0.173 tC值-0.946 1.100-1.479

通过测量放疗前和放疗中摆位误差，研究其对PTV剂量分布的影响，得出数值范围，为放疗医生和物理师提供了数值参考，为定位方案改进的研究提供了基础。