趙瑞，李莎，陸軍，王震岳

蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院 放療科，甘肅蘭州 730050

射波刀治療中應注意的影像引導定位問題

趙瑞，李莎，陸軍，王震岳

蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院 放療科，甘肅蘭州 730050

為避免射波刀治療差錯、保證治療質(zhì)量，本文結合工作實際，針對射波刀定位中相關問題進行了分析和探討，并提出了具體建議。

射波刀；影像引導定位；顱骨追蹤；脊柱追蹤；金標追蹤

0 前言

射波刀又稱“立體定向放射手術平臺”，它集機器人機械臂、實時影像引導和靶區(qū)自動跟蹤技術為一體[1-2]，是全球公認的亞毫米級精確放射治療系統(tǒng)。射波刀作為人工參與和干預的智能機器人放療系統(tǒng)，要求放療技師具有良好的專業(yè)素質(zhì)，能夠正確處理影像引導定位中可能遇到的各種問題。影像定位問題處理不好，輕則造成射波刀治療精度和治療效果的下降，嚴重時可造成治療差錯，給患者帶來不可估量的醫(yī)療損害[3]。

1 影像引導定位中應注意的相關問題

1.1 顱骨追蹤預置亮度參數(shù)的更改

顱骨追蹤預置亮度參數(shù)的更改須謹慎，更改過度可導致顱骨追蹤算法結果不可信。顱骨追蹤參數(shù)主要包括亮度（Brightness）和梯度（Gradient）參數(shù)，亮度和梯度參數(shù)由實時X線影像曝光條件決定[4-5]。其中亮度參數(shù)尤為重要，其數(shù)值接近1則說明實時X線影像與數(shù)字重建影像（Digitally Reconstructed Graph，DRR）質(zhì)量相當，其顱骨追蹤精度較高。當實時X線影像曝光條件不足以達到DRR圖像質(zhì)量，出現(xiàn)顱骨追蹤亮度參數(shù)超范圍時，過度改變顱骨追蹤預置亮度參數(shù)可引起錯誤的影像定位結果，見圖1。在本實驗中，若將顱骨追蹤亮度參數(shù)調(diào)整至0.89，其顱骨追蹤計劃即可在Lucy體模執(zhí)行，射波刀系統(tǒng)不會出現(xiàn)任何錯誤提示，但從圖1可明顯看出其顱骨輪廓（顱頂）明顯不重合。

圖1 隨機顱骨追蹤計劃與Lucy體模重合實驗

1.2 不完整頭顱CT圖像不可用于顱骨追蹤

不完整頭顱CT圖像不可用于顱骨追蹤，否則將導致錯誤的定位結果。顱骨追蹤CT掃描定位時，要求掃描范圍超出頭顱前緣及頂部各1 cm。當頭顱CT掃描不完整時，治療計劃的制定不會受到影響，并且能夠進行DRR圖像重建，但DRR圖像中部分顱骨的缺失，可導致錯誤的影像定位結果，見圖2。由圖2可知，當顱頂掃描不完整時，雖然鼻骨、眼眶已經(jīng)完全重合，亦即實時X線影像與DRR圖像重合，但影像定位結果卻提示實時X線影像需向足端移動11.5 mm才能與DRR圖像重合，影像定位結果出現(xiàn)明顯的錯誤（經(jīng)實際比例換算該誤差與DRR圖像顱骨缺失長度大體相當）。

圖2 頭顱CT掃描不完整導致影像定位錯誤

1.3 脊柱追蹤影像定位中心或/和感興趣區(qū)域的設置

為最大限度地提高影像配準和腫瘤治療的精確度，制定脊柱追蹤計劃時，要求影像定位中心應選擇在腫瘤靶區(qū)目標周圍5 mm范圍內(nèi)，且影像定位中心區(qū)域具有豐富的骨骼結構；同時要求感興趣區(qū)（Regions of Interest，ROI）亦即9行9列骨骼網(wǎng)格能夠達到對影像定位中心區(qū)域骨骼結構的最佳覆蓋。若影像定位中心或/和感興趣區(qū)域設置不當[6]，不僅會引起影像定位誤差偏移，嚴重時可導致椎體識別錯誤，見圖3。如圖3所示，制定治療計劃時，將影像定位中心設置于椎間隙和偏向于椎體后緣，同時ROI設置尺寸較小，造成用于脊柱追蹤治療算法的骨骼網(wǎng)格不能實現(xiàn)對椎體的完整覆蓋，出現(xiàn)明顯的椎體影像定位識別錯誤（DRR圖像與實時X線影像所見明顯不同）。若無人工識別干預，則會導致嚴重的醫(yī)療事故發(fā)生。

圖3 CT定位中心和RO I設置不當導致影像定位識別錯誤

1.4 髂臼作為骨性結構用于脊柱追蹤

髂臼作為骨性結構用于脊柱追蹤時須謹慎，尤其對于股骨頭遠端腫瘤。為治療鄰近股骨頭或者髖骨部位的腫瘤，考慮到髖臼與股骨及髂骨相連，并且影像特征比較豐富，通常以髖臼作為骨性結構進行影像識別與定位，但是此種方法存在較大風險，尤其對于體位固定不良的股骨遠端腫瘤的治療并不可靠，見圖4。如圖4所示，雖然髖臼作為骨性結構可正常進行影像定位，且其錯誤節(jié)點處于可接受范圍，但仔細比對DRR圖與實時X線影像會發(fā)現(xiàn)，患者股骨高度明顯不同（箭頭指示），經(jīng)實際比例粗略換算至影像正位，其差值約為10.6 mm，但其實際定位誤差僅為1.3 mm。

圖4 髂臼用于股骨頭遠端脊柱追蹤的問題

1.5 追蹤金標數(shù)目＜3時，應設計輔助追蹤定位計劃并判斷金標有無移位

追蹤金標數(shù)目＜3時，應該設計輔助追蹤定位計劃并判斷金標有無移位[7]。金標追蹤治療中，金標置入數(shù)目要≥3，任意倆金標間隔為20 mm，且其夾角≥15°。當金標數(shù)目為2時，射波刀影像定位系統(tǒng)可自動計算剛體誤差（Rigid Error），以判斷金標是否移位，但無法計算和獲知患者身體是否存在旋轉(zhuǎn)，需要設計相應的脊柱追蹤計劃以正確標定患者體位。但當金標數(shù)目為1時，射波刀影像定位系統(tǒng)不僅無法計算金標移位誤差（亦即剛體誤差），而且無法獲知患者身體是否旋轉(zhuǎn)，因此在影像定位時不僅需要設計脊柱追蹤輔助計劃，亦需采用金標附近特征骨性影像，以判斷金標是否存在明顯移位，從而規(guī)避金標移位帶來的風險。

1.6 合理運用G4代射波刀單純旋轉(zhuǎn)誤差檢查模式

受制于患者呼吸運動或其他因素影響，雖然金標追蹤數(shù)目≥3，但金標旋轉(zhuǎn)誤差經(jīng)反復調(diào)整仍然處于治療允許范圍之外時，G4代射波刀單純旋轉(zhuǎn)誤差檢查模式是一種相對理想的選擇。單純旋轉(zhuǎn)誤差檢查模式在G3代射波刀之前并不具備，旋轉(zhuǎn)誤差檢查模式可對金標旋轉(zhuǎn)角度進行監(jiān)測但不糾正，其最大允許值5°。該模式的好處是：當金標旋轉(zhuǎn)超出設計者預期值3°~5°時，射波刀執(zhí)行系統(tǒng)會自動停止治療，并警示操作者對患者體位進行檢查，這樣相對于金標旋轉(zhuǎn)角度完全不可見而言，射波刀治療的安全性大大增強。

1.7 G4代射波刀預置影像曝光條件

G4代射波刀的影像引導時間間隔可設定為5~150s，即使以最大曝光時間間隔150 s計算，其X射線曝光次數(shù)介于100~300次，甚至更多，遠超出普通患者X線攝影次數(shù)。射波刀影像探測系統(tǒng)同普通數(shù)字化X射線設備相比，具有曝光寬容度大的特點，高曝光條件容易取得滿意的定位質(zhì)量，這已被相關實驗證明[8]，但不必要的高曝光劑量與輻射防護最優(yōu)化原則相悖。從實際使用經(jīng)驗來看，射波刀作為從歐美引進的影像引導放療設備，其預置影像曝光條件可能適用于歐美人群，但對于大多數(shù)國人來講偏大，有較大的降低空間。對于多數(shù)患者的胸段脊柱追蹤，其曝光條件可由120 kV、100 mA、100 ms降低至120 kV、100 mA、50 ms，曝光劑量減少一半，但脊柱追蹤的錯誤節(jié)點不會發(fā)生大的改變且其治療誤差不會產(chǎn)生改變。

2 結語

射波刀作為唯一采用實時影像引導技術的放療設備，其全新的交互式操作給放療技師帶來了前所未有的體驗，同時也給放療技師提出了更為嚴格的要求，放療技師在設備操作中不僅需要深刻理解射波刀的治療原理，還需掌握和了解放射影像學和放射物理學一般知識，在射波刀操作中時刻注意各種未知因素對射波刀治療精度的影響，并做出適時、客觀和正確的評估與處理，只有這樣才能保證射波刀治療優(yōu)勢的真正發(fā)揮。

[1]陳光耀.CyherKnife放射外科治療規(guī)范[M].上海：學林出版社, 2008：23-30.

[2]徐慧軍,李玉,張素靜,等.G4射波刀兩年質(zhì)量保證檢測結果的回顧與評價[J].中國醫(yī)學物理學雜志,2013,30(3）：4097-4099.

[3]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB18871-2002電離輻射防護與輻射源安全基本標準[S].北京：中國標準出版社,2003.

[4]沈君姝,耿薇娜,王朋,等.射波刀追蹤方式分析[J].生物醫(yī)學工程與臨床,2011,15(5）：502-504.

[5]王境生,李豐彤,董洋,等.射波刀5種追蹤方法的原理[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2013,34(4）：130-132.

[6]趙瑞,李中華,王震岳,等.射波刀脊柱追蹤系統(tǒng)胸椎追蹤定位問題的分析[J].中國醫(yī)療設備,2014,29(7）：116-117,146.

[7]董洋,李豐彤,王境生,等.置入軟組織金標數(shù)目對射波刀系統(tǒng)影像定位精度影響[J].中華放射腫瘤學雜志,2010,19(5）：465-467.

[8]趙瑞,王震岳,李莎,等.射波刀影像追蹤中X射線曝光條件對脊柱追蹤錯誤節(jié)點及輻射劑量的影響[J].中華放射醫(yī)學與防護雜志,2014,34(2）：133-135.

Problem s about Image-Guided Locating in CyberKnife Treatm ent

ZHAO Rui, LI Sha, LU Jun,
WANG Zhen-yue
Department of Radiation Onco logy, Lanzhou General Hospital of Lanzhou M ilitary Region of PLA, Lanzhou Gansu 730050, China

In this paper, the problems of practical work about CyberKnife image-guided locating were analyzed and discussed. In view of this, the speci fi c proposals were provided to avoid treatment errors and ensure treatment quality.

cyberknife；image- guided positioning；skull tracking；spine tracking；fi ducial tracking systems

TH774

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.09.012

1674-1633(2015）09-0044-03

2014-12-25

本文作者：趙瑞，副主任技師，主要研究方向：放射治療技術。

作者郵箱：zrznl318@sina.com