射波刀治療中應(yīng)注意的影像引導(dǎo)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

射波刀治療中應(yīng)注意的影像引導(dǎo)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(cuò)、保證治療質(zhì)量，本文結(jié)合工作實(shí)際，針對(duì)射波刀定位中相關(guān)問題進(jìn)行了分析和探討，并提出了具體建議。

射波刀；影像引導(dǎo)定位；顱骨追蹤；脊柱追蹤；金標(biāo)追蹤

0 前言

射波刀又稱“立體定向放射手術(shù)平臺(tái)”，它集機(jī)器人機(jī)械臂、實(shí)時(shí)影像引導(dǎo)和靶區(qū)自動(dòng)跟蹤技術(shù)為一體[1-2]，是全球公認(rèn)的亞毫米級(jí)精確放射治療系統(tǒng)。射波刀作為人工參與和干預(yù)的智能機(jī)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(dǎo)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(yán)重時(shí)可造成治療差錯(cuò)，給患者帶來不可估量的醫(yī)療損害[3]。

1 影像引導(dǎo)定位中應(yīng)注意的相關(guān)問題

1.1 顱骨追蹤預(yù)置亮度參數(shù)的更改

顱骨追蹤預(yù)置亮度參數(shù)的更改須謹(jǐn)慎，更改過度可導(dǎo)致顱骨追蹤算法結(jié)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)X線影像與數(shù)字重建影像（Digitally Reconstructed Graph，DRR）質(zhì)量相當(dāng)，其顱骨追蹤精度較高。當(dāng)實(shí)時(shí)X線影像曝光條件不足以達(dá)到DRR圖像質(zhì)量，出現(xiàn)顱骨追蹤亮度參數(shù)超范圍時(shí)，過度改變顱骨追蹤預(yù)置亮度參數(shù)可引起錯(cuò)誤的影像定位結(jié)果，見圖1。在本實(shí)驗(yàn)中，若將顱骨追蹤亮度參數(shù)調(diào)整至0.89，其顱骨追蹤計(jì)劃即可在Lucy體模執(zhí)行，射波刀系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)任何錯(cuò)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(jī)顱骨追蹤計(jì)劃與Lucy體模重合實(shí)驗(yàn)

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(dǎo)致錯(cuò)誤的定位結(jié)果。顱骨追蹤C(jī)T掃描定位時(shí)，要求掃描范圍超出頭顱前緣及頂部各1 cm。當(dāng)頭顱CT掃描不完整時(shí)，治療計(jì)劃的制定不會(huì)受到影響，并且能夠進(jìn)行DRR圖像重建，但DRR圖像中部分顱骨的缺失，可導(dǎo)致錯(cuò)誤的影像定位結(jié)果，見圖2。由圖2可知，當(dāng)顱頂掃描不完整時(shí)，雖然鼻骨、眼眶已經(jīng)完全重合，亦即實(shí)時(shí)X線影像與DRR圖像重合，但影像定位結(jié)果卻提示實(shí)時(shí)X線影像需向足端移動(dòng)11.5 mm才能與DRR圖像重合，影像定位結(jié)果出現(xiàn)明顯的錯(cuò)誤（經(jīng)實(shí)際比例換算該誤差與DRR圖像顱骨缺失長(zhǎng)度大體相當(dāng)）。

圖2 頭顱CT掃描不完整導(dǎo)致影像定位錯(cuò)誤

1.3 脊柱追蹤影像定位中心或/和感興趣區(qū)域的設(shè)置

為最大限度地提高影像配準(zhǔn)和腫瘤治療的精確度，制定脊柱追蹤計(jì)劃時(shí)，要求影像定位中心應(yīng)選擇在腫瘤靶區(qū)目標(biāo)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(jié)構(gòu)；同時(shí)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(dá)到對(duì)影像定位中心區(qū)域骨骼結(jié)構(gòu)的最佳覆蓋。若影像定位中心或/和感興趣區(qū)域設(shè)置不當(dāng)[6]，不僅會(huì)引起影像定位誤差偏移，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致椎體識(shí)別錯(cuò)誤，見圖3。如圖3所示，制定治療計(jì)劃時(shí)，將影像定位中心設(shè)置于椎間隙和偏向于椎體后緣，同時(shí)ROI設(shè)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(shí)現(xiàn)對(duì)椎體的完整覆蓋，出現(xiàn)明顯的椎體影像定位識(shí)別錯(cuò)誤（DRR圖像與實(shí)時(shí)X線影像所見明顯不同）。若無人工識(shí)別干預(yù)，則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的醫(yī)療事故發(fā)生。

圖3 CT定位中心和RO I設(shè)置不當(dāng)導(dǎo)致影像定位識(shí)別錯(cuò)誤

1.4 髂臼作為骨性結(jié)構(gòu)用于脊柱追蹤

髂臼作為骨性結(jié)構(gòu)用于脊柱追蹤時(shí)須謹(jǐn)慎，尤其對(duì)于股骨頭遠(yuǎn)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(jié)構(gòu)進(jìn)行影像識(shí)別與定位，但是此種方法存在較大風(fēng)險(xiǎn)，尤其對(duì)于體位固定不良的股骨遠(yuǎn)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(jié)構(gòu)可正常進(jìn)行影像定位，且其錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)處于可接受范圍，但仔細(xì)比對(duì)DRR圖與實(shí)時(shí)X線影像會(huì)發(fā)現(xiàn)，患者股骨高度明顯不同（箭頭指示），經(jīng)實(shí)際比例粗略換算至影像正位，其差值約為10.6 mm，但其實(shí)際定位誤差僅為1.3 mm。

圖4 髂臼用于股骨頭遠(yuǎn)端脊柱追蹤的問題

1.5 追蹤金標(biāo)數(shù)目＜3時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)輔助追蹤定位計(jì)劃并判斷金標(biāo)有無移位

追蹤金標(biāo)數(shù)目＜3時(shí)，應(yīng)該設(shè)計(jì)輔助追蹤定位計(jì)劃并判斷金標(biāo)有無移位[7]。金標(biāo)追蹤治療中，金標(biāo)置入數(shù)目要≥3，任意倆金標(biāo)間隔為20 mm，且其夾角≥15°。當(dāng)金標(biāo)數(shù)目為2時(shí)，射波刀影像定位系統(tǒng)可自動(dòng)計(jì)算剛體誤差（Rigid Error），以判斷金標(biāo)是否移位，但無法計(jì)算和獲知患者身體是否存在旋轉(zhuǎn)，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的脊柱追蹤計(jì)劃以正確標(biāo)定患者體位。但當(dāng)金標(biāo)數(shù)目為1時(shí)，射波刀影像定位系統(tǒng)不僅無法計(jì)算金標(biāo)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(shí)不僅需要設(shè)計(jì)脊柱追蹤輔助計(jì)劃，亦需采用金標(biāo)附近特征骨性影像，以判斷金標(biāo)是否存在明顯移位，從而規(guī)避金標(biāo)移位帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

1.6 合理運(yùn)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(yùn)動(dòng)或其他因素影響，雖然金標(biāo)追蹤數(shù)目≥3，但金標(biāo)旋轉(zhuǎn)誤差經(jīng)反復(fù)調(diào)整仍然處于治療允許范圍之外時(shí)，G4代射波刀單純旋轉(zhuǎn)誤差檢查模式是一種相對(duì)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(duì)金標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行監(jiān)測(cè)但不糾正，其最大允許值5°。該模式的好處是：當(dāng)金標(biāo)旋轉(zhuǎn)超出設(shè)計(jì)者預(yù)期值3°~5°時(shí)，射波刀執(zhí)行系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止治療，并警示操作者對(duì)患者體位進(jìn)行檢查，這樣相對(duì)于金標(biāo)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(qiáng)。

1.7 G4代射波刀預(yù)置影像曝光條件

G4代射波刀的影像引導(dǎo)時(shí)間間隔可設(shè)定為5~150s，即使以最大曝光時(shí)間間隔150 s計(jì)算，其X射線曝光次數(shù)介于100~300次，甚至更多，遠(yuǎn)超出普通患者X線攝影次數(shù)。射波刀影像探測(cè)系統(tǒng)同普通數(shù)字化X射線設(shè)備相比，具有曝光寬容度大的特點(diǎn)，高曝光條件容易取得滿意的定位質(zhì)量，這已被相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明[8]，但不必要的高曝光劑量與輻射防護(hù)最優(yōu)化原則相悖。從實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)來看，射波刀作為從歐美引進(jìn)的影像引導(dǎo)放療設(shè)備，其預(yù)置影像曝光條件可能適用于歐美人群，但對(duì)于大多數(shù)國(guó)人來講偏大，有較大的降低空間。對(duì)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(cuò)誤節(jié)點(diǎn)不會(huì)發(fā)生大的改變且其治療誤差不會(huì)產(chǎn)生改變。

2 結(jié)語

射波刀作為唯一采用實(shí)時(shí)影像引導(dǎo)技術(shù)的放療設(shè)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(yàn)，同時(shí)也給放療技師提出了更為嚴(yán)格的要求，放療技師在設(shè)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(xué)和放射物理學(xué)一般知識(shí)，在射波刀操作中時(shí)刻注意各種未知因素對(duì)射波刀治療精度的影響，并做出適時(shí)、客觀和正確的評(píng)估與處理，只有這樣才能保證射波刀治療優(yōu)勢(shì)的真正發(fā)揮。

[1]陳光耀.CyherKnife放射外科治療規(guī)范[M].上海：學(xué)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(cè)結(jié)果的回顧與評(píng)價(jià)[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志,2013,30(3）：4097-4099.

[3]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB18871-2002電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2003.

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[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(duì)脊柱追蹤錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)及輻射劑量的影響[J].中華放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)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(shù)。

作者郵箱：zrznl318@sina.com