近年来肺癌的发病率和死亡率仍不断上升。肺癌治疗首选手术，对不能手术的患者可以接受放疗。肺部肿瘤随着呼吸发生位移和形变是制约肺癌精确放疗的主要因素之一^[1]。临床上放疗使用扩大肿瘤外放边界来降低脱靶的概率，过多的外放边界会提高放射性肺炎的发生率^[2]。射波刀是一种全身肿瘤立体定向放射外科治疗设备^[3]，利用实时肿瘤追踪系统实时调整肿瘤的位置变化以及多个交叉辐射角度对肿瘤进行高剂量的精确放疗能够有效保护周围重要器官并减少放射损伤^[4]。高剂量的治疗需要更高的治疗精度。治疗的不确定性包括患者进行射波刀治疗时呼吸运动带来的肿瘤和正常组织的位移和形变^[5]、胃肠道的蠕动和充盈状态^[6]、膀胱的充盈与否以及整个系统的精度^[7]，包含获取影像数据、治疗计划设计、影像引导靶区定位、机械臂的走位和加速器的几何打靶精度。美国医学物理学家协会（American Association of Physicists in Medicine，AAPM）101报告中指出，射波刀的日常物理剂量质量保证包括自动质量保证（Auto Quality Assurance，AQA）测试和移动端到端（End to End，E2E）测试^[8]。AQA测试是一种打靶精度重复性测试，检查机器人与影像系统的一致性及射波刀系统的照射精度，是一种简单快速的质量保证方法。E2E测试是在临床治疗方位点验证射波刀Synchrony同步追踪系统追踪目标定位的准确性^[9]。

目前射波刀Synchrony同步追踪系统追踪目标定位的准确性无法通过人体进行验证，需要借助特制的模体^[10]。本文主要利用射波刀Synchrony同步追踪系统模体，设置不同的呼吸模式，利用E2E软件分析不同呼吸模式下射波刀的目标追踪精度。

1 资料与方法 1.1 材料与设备

射波刀购自美国ACCURAY公司。运动球方模体购自美国CIRS公司。Philips Brilliance Big Bore CT设备购自荷兰的飞利浦公司。EBT2免洗胶片购自美国ISP公司。E2E分析软件和Mu1tiPlan治疗计划系统购自美国ACCURAY公司。Epson Expression 1860型扫描仪购自日本EPSON公司。

1.2 获取模体CT影像数据

将运动球方模体置于Brilliance Big Bore CT扫描床上，获取球方模体的影像数据，扫描范围包括整个模体。扫描条件：管电压120 kV，管电流300 mA，层厚1 mm，螺旋扫描。将CT影像数据传输到射波刀MultiPlan计划系统。

1.3 设计E2E验证计划

打开射波刀MultiPlan计划系统，导入模体CT影像数据，勾画靶区。依照ACCURAY公司的物理学基础指南（Physics Essentials Guide，PEG）制订射波刀E2E验证计划。计划参数设定为：算法Simplex，准直器大小25 mm，处方剂量30 Gy，等剂量线70%，靶区最小剂量24 Gy，靶区最大剂量30 Gy，机器跳数最小值5 MU，机器跳数最大值75 MU^[11]。

1.4 执行验证计划

验证计划执行前，先将装有胶片的球方模体置于治疗床上，保持固定的呼吸幅值，设置5种不同的呼吸周期，打开呼吸运动开关。打开E2E验证计划，调整治疗床，使得X线球管拍摄到的金标位置与模体定位时的位置匹配，使模体3个平移方向误差 < 1 mm，3个旋转方向误差 < 1°，连续拍摄 > 5个采集点后建立相关模型，执行射波刀E2E验证计划。计划完成后，取出胶片，用Epson扫描仪扫描胶片（图 1），利用分析软件分析胶片获得结果（图 2），记录各个方向的误差数据，每个呼吸周期的E2E验证计划各执行3次，包含3组数据，数据采用均数±标准差（x±s）进行描述，均数前面的正负号代表误差方向。

不同呼吸周期验证计划完成后，保持呼吸周期不变，设置5种不同的呼吸幅值，打开呼吸运动开关。同样打开验证计划，调整治疗床，匹配金标位置，使模体3个平移方向误差 < 1 mm，3个旋转方向误差 < 1°，建立相关模型，执行射波刀E2E验证计划。计划完成后，取出胶片，用Epson扫描仪扫描胶片，利用分析软件分析胶片获得结果，记录各个方向的误差数据，每个呼吸幅值的E2E验证计划各执行3次，包含3组数据，数据采用均数±标准差（x±s）进行描述，均数前面的正负号代表误差方向。

1.5 统计学分析

采用SPSS 22软件进行数据分析。所有方向的误差数据采用均数±标准差（x±s）进行描述，误差统计数据包括anterior/left（A/L）胶片的左方向误差和前方向误差、anterior/superior（A/S）胶片头侧方向误差和前方向误差、前方向平均误差以及总体靶误差。不同呼吸方式下的数据分析采用非参数检验。P < 0.05为差异具有统计学意义。

2 结果 2.1 不同呼吸周期对射波刀追踪目标精度的差异

不同呼吸周期（0、2、4、6和8 s）的前方向（A/S胶片）误差比较，差异具有统计学意义（P=0.016）；其他方向误差比较，差异均无统计学意义（均P > 0.05）；从总体靶误差的数据可以看出，呼吸周期越大，总体靶误差越小（表 1）。

2.2 不同呼吸幅值对射波刀追踪目标精度的影响

不同呼吸幅值（0、2、4、6和8 mm）下的总体靶误差和前方向平均误差比较，差异均具有统计学意义（均P < 0.05，表 2），且随着呼吸幅值的升高，总体靶误差增加。

3 讨论

对于运动肿瘤而言，虽然金标植入可以提高肿瘤实时追踪的精度，但呼吸运动对肿瘤的追踪精度会造成一定程度的影响^[12-14]。肿瘤的运动和呼吸相移是影响追踪精度的主要因素^[15]。研究发现，放射外科手术系统呼吸跟踪准确性的影响因素包括头脚（superior /inferior，S/I）方向肿瘤运动的平均振幅、肿瘤与S/I方向外部标记位置之间的相移导致的平均位置间隙以及肿瘤在S/I方向和前后A/P方向的平均速度^[15]。因呼吸运动导致肿瘤的位移对射波刀追踪精度有影响，本文主要利用运动球方模体，设置不同的呼吸模式，研究呼吸运动对射波刀追踪目标的定位精度的影响，由于球方模体设计限制，呼吸运动仅限S/I方向，呼吸幅值仅限前后A/P方向，理论上左右方向的误差应该很小，统计数据发现左右方向也存在较大的误差，说明机械臂对追踪目标的校正是x、y和z三维方向的转换校正^[16]。

本研究结果表明，呼吸幅值对总体靶误差和前方向平均误差有影响，与Nakayama等^[17]的研究观点一致。呼吸周期对前方向（A/S胶片）误差有影响，说明治疗患者在接受射波刀治疗前，通过训练降低呼吸幅值和提高呼吸周期可以有效提高射波刀追踪肿瘤目标的定位精度，提高治疗的准确性。