－刀治疗系统

8．5　X－刀治疗系统

8．5．1　X－刀治疗系统的特点

X－刀是以医用加速器为核心设备，附加三维立体定向定位装置，在现代影像设备（CT、MRI等）和计算机技术的配合下，实施定向精确治疗的放射治疗设备，根据治疗的部位，X－刀系统可分为头部X－刀系统（如图8．21）和体部X－刀系统（如图8．22）。其特点是小射野、聚束、大剂量。

图8．21　“头－刀”设备实例

图8．22　“体－刀”设备实例

X－刀系统的基本工作原理与伽马刀类似，即在医用直线加速器上采用三级准直器系统或特定限束装置，经过非共面或共面弧形照射或多野集束技术，将直线加速器产生的高能X线从空间三维方向上聚焦在肿瘤组织上，杀灭肿瘤细胞。X－刀治疗是要在CT图像引导下，经过TPS系统的精确规划，定位系统准确定位后实施。X－刀治疗可实施单次或分次照射，达到最大限度地杀灭肿瘤细胞，保护正常组织的目的。

X－刀系统不但与γ－刀系统具有相同的治疗优势和治疗效果，而且可以一机多用，平时作普通放疗设备，需要时可作为X－刀使用。

近年来，X－刀立体定向放疗技术的发生和发展经历了以下变化：适用范围从颅内扩展到颅外，从头部扩展到体部；照射方法从单次大剂量照射发展到分次剂量照射，即立体定向放射治疗（SRT），既保持了SRS的优势，有效地杀伤肿瘤细胞，又保持了分次照射的生物学优势，对晚反应组织损伤减轻；固定方法从有创固定到无创固定。

8．5．2　X－刀治疗系统的结构

以头部X－刀系统为例，系统由直线加速器、定位系统和X－刀治疗计划系统组成。

1．直线加速器

直线加速器的结构在第二节中已经介绍，这里不再赘述。

2．X－刀定位系统

实现精确的立体定向照射，需要有多种专门设计的机构与装置，来保证对病灶的精确定位和射束的定向照射。定位系统由以下4大部分组成。

（1）头环。头环的作用是精确地固定患者头部的位置，是联系影像定位和治疗摆位两大部分的核心部件。由于肿瘤或其他病变的放射物理效应和病变组织大小的不同，X－刀治疗通常选择单次照射治疗或分次照射治疗，因此固定头环就有单次和分次头环两种。单次照射头环采用4支不锈钢针将头环牢固地固定于患者的头颅上，提供可靠相对不变的坐标基准。与单次头环采用侵入式有损伤固定方式不同，分次照射头环采用牙模固定加头枕辅助的非侵入无损伤的固定方式。它采用左右两个半环结构，安装时将两半环通过拉杆拉开，套入患者头颅。先让患者咬紧右半环上预先咬制好的牙模，当患者感觉正常时，将左右两半环通过拉杆锁紧，依靠左半环上的头枕以及吊带紧紧地将头环与患者固定。

（2）影像定标架。根据影像设备和方法的不同，影像定标架有3种：

①CT扫描定标架。安装于头环上的CT定位架，在周围设有定标柱或在侧面装有定标线，其作用是确定每张CT片和CT片上每个点的精确位置。因此，患者须戴上这种定标架接受CT扫描。

②血管造影定标架。安装在头环上，在患者血管造影图像中提供计算靶心位置所必需的标识点，从而得以进行精确的靶心定位。

③MRI核磁定标架。结构同CT扫描定标架，只是它采用空心碳纤维杆，内部充灌用于核磁显影的硫酸铜溶液。

（3）仿真校验设备。用于验证在用设备的机械精度，保证将靶心调整到等中心的正确位置并满足精度要求。

①靶心坐标仿真仪。靶心坐标仿真仪是一个精密的三维坐标仪。根据治疗计划给出的靶心坐标，在靶心坐标仿真仪上可模拟出靶心的空间位置。再利用仿真夹具就可将该空间点移至地面等中心定向仪上，调节坐标，即可将该点移至等中心点进行模拟照射。

②摄片校验装置。为检验整机的定位精度，需进行靶心仿真，并通过三维坐标头架的移动，使靶心定位于等中心。检验等中心定位精度的方法是将一胶片放入胶片夹内进行X射线照相，比较胶片和胶片测量样板即可测得靶心的定位偏差。

（4）三维坐标立体定向装置。立体定向照射的含义是通过专门设计的准直器，将窄射束X线准确地聚焦于靶区（病灶），而使周围正常组织受到最小的损伤。它由准直器和等中心定位装置两部分组成：

①准直器。安装在直线加速器头部的准直器的作用是根据病灶的大小和形状形成窄射束并对准靶区。一般采用圆形射束，按照一定间隔配置有10至15个不同直径的准直器。

②等中心定位装置。利用医用电子直线加速器进行立体定向放射外科治疗，根据病灶部位和大小的不同，采用多个非共面聚焦照射弧。定位系统首先按照治疗计划中给出的靶心位置，将靶心放置到加速器的等中心上，在治疗过程中加速器按照计划中给定的照射弧旋转，其射束始终对准靶心，达到大剂量集中照射的目的。

为实现将靶心准确地放置到加速器等中心上，固定头架可以采用两种方案，一种是地面等中心定向装置，另一种是床上等中心定向装置。下面分别予以介绍：

①地面等中心定向装置。靶心定位照射治疗系统是X－刀系统实现精确定位的核心，它通过两销一球固定于地面，通过万向支承座和直线加速器头部实现柔性连接，通过调整三维坐标头架可以将靶心精确地定位于加速器等中心处，由于三维坐标头架和治疗床的分离从而保证照射精度不受治疗床的影响。通过二次准直器限定直线加速器光束，确保X－刀治疗的准确。

结构组成：定向仪的中心部件为三坐标头架，如图8．23所示，头架上有3个可移动的相互垂直的坐标轴。当三轴读数均为零时，在头架安装头环坐标系的零指针，其尖点就是头环定位系统的等中心点。当治疗计划系统依据CT扫描图像确定出病灶靶心坐标值后，则可通过移动三坐标头架（反方向）将靶心定位在头环定位系统等中心上，经仿真校验确认，即可实施立体定向放射治疗。

图8．23　地面等中心定向装置

地面等中心定向装置的优点是精确度高，特别是当直线加速器和治疗床的精度不高时，它可能自行保证X－刀治疗所要求的定位和照射精度；其缺点是由于等中心装置安装在地面上，占用了一部分空间，使加速器不能作360°旋转，从而损失了部分照射角度。

②床上等中心定向装置。主要由床上定位调节器和靶点定位框组成。

·床上定位调节器。立体定向装置核心定位部件，用于将患者头环及其靶点坐标系固定在床头位置上。通过三向（X、Y、Z）微调装置将靶心（病灶）精确定位到加速器等中心点，保证治疗计划的准确实施。

·靶点定位框。其上贴有患者待治靶点的病灶图形及中心，调整治疗床的高低、前后和左右，粗调病灶中心至直线加速器的激光定位器的等中心，再利用床上定位调节器微调坐标架进行精确调节，将病灶图形中心准确地定位于直线加速器等中心上，即可进行照射治疗。

固定于床上的等中心定向装置机构简单，安装方便，不妨碍加速器做360°旋转，可选照射弧的范围增大，便于制订治疗计划。由于直线加速器与治疗床的精确度较高，床上装置被更多医院采用。

3．X－刀治疗计划系统

X－刀治疗计划系统主要由如下设备组成：工作站、显示器、光盘驱动器、图像扫描仪、网络服务器、打印机等。工作站是X－刀治疗计划系统的心脏，用于二维图像重建、治疗计划设计等。网络服务器和图像通信接口用于与CT和MRI影像设备的数据通信。打印机等输出设备用于保存有价值的患者资料。

8．5．3　X－刀治疗系统的摆位

1．单平面旋转照射与多平面旋转照射

直线加速器机架做圆周运动。在实际治疗中，机架从起始角旋转到终止角，完成一段圆弧运动。在圆弧上任意位置，加速器输出的X射线均照射在圆心上，该圆心即为加速器等中心。如果将治疗床固定在某一位置，通过加速器机架旋转的照射方法，称为单平面旋转照射，射束旋转形成一个通过等中心的平面状照射野。

如将床位改变一个角度，则又形成一个新的照射面。依此类推，则可形成多个通过等中心的照射面，于是等中心区域照射野的辐射剂量是多个照射面辐射剂量的叠加，形成非共面的多弧聚焦照射，如图8．24所示。

图8．24　非共面的多弧聚焦照射

X－刀治疗就是应用这种治疗方式，使总照射剂量在靶区内高度集中而在靶区外形成锐减性分布。

2．X－刀的3个机械轴

机架的旋转和治疗床位置的变动始终是绕两个轴线进行的，加上准直器中心轴线，3轴相交于一点，即等中心点。图8．25中的三条虚线：虚线G为机架的旋转轴，T为治疗床的旋转轴。治疗床是绕T轴做水平旋转，机架绕G轴做垂直平面内的旋转时，准直器中心轴与G轴垂直相交。在床角处于任何位置、机架旋转至任何角度均应保证这3个轴始终相交在等中心点上。这是X－刀系统等中心定向装置的关键，并称这三条轴线为X－刀的机械轴。

图8．25　X－刀的机械轴

当实际进行X－刀治疗时，要求这三条轴线相互交叉在一半径小于1mm的球内，这个要求也是进行X－刀等中心立体定向装置设计的基本要求。

8．5．4　X－刀治疗过程

X－刀治疗是一种微侵袭性的治疗方法，以非手术方式治疗颅内疾病。其适用范围主要包括脑血管畸形、颅内肿瘤和某些功能性疾病。病灶的直径小于3cm较好，对4～5cm的大病灶可采用分次治疗。对脑外伤、颅内出血、脑血管栓塞及硬化破裂、颅内高压等急症或必须马上解除症状的疾病不能使用。对于表浅、手术简单、安全的颅脑病变，目前也多采用开颅手术治疗。

（1）患者准备。严格掌握X－刀治疗适应症，选好患者。会诊时要求多科医生参加，充分考虑治疗中、治疗后可能出现的各种情况，并对X－刀治疗可能出现的并发症予以充分注意。

对高血压、心脏病、有麻醉反应的患者，至少提前一天住院给予必要的饮食管理、静脉输注及监护准备等。如影像需增强，提前一天做碘过敏实验，若需要可加基础麻醉。

（2）安装固定照射头环。

①核查原有CT、血管造影等诊断资料，确定头环的大致安放位置。

②安装头环应尽可能使头环水平，使病灶位于CT扫描定标架上、下环之间，并位于定标架中央位置。

③局麻并用颅骨钉固定头环，在颅骨钉对应头皮处进行局麻。待麻醉起作用后，分多次对称地按顺序拧紧颅骨钉。

（3）记录CT扫描前头环位置。在患者的头部选择几个标识点，使用专用工具进行测量并记录。

（4）CT扫描。在CT扫描时，必须明确以下问题：

①扫描放大倍数不变、CT床高不变、每层9个标志点必须清晰可见、病变层面的扫描层距为2～4mm，从下向上扫描。

②CT扫描结束后，必要时检查头环位置是否变动。若无变动，可取下CT扫描架。否则重新扣紧头环，再做CT扫描。

③对于脑动静脉血管畸形的患者必要时需做DSA造影。

（5）治疗计划设计。通过PACS或存储设备将患者影像数据输入到治疗计划计算机，医生与物理师一起利用影像学数据勾画病灶和需要保护的关键结构，选择可用的照射弧，制订X－刀治疗计划。

打印出治疗计划结果及摆位治疗单，并由物理师、放疗医生检查、签字认可后，交由放疗技术人员执行。

（6）加速器准备与等中心验证。

①安装等中心定位装置，将加速器的初级准直器置于6．0cm×6．0cm。

②等中心定位精度验证。等中心定位装置安装完成后，需由物理师仔细检查系统的定位精度和加速器的综合精度，必要时需摄片检查确保系统的等中心定位精度符合治疗要求。

（7）立体定向出束照射治疗。

①定位坐标检查。检查定位系统的坐标值，注意检查时应与患者实际病变位置相联系，以免出错。

②检查照射头环的位置是否变动，如有变动需重新做CT扫描、重做治疗计划。