射波刀是首个获得美国食品药品监督管理局(FDA)认证的可以治疗全身各部位运动肿瘤的放射外科治疗设备(2001年)^[1-3]。射波刀的加速器由6个关节的机械臂携带到达指定位置，具有5 760个入射方向(VSI)^[4]。6 MV光子束以非等中心、非共面的形式聚焦于靶区，对于非规则靶区具有较好的适形度和剂量梯度。对于肺、肝脏、胰腺等动态运动肿瘤，一般采用同步呼吸追踪，精度优于1.5 mm^{[1, 5-6]}。射波刀的同步呼吸追踪技术是将体内的金标动度(内标记)和体表的呼吸动度(外标记)关联起来，通过呼吸模型修正加速器照射方向，以实现靶区的同步照射^[7-8]。肿瘤治疗中，金标位置非常重要，其数量、与靶区距离均可影响照射精度和安全性。植入到体内的金标，由于移位^[9-10]、刚性误差大^[11]、骨性遮挡以及植入的金标不符合植入原则等因素会导致金标弃用。本研究统计射波刀治疗中CT引导3D打印共面模板辅助金标植入的利用率和分析弃用原因，为金标植入、治疗影像追踪提供参考数据。

1.病例资料：2017年3月至12月，在北京大学第三医院肿瘤中心CT引导3D打印共面模板辅助金标植入52例，其中肺22例、肝12例、纵隔淋巴结5例、腹膜后淋巴结8例、胰腺3例、腹腔淋巴结1例、盆腔淋巴结1例。射波刀共治疗45人，42例使用金标联合呼吸追踪进行治疗，3例肿瘤患者金标不能使用改为脊柱追踪，7例未行射波刀放疗。本中心利用射波刀金标联合呼吸追踪治疗42例患者。射波刀治疗每人放射治疗次数5~8次，268例，单次放射治疗处方剂量5~10 Gy。

2.植入到体内的金标规格：金标为无活度¹²⁵Ⅰ放射性粒子纯度为99.9%的钛金制成，圆柱体，直径0.8 mm，长度5 mm。在3D打印模板辅助CT引导下利用18 G穿刺针植入到肿瘤内或旁，52例患者体内共植入131颗金标，每位患者最少植入1颗，最多植入6颗，平均植入3.12颗。金标植入到肿瘤附近，距离肿瘤不超过5~6 cm，金标间距离≥2 cm，夹角>15°，任意两个金标在45°投射上不能共线。患者金标植入1周后开始CT定位和射波刀治疗。

3.参数设置：胸腹部肿瘤受肺部呼吸动度和自身运动的影响，在追踪时采用同步呼吸追踪^{[1, 12]}。金标植入软组织后随软组织运动而运动，在金标配准算法中因考虑金标动度而设置了刚性误差阈值为0.5~5 mm，超过刚性阈值的不予配准。金标间距阈值为5~50 mm(默认值为20 mm)，连线角度阈值为5°~50°(默认值为15°)，x轴配对公差阈值为0.5~5.0 mm(默认值为2.5 mm)。追踪算法在计算时，计算的是整个金标组的位置和对应金标的位置关系^[13]。

4.金标利用率统计：统计在射波刀治疗中42例患者分别使用1、2、3、4颗金标追踪的数量。统计131颗金标中金标实际使用数量，弃用金标数量，计算金标的利用率。金标弃用是指追踪时无法使用这些金标。

5.金标弃用的原因分析：植入的金标必须符合要求才能被使用，否则在追踪时无法被使用^[14]。金标弃用原因有很多种，如移位、物体遮挡、刚性误差大等。分析金标弃用原因，并分类统计。

1.金标利用率统计结果：患者CT定位和计划设计后，实施射波刀治疗时，131颗金标中有85颗被使用，利用率为64.89%；弃用46颗，弃用率为35.11%。

2.不同追踪金标数量的患者例数统计：射波刀影像系统最多可以同时追踪8颗金标，按照治疗中实际使用的金标数量进行统计。42例患者中有27例(69.05%)植入的金标在3颗及以上，11例植入的金标数量少于3颗(30.95%)。使用1、2、3、4颗金标追踪的患者例数分别为7(16.67%)、29(69.05%)、4(9.52%)和2(4.76%)例。3颗及以上金标追踪的患者占到14.28%，这些病例也符合美国Accuray公司推荐的追踪金标数量的要求。

3.金标弃用分类统计和原因分析：本组追踪中有46颗金标无法使用，分析其原因包括刚性误差大于阈值、角度变化大于阈值、45°共线、金标间距小于阈值、连线角度 < 15°、无法正确识别、物体遮挡、移位等因素，见表 1。

表 1(Table 1)

表 1 本组射波刀治疗弃用的46颗金标原因 Table 1 The cause of the 46 abandoned fiducial markers during CyberKnife treatment 弃用金标 刚性误差大于阈值 角度大于阈值 45°共线 金标间距小于阈值 连线角度＜15° 无法正确识别 物体遮挡 器官内移位 器官外移位 数量 12 8 2 4 5 5 4 6 0 率(%) 26.08 17.39 4.35 8.70 10.87 10.87 8.70 13.04 0

表 1 本组射波刀治疗弃用的46颗金标原因 Table 1 The cause of the 46 abandoned fiducial markers during CyberKnife treatment

射波刀的同步呼吸追踪技术大大提高了肺、肝脏、胰腺等位置的动态肿瘤的照射精度，其关键技术之一就是在这些软组织中植入金标，一般在CT或超声引导下进行^[14-17]。植入的金标需要符合金标植入原则，同时也要符合追踪算法的要求，才能在追踪时被使用。植入的金标如果不能被使用，则会造成金标的浪费。通过对弃用金标进行分类统计和原因分析，为金标植入术和技师操作提供参考。

单颗金标追踪的风险较高，其精度完全依赖于这1颗金标。两颗金标追踪时，可以互为参考，当刚性误差大或移位时可以发现，但无法确定应该弃用哪颗金标，一般通过重新定位来解决。本研究采用1颗(7例，16.67%)和2颗(29例，69.05%)金标追踪的有36例(85.72%)，这些病例在金标应用上是需要提高的。根据金标追踪算法，1或2颗金标只能计算肿瘤的平移，无法计算旋转；3颗及以上金标追踪(最多8颗)可以计算6维偏差^[18]。在追踪时为了可用金标的数量尽可能满足要求，往往需要多植入。有69.05%的患者的金标数量在3颗及以上，实际追踪中只有14.28%患者的金标数量在3颗及以上。因此，在金标植入和计划设计时要考虑到弃用金标的概率，以满足追踪的要求。

Mallarajapatna等^[11]报道122例患者中有14例(11.5%)发生金标移位，Wunderink等^[19]也报道了金标发生移位的情况。本研究结果显示，治疗期间金标发生移位有6例(13.04%)，其中器官内移位的有6例(100%)，移位到植入器官外的有0例。金标器官内移位^[9-10]，可能是由于照射过程中肿瘤的缩小、金标自身在器官内的移动等，可以通过重新CT定位来解决。移位到植入器官外的这些金标将无法被使用，使用剩下的金标继续治疗，或停止治疗再次补充植入金标。同时，应注意到金标器官内移位，与到肿瘤的距离超过6 cm时，则无法使用。Seppenwoolde等^[20]报道肝脏肿瘤射波刀照射精度依赖于金标与肿瘤之间的距离，射波刀操作指南也要求金标到肿瘤的距离要 < 6 cm。

本研究结果显示，刚性误差大在金标弃用因素中占较大比例。导致刚性误差大有多种因素，如CT定位时患者呼吸不平稳、肿瘤自身运动、移位。CT扫描时，患者呼吸不平稳导致治疗时DRR中的金标位置与定位时的位置相差甚大，可以通过重新定位时宣教患者平稳呼吸来解决。此外，当金标靠近肺下叶或肝左叶等位置时，肺、肝脏动度或形变较大，可能导致刚性误差大。

金标追踪算法要求金标间距不能 < 2 cm。造成金标间距小有多种原因，如植入时金标间距小、随着治疗中肿瘤的缩小。当两颗金标间距很小时，如果无法确认，可能需要同时弃用这两颗金标；如果因间距小无法准确计算位置偏差时，可能需要停用其中1颗^{[19, 21-22]}。两两金标连线角度 < 15°，会影响计算结果^[24]，通常表现为计算出的旋转角度特别大(如15°、20°)或角度值不稳定(例如第1次+5°，第2次-6°)。遇到这种情况，可能要停用其中1颗金标。

因金标不符合要求造成金标弃用占到23.92%(45°共线^[11]为4.35%，间距小于阈值为8.7%，连线角度 < 15°为10.87%)，在金标植入术中尽量避开这些问题，可以降低金标的弃用率。3颗金标追踪时，偶尔会出现计算出的旋转角度特别大(滚转、俯仰或钟摆方向)，此时也需要弃用某些金标。在弃用金标时，要先确定哪颗金标移位、45°共线等，如果无法确定，就需要借助金标追踪算法计算日志中的结果进行判断。在弃用金标时，也需要考虑金标到肿瘤的距离，同等条件下，尽量保留距离肿瘤较近的金标，这样能更好地代表肿瘤的位置和运动度。

当金标弃用时，可能会导致用于追踪的金标数量少于3颗，无法计算旋转偏差^[23-24]。此时，需要物理师设计一个辅助摆位计划，在辅助计划设计时选取的脊柱尽量靠近肿瘤，以尽可能代表肿瘤的旋转偏差。先利用辅助摆位计划计算3个旋转偏差，然后进入治疗计划，计算出3个平移偏差，这样就得到了6维偏差。如果弃用的金标通过重新定位后可以使用，建议重新定位和计划。

应用CT引导3D打印共面模板辅助植入金标，较单纯CT引导徒手植入和超声引导下植入金标，每次金标植入只需要使用2根穿刺针，单根穿刺针植入2颗金标，减少了穿刺针数目，降低了患者穿刺造成的风险和创伤，降低金标植入手术术后并发症的发生率^[25]，植入后患者出现并发症的有气胸4例，其中3例为肺金标植入后少量气胸，1例为胰腺植入金标后患者出现的自发性气胸；血胸1例，但无生命危险，植入后疼痛2例，均为肝脏植入金标患者，植入后第二天缓解，无感染等其他并发症出现。本统计结果显示，CT引导3D打印共面模板辅助植入的金标在使用率方面，较单纯CT引导徒手植入和超声引导下植入金标相对偏低，弃用率偏高^[26]，主要原因与单个患者植入金标数目相对较少有关。

总之，应用CT引导3D打印共面模板辅助植入金标，不是植入到肿瘤中或附近的金标在追踪时都可用，存在弃用的情况，在金标植入、计划设计和治疗执行环节都要考虑到这一问题。弃用的原因有很多种，根据不同的情况采取不同的处理措施。