鼻咽癌放療中T形口腔固定器的研制及其擺位誤差和劑量影響研究

丘敏敏，徐圓，鐘嘉健，鄧永錦，周凌宏

1.南方醫(yī)科大學生物醫(yī)學工程學院，廣東廣州510515；2.中山大學附屬第一醫(yī)院放射治療科，廣東廣州510080

前言

鼻咽癌調強放療已經得到廣泛應用，精確的體位固定技術是調強放療技術實現(xiàn)精準治療的基礎［1-3］。目前頭頸部的固定裝置主要是熱塑膜，不少研究顯示單純熱塑膜面罩固定的頭頸部腫瘤仍有3～5 mm的誤差［4-6］。頭頸部類似圓柱狀，頭頸部尤其是頸部表面輪廓與熱塑膜沒有固定點，在治療過程中，旋轉誤差很難控制，頸椎的靈活性使頸部固定精度比頭部更低。本文在常規(guī)熱塑膜基礎上，加入自制T 形口腔固定器，結合應用圖像引導放射治療（Image Guided Radiotherapy, IGRT）的 錐 形 束CT（Cone Beam CT, CBCT），分別對頭部以及頸部的固定效果進行定量分析，并計算分析其導致的靶區(qū)和危及器官劑量覆蓋變化，對固定器提高頸部固定的獲益進行研究和分析。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

選取2018年5月～2019年2月期間在中山大學附屬第一醫(yī)院放療科進行治療的鼻咽癌患者40例，隨機分成A、B兩組，A組采用常規(guī)熱塑膜固定，B組在A組固定的基礎上加入自制T形口腔固定器固定。A組患者男16 例、女4 例，年齡23～68 歲，中位年齡48 歲，分期T1-4N1-2M0；B組患者男15例、女5例，年齡27～61歲，中位年齡47歲，分期T1-4N1-2M0。兩組患者一般臨床資料無明顯差異。所有患者充分了解治療及數據采集過程，同意參與數據采集，并均簽署知情同意書。

1.2 體位固定

1.2.1 自制T 形口腔固定器制作將補償膜（沒有打孔的熱塑膜材料）放在70 ℃的恒溫水箱中泡軟，裁剪成長5 cm、寬2 cm 的矩形。在3 cm 處將矩形折成直角，接下來在2 cm 這邊每0.5 cm 對折一次。注意對折過程中擠出氣泡。冷卻定形。T 形口腔固定器設計如圖1a所示，實物如圖1b所示。

1.2.2 常規(guī)熱塑膜固定將真空墊置于一體化碳素板上，患者舒適地平躺于真空墊上，患者頭部、頸部及整個后背與真空墊貼合。熱塑膜放在恒溫水箱浸泡至透明，快速瀝干水分后放于患者頭頸肩部。均勻拉膜并扣好固定扣。輕按患者眼窩、鼻梁、下頜、鎖骨窩等部位，使熱塑膜盡量與患者體表貼合，避免產生虛位。

1.2.3 熱塑膜聯(lián)合自制T 形口腔固定器固定真空墊和熱塑膜的固定過程與常規(guī)熱塑膜組相同，只是在制作熱塑膜時讓患者輕輕張開嘴，將自制T形口腔固定器與熱塑膜一起塞進患者口腔，讓患者輕輕咬住，在熱塑膜上形成齒痕如圖1c 所示。深度以患者舒適為宜，一般為1.5～2.0 cm。輕壓熱塑膜使之與體表貼合。熱塑膜聯(lián)合自制T 形口腔固定器固定最終固定效果如圖1d所示。治療時，重復上述方法，使熱塑膜與患者面部輪廓吻合，找到齒痕輕輕咬住，再兩側同時扣下固定扣。

圖1 T形口腔固定器Fig.1 T-shaped oral fixator

1.3 CT掃描及計劃設計

在Philips Big-Bore Brilliance16排大孔徑螺旋CT模擬定位機下進行頭頸部CT掃描，層厚3 mm，F(xiàn)OV600 mm，平掃加增強掃描。平掃電壓電流分別為140 kV/250 mAs，增強掃描為120 kV/300 mAs，掃描范圍為額竇上緣至鎖骨關節(jié)下3 cm。CT 圖像通過Aria 局域網傳輸至Eclipse治療計劃系統(tǒng)進行靶區(qū)勾畫和計劃設計。所有患者均為初程根治性放療，劑量為68.10～70.06 Gy/30～33次。所有患者在Varian Novalis TX直線加速器上治療。

1.4 配準圖像采集及誤差記錄

運用加速器自帶OBI系統(tǒng)，每周進行一次CBCT圖像采集。CBCT圖像與定位CT圖像配準，采用骨性標記的自動剛性配準。對首次擺位的圖像進行回顧性分析。頭部和頸部的擺位誤差通過設置2種不同的配準范圍，可分別獲得頭部和頸部的平移誤差與旋轉誤差。本研究只考慮誤差絕對值，不考慮誤差方向?；颊咦笥?、頭腳、前后方向的平移誤差分別用Lat、Lng、Vrt表示；患者冠狀面（Coronal）、矢狀面（Sagittal）、橫斷面（Transverse）的旋轉誤差分別用Cor、Sag、Tra表示。頭部以及頸部的配準框如圖2所示。頭部配準框：左右方向為兩耳外緣，頭腳方向為眼眶下緣至顱底，前后方向為鼻尖處至枕骨后緣。頸部配準框：頭腳方向為顱底至第7頸椎中間，其余方向與頭部范圍相同。由于治療床不支持六維移動，且每次治療只能按一個誤差值進行位置校正，所以，權衡頭部和頸部誤差，實際治療中僅執(zhí)行一個三維的平移誤差值，此為整體誤差。

圖2 頭部和頸部配準框示意圖Fig.2 Scope of image registration forheadandneck

1.5 劑量覆蓋變化及記錄

實際治療中每次只能執(zhí)行一個移床值，本研究用整體誤差表示，整體誤差通過權衡頭部和頸部誤差得到，且治療床不支持六維移動，所以僅做三維配準。將每例患者的治療計劃完全不作變化地拷貝到計劃系統(tǒng)中，僅根據誤差值調整中心點，重新計算得到包含擺位誤差的模擬計劃。通過比較模擬計劃與原始計劃的DVH 圖，獲得靶區(qū)和危及器官劑量變化情況，讀取數據包括，靶區(qū)：腫瘤靶區(qū)（Gross Target Volume, GTV）、鼻咽大體腫瘤（GTVnx）和頸部大體腫瘤（GTVnd）的98%體積劑量D98%；臨床靶區(qū)（Clinical Target Volume, CTV）、高危亞臨床靶區(qū)（CTV1）和低危亞臨床靶區(qū)（CTV2）的95%體積劑量D95%。危及器官：腦干（Brain Stem）的1%體積劑量D1%；脊髓（Spinal Cord）、左右腮腺（Parotid）、左右晶體（Lens）的50%的體積劑量D50%。與原始計劃對比，得到劑量學變化，以百分比形式表示。體積劑量百分比=（模擬計劃劑量-原始計劃劑量）/原始計劃劑量×100%。

1.6 統(tǒng)計學方法

運用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進行數據分析。對于擺位誤差，采用平移誤差和旋轉誤差的絕對值，而體積劑量百分比，正數代表與原始計劃對比，模擬計劃劑量增加，負數反之。不符合正態(tài)分布的計量資料采用m（Q1,Q3）表示，采用Wilcoxon秩和檢驗。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

40 例患者總共進行261 次CBCT，其中常規(guī)熱塑膜固定（A 組）133 次，熱塑膜聯(lián)合自制T 形口腔固定器固定（B組）128次。

2.1 平移和旋轉誤差結果

平移誤差結果：A、B 兩組比較，平移誤差相差不大，其中，頭部的Lat 方向（P=0.02）及頸部Vrt 方向（P=0.02）具有統(tǒng)計學差異。如表1所示。

旋轉誤差結果：無論頭部還是頸部，B 組旋轉誤差明顯減少，全部方向（Cor、Sag、Tra）差異具有統(tǒng)計學意義（P均＜0.01），如表2所示。

旋轉誤差分布：頭部誤差全部在3°以內，其中A組≤2°的誤差，Cor、Sag、Tra 3 個方向分別占99.3%、97.8%、96.2%；B 組占99.1%、99.2%、100.0%。頸部旋轉誤差比頭部大，且A 組大于B 組。其中，A 組≤2°的誤差，Cor、Sag、Tra 3 個方向分別占88.7%、83.4%、80.5%；B 組占98.4%、95.3%、96.9%。A 組最大旋轉誤差達到6°。如表3所示。

2.2 整體誤差對體積劑量影響的結果

整體誤差結果：兩組整體誤差相差不大，如表4所示。誤差對靶區(qū)體積劑量影響：兩組模擬計劃的靶區(qū)劑量都減少，其中B 組減少量明顯小于A 組,GTVnx-D98%、GTVnd-D98%、CTV1-D95%、CTV2-D95%全部具有統(tǒng)計學意義（P均＜0.01），如表5所示。

表1 平移誤差的統(tǒng)計結果（mm）Tab.1 Descriptive statistics of linear errors in two groups(mm)

表2 旋轉誤差的統(tǒng)計結果（°）Tab.2 Descriptive statistics of rotation errors in two groups(°)

表3 旋轉誤差分布情況統(tǒng)計（%）Tab.3 Frequency of rotation errors in two groups(%)

表4 整體平移誤差的統(tǒng)計描述（mm）Tab.4 Descriptive statistics of overall linear errors(mm)

誤差對危及器官體積劑量影響：危及器官體積劑量百分比變化不一，如表6所示。

靶區(qū)體積劑量百分比分布：靶區(qū)體積劑量絕大部分減少，A 組劑量變化較大，甚至GTVnd-D98%減少11%，而B組劑量變化范圍明顯變小，全部在5%范圍內。其中，A 組的GTVnx-D98%、GTVnd-D98%、CTV1-D95%、CTV2-D95%在±3%內占87.5%、88.3%、98.5%、98.5%；B組占100%、96.8%、100%、100%，如表7所示。

3 討論

調強放射治療技術在保證腫瘤覆蓋率的同時，可以有效地保護周邊正常器官。由于其高度適形，靶區(qū)邊緣劑量陡峭，對擺位精度提出了更高的要求［7-10］。目前頭頸部的固定裝置主要是熱塑膜，遲鋒等［11］研究發(fā)現(xiàn)采用熱塑膜固定，有的患者平移誤差在Lat 和Lng 方向高達5 mm。Schubert 等［12］側重旋轉誤差，指出頭頸部腫瘤旋轉誤差比體部腫瘤更明顯。Astreinidou 等［13］，Sun 等［14］發(fā)現(xiàn)旋轉誤差在1°范圍內對劑量分布影響不大。Gutfeld 等［15］則發(fā)現(xiàn)大于2°的旋轉誤差會使靶區(qū)劑量發(fā)生3%～5%的變化。ICRU24［16］號報告指出，靶區(qū)照射劑量偏離5%可能造成原發(fā)灶失控或并發(fā)癥增加，故認為大于2°的旋轉誤差是需要校正的。

表5 靶區(qū)劑量變化百分比的統(tǒng)計描述（%）Tab.5 Descriptive statistics for percentage of gross target volume dose(%)

表6 危及器官體積劑量百分比的統(tǒng)計描述（%）Tab.6 Descriptive statistics for percentage of organs at risk dose(%)

表7 兩組靶區(qū)體積劑量百分比分布情況統(tǒng)計（%）Tab.7 Frequency for percentage of gross target volume dose in two groups(%)

本研究中，兩組平移誤差相差不大，但旋轉誤差減少明顯且具有統(tǒng)計學意義。其中頭部≤1°的旋轉誤差分別從82%、85%、74.4%提高到86.7%、95.3%、85.2%。頸部誤差減少更加明顯，≤1°的誤差比例從58.6%、49.6%、48.1%提高到78.9%、74.2%、68.8%。分析可能的原因：頭頸部類似圓柱狀，傳統(tǒng)熱塑膜沒有固定點，加上頸椎自身的靈活性，傳統(tǒng)熱塑膜沒有受力點，頸部旋轉誤差甚至超過3°［17-18］。而本研究中T形口腔固定器與熱塑膜融合，患者咬住口腔固定器在熱塑膜上形成齒印，形成相對穩(wěn)定的結構，擺位過程中身體和肩膀貼合真空墊和面罩，位置相對穩(wěn)定，那么處于中間的頸部移動被限制，頸部彎曲度和旋轉度相對減少，否則患者會出現(xiàn)不適會主動要求調整，從而減少擺位誤差。誤差減少在靶區(qū)劑量分布上得到體現(xiàn)。對于靶區(qū)體積劑量百分比，GTVnx-D98%、GTVnd-D98%、CTV1-D95%、CTV2-D95%變化≤±3%，A組為87.5%、88.3%、98.5%、98.5%，B組為100%、96.8%、100%、100%，且全部具有統(tǒng)計學意義（P均＜0.01）。

本研究熱塑膜聯(lián)合自制T 形口腔固定器固定，T字橫邊長度使口腔固定器與熱塑膜可以卡住，貼合程度較高，不易脫落，又不會增加患者不適。自制T形口腔固定器采用無孔熱塑膜材料制作，對劑量分布無影響，且體積小，用料少，制作成本低。相較于牙膠，患者舒適度更好，重復性更高，價格更便宜。然而，依舊有小比例旋轉誤差大于2°，但本研究未配有六維治療床，只能圖像配準不能對旋轉誤差進行校正，旋轉誤差對靶區(qū)劑量存在一定影響。另外，本研究依靠患者門齒使口腔固定器與熱塑膜形成齒印，對于門齒缺失或者咬合功能有障礙的患者不適用。在臨床應用中發(fā)現(xiàn)，定位時患者普遍存在緊張心理，需要詳細解釋定位過程，將口腔固定器給患者試咬住，提前適應，以達到預期的固定效果。

基于以上研究，相較于單純常規(guī)熱塑膜固定，聯(lián)合自制T形口腔固定器固定增加口腔內固定點，與熱塑膜形成連接，可有效提高鼻咽癌的體位固定精度減少擺位誤差，尤其旋轉誤差得到有效控制，保障調強放療的療效，且T形口腔固定器制作簡單，成本低廉，使用方便，治療擺位操作簡便，可在臨床中推廣應用。