OSMS在乳腺癌術(shù)后放療臨床應(yīng)用中體位固定方式優(yōu)選研究

李俊禹，杜乙，周舜，吳昊，楊敬賢，于松茂，李廷廷，劉巍巍，岳海振

1. 北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院暨北京市腫瘤防治研究所 放療科 惡性腫瘤發(fā)病機(jī)制及轉(zhuǎn)化研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100142；2. 解放軍總醫(yī)院 第五醫(yī)學(xué)中心，北京 100039

引言

乳腺癌是女性常見惡性腫瘤之一，乳腺癌患者首選手術(shù)治療，其中70%～80%術(shù)后患者需要進(jìn)行放療[1]。處于放射治療執(zhí)行端的影像引導(dǎo)技術(shù)（Image Guided Radiotherapy，IGRT）和輔助定位裝置的優(yōu)選對(duì)于提高擺位精度[2]，保證放療劑量傳遞精度[3]，從而提高治療效果[4]，減少腫瘤復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)[5]，起到至關(guān)重要的作用。作為在線校位技術(shù)的參考標(biāo)準(zhǔn)，基于機(jī)載影像設(shè)備錐形束CT（Cone Beam CT，CBCT）的IGRT技術(shù)在臨床實(shí)踐中產(chǎn)生的額外輻射劑量、耗時(shí)較長等問題備受關(guān)注[6-7]，而光學(xué)體表監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Optical Surface Monitoring System，OSMS）在放療前輔助擺位和放療中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等方面的應(yīng)用，在完全規(guī)避附加輻射劑量的前提條件下，有效提高了擺位效率和擺位精度[8-10]。研究顯示，OSMS基于所監(jiān)測(cè)到的患者體表輪廓引導(dǎo)擺位，輔助固定裝置的選擇會(huì)影響患者體位，進(jìn)而影響OSMS引導(dǎo)擺位的精度[11]，尤其對(duì)于乳腺癌術(shù)后放療病例，由于乳腺區(qū)域體表剛性不足，體位固定方式對(duì)OSMS引導(dǎo)擺位精度影響較大，但其原因?yàn)楹?，影響是否顯著尚不明確。本研究以CBCT在線校位結(jié)果為參考，探討基于OSMS引導(dǎo)擺位下真空墊和頸胸膜兩種臨床常用體位固定方式的擺位一致性和誤差分析，為乳腺癌術(shù)后放療患者的體位固定方式優(yōu)選提供數(shù)據(jù)支持，并作為全流程質(zhì)控思維整體結(jié)構(gòu)中執(zhí)行端的設(shè)備優(yōu)選和方法優(yōu)化方案的參考。

1 資料與方法

1.1 資料選取與分組

選取52例2019年4月至2019年12月于北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院行乳腺癌術(shù)后放療的患者資料，均采用OSMS系統(tǒng)輔助擺位完成治療，其中真空墊固定組（A組）24例，頸胸膜固定組（B組）28例，見圖1。52例患者年齡19～72歲，中位年齡47.5歲，體質(zhì)量指數(shù)（Body Mass Index，BMI）15.93～32.75 kg/m2，中位 BMI為 24.42 kg/m2。

圖1 乳腺癌術(shù)后放療體位固定方式

1.2 儀器設(shè)備與方法

1.2.1 儀器設(shè)備

英國Vision RT公司光學(xué)體表監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，美國瓦里安VitalBeam加速器（配備6維治療床），德國西門子大孔徑螺旋CT（Somation Sensation Open），德國LAP公司3維激光燈定位系統(tǒng)，美國Varian Eclipse放療計(jì)劃系統(tǒng)，比利時(shí)ORFIT體板。

1.2.2 體位固定和掃描方法

所有患者均采用仰臥、平躺、雙手上舉抱頭體位。A組患者平躺于真空墊上，根據(jù)患者身體輪廓、手臂位置塑形真空墊，頭枕放在真空墊上，并塑形頭枕邊緣輪廓。B組患者平躺于體板上，頭枕采用體板上頭枕下凹凸結(jié)構(gòu)的方式與體板位置固定，制作頸胸膜。真空墊、體板均與治療床位置相對(duì)固定。模具制作完成后在德國西門子大孔徑螺旋CT和美國Varian Eclipse放療計(jì)劃系統(tǒng)上進(jìn)行定位CT掃描和治療計(jì)劃制定，在配置六維碳纖維治療床的瓦里安醫(yī)用直線加速器VitalBeam執(zhí)行治療方案，可獲取左右（x軸向）、升降（y軸向）、進(jìn)出（z軸向）、床旋轉(zhuǎn)（Rtn）、進(jìn)出傾斜（Pitch）和左右轉(zhuǎn)動(dòng)（Roll）6個(gè)維度的配準(zhǔn)誤差。

1.2.3 操作流程

本研究所涉及病例，首次治療均采用“兩步法”，找到參考床值并通過OSMS獲取修正后患者光學(xué)參考圖像，具體操作可參考本中心前期研究成果[12]。后續(xù)治療擺位流程如圖2所示，可分為四步：（1）患者位置固定好后，將治療床自動(dòng)移至參考床值處；（2）使用OSMS實(shí)時(shí)調(diào)整患者體位，使OSMS擺位誤差盡可能低，最大容差范圍線性方向/旋轉(zhuǎn)方向分別為±0.5 cm/±2°，結(jié)束擺位后獲取6個(gè)維度的OSMS擺位誤差；（3）采集CBCT圖像后與定位CT圖像進(jìn)行基于骨性標(biāo)記自動(dòng)配準(zhǔn)后，經(jīng)過醫(yī)生與技師共同確認(rèn)靶區(qū)位置后對(duì)自動(dòng)配準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行微調(diào)，獲取6個(gè)維度CBCT配準(zhǔn)誤差；（4）按照CBCT配準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行移床并執(zhí)行治療計(jì)劃方案完成當(dāng)次照射。

圖2 后續(xù)治療操作流程圖

本研究中采用真空墊固定方式的A組在治療過程中使用OSMS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)治療，線性方向和旋轉(zhuǎn)方向閾值分別設(shè)置為±0.3 cm/±2°，B組扣模具固定患者體位后治療，后續(xù)治療過程均按照?qǐng)D2所示流程進(jìn)行操作。所有患者前3次放療前均進(jìn)行CBCT驗(yàn)證，隨后每周進(jìn)行1次CBCT驗(yàn)證。對(duì)后續(xù)治療6維方向誤差結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，A組和B組分別取得144組和168組6維OSMS擺位誤差數(shù)據(jù)和CBCT配準(zhǔn)誤差數(shù)據(jù)。

本研究中OSMS感興趣區(qū)（Region of Interest，ROI）選為整個(gè)胸部，上界鎖骨、下界肋骨，側(cè)面A組真空墊邊緣以上、B組腋中線，均包括了相對(duì)穩(wěn)定體表，如胸骨、肋骨，不包含腹部，腋窩、手臂、肩胛骨等不穩(wěn)定體表不做勾畫。

1.2.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)

① 擺位誤差：即為CBCT與定位CT圖像配準(zhǔn)誤差的絕對(duì)值，數(shù)值越小則說明誤差越低；② 擺位一致性：OSMS擺位誤差與同次對(duì)應(yīng)方向的CBCT配準(zhǔn)誤差的差值，絕對(duì)化后用于量化OSMS與CBCT在線校位系統(tǒng)的一致性。

1.2.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS25.0對(duì)擺位一致性和擺位誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，經(jīng)正態(tài)性檢驗(yàn)呈非正態(tài)分布，兩組病例對(duì)應(yīng)擺位一致性和擺位誤差數(shù)據(jù)行曼恩-惠特尼U檢驗(yàn)，以中位數(shù)（下四分位數(shù)～上四分位數(shù)）表示。此外據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，患者任意方向0.5 cm線性誤差或2°旋轉(zhuǎn)誤差會(huì)導(dǎo)致靶區(qū)劑量變化5%[13]，為更好分析擺位一致性累積分布，本研究設(shè)定線性方向、旋轉(zhuǎn)方向分別以0.3 cm和1°為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)擺位一致性累積分布率進(jìn)行χ2檢驗(yàn)。我中心通過研究旋轉(zhuǎn)與線性誤差相關(guān)性得出，對(duì)于胸部腫瘤旋轉(zhuǎn)超過1.5°等同于平移0.5 cm的誤差[14]，因此在乳腺腫瘤放療中確保擺位誤差線性方向和旋轉(zhuǎn)方向分別控制在0.5 cm和1.5°以內(nèi)，以上述標(biāo)準(zhǔn)對(duì)擺位誤差累積分布率進(jìn)行χ2檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 擺位誤差和擺位一致性統(tǒng)計(jì)分析

A組和B組6個(gè)維度的擺位誤差和擺位一致性中位數(shù)（上四分位數(shù)～下四分位數(shù)）見表1～2。擺位誤差除z方向外A組均優(yōu)于B組，但僅x（Z=-2.942，P=0.003）、z（Z=-3.832，P=0.000）方向差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。對(duì)于擺位一致性，除z方向外，A組均優(yōu)于B組，x（Z=-4.175，P=0.000）、y（Z=-8.188，P=0.000）、z（Z=-1.976，P=0.048）、Pitch（Z=-2.448，P=0.014）、Roll（Z=-3.030，P=0.002）等方向差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表1 乳腺癌放療兩種體位固定方式不同方向和旋轉(zhuǎn)角度擺位誤差比較

表2 乳腺癌放療兩種體位固定方式不同方向和旋轉(zhuǎn)角度擺位一致性比較

2.2 擺位誤差和擺位一致性累積分布統(tǒng)計(jì)分析

A組和B組擺位誤差和擺位一致性累積分布比例見表3～4。擺位誤差累積分布除z方向外，A組均優(yōu)于B組，僅z方向具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.029＜0.05），綜合6維方向擺位誤差累積分布A組優(yōu)于B組。擺位一致性累積分布除z方向外，A組均優(yōu)于B組，且x（χ2=4.730，P=0.030）、y（χ2=65.712，P=0.000）、Rtn（χ2=8.108，P=0.004）、Pitch（χ2=6.572，P=0.010）和 Roll（χ2=4.938，P=0.026）五個(gè)方向差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，綜合6維方向擺位一致性累積分布A組顯著優(yōu)于B組，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（χ2=50.062，P=0.000）。

表3 乳腺癌放療兩種體位固定方式不同方向和旋轉(zhuǎn)角度的擺位誤差累積分布/%

表4 乳腺癌放療兩種體位固定方式不同方向和旋轉(zhuǎn)角度的擺位一致性累積分布/%

3 討論

OSMS通過減少體表輪廓的誤差來提高放療精度，目前研究表明體表輪廓與內(nèi)部腫瘤位置有關(guān)聯(lián)，近年來OSMS引導(dǎo)擺位已廣泛應(yīng)用于與體表皮膚位置關(guān)系密切的乳腺腫瘤中[15-18]，已被證實(shí)具有亞毫米精度[19]。真空墊與頸胸膜作為乳腺癌放療常用的體位固定方式有各自的特點(diǎn)，頸胸模具有可塑性強(qiáng)、使用方便、制作簡便等特性，能夠固定患者頭頸部并限制患者的不自主運(yùn)動(dòng)以及呼吸運(yùn)動(dòng)[20]。真空墊屬于個(gè)性化體位固定方式，根據(jù)每位患者的體型特點(diǎn)進(jìn)行塑形，對(duì)患者手臂、腰背部支撐效果好，緊貼患者身體限制患者不自主運(yùn)動(dòng)[21]，真空墊固定中OSMS在治療期間實(shí)時(shí)監(jiān)控并驅(qū)動(dòng)門控開關(guān)，患者呼吸運(yùn)動(dòng)在閾值內(nèi)時(shí)執(zhí)行治療，反之則自動(dòng)中斷治療。

本研究擺位一致性和擺位一致性累積分布A組在x、y、Rtn、Pitch、Roll方向優(yōu)于B組，主要原因在于：①B組頸胸膜固定由于患者腰背部、手臂缺乏支撐，體位缺乏限制，分次間患者身體姿勢(shì)較A組真空墊固定易變，身體姿勢(shì)改變?cè)斐苫趧傂耘錅?zhǔn)的OSMS提示誤差準(zhǔn)確性下降；②B組在扣頸胸膜時(shí)患者不可避免產(chǎn)生體位移動(dòng)，造成結(jié)束擺位與CBCT掃描之間患者體位產(chǎn)生差異；③A組和B組患者獲取OSMS參考圖像分別在根據(jù)CBCT配準(zhǔn)誤差移床后直接獲取以及移床治療取下模具后獲取，B組根據(jù)CBCT配準(zhǔn)誤差移床到獲取OSMS參考圖像時(shí)間間隔比A組長，時(shí)間間隔增加加大患者不自主運(yùn)動(dòng)可能性，取下模具過程亦可能造成患者體位的移動(dòng)，使獲取OSMS參考圖像時(shí)患者體位與參考體位產(chǎn)生差異。

擺位一致性和擺位一致性累積分布B組在z方向優(yōu)于A組，原因在于：① 頭枕固定效果B組優(yōu)于A組，頭枕相對(duì)位置的變化會(huì)影響A組z方向擺位一致性；② 本中心對(duì)手臂上舉功能不良患者偏重使用真空墊固定，上述患者手臂位置和手臂上舉功能不良程度易隨治療進(jìn)行發(fā)生變化，影響A組z方向擺位一致性。

表1和表3中，A組和B組6維方向擺位誤差線性方向≤0.5 cm、旋轉(zhuǎn)方向≤1.5°的累積分布比例分別為98.65%和97.54%，擺位誤差和擺位誤差累積分布A組和B組均滿足臨床要求，A組除z方向外均基本優(yōu)于B組，分別與擺位一致性和擺位一致性累積分布的結(jié)果基本相同，分析原因?yàn)椋簲[位一致性和擺位一致性累積分布的差異造成A組和B組擺位誤差和擺位誤差累積分布的差異性。綜合6維方向擺位一致性和擺位誤差累積分布A組均優(yōu)于B組，擺位一致性誤差累積分布具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，說明A組在擺位一致性和擺位誤差累積分布方面整體優(yōu)于B組。

需特別指出B組在y方向擺位一致性中位數(shù)（上四分位數(shù)～下四分位數(shù)）為0.32（0.18～0.48）cm，擺位一致性較差，而擺位誤差為0.15（0.08～0.21）cm尚可。究其原因是因?yàn)锽組OSMS參考圖像在治療結(jié)束取下模具后獲取，OSMS引導(dǎo)擺位在扣膜之前進(jìn)行，扣模具對(duì)患者y方向影響較大，造成y方向擺位一致性較差現(xiàn)象。本研究采用根據(jù)參考床值自動(dòng)到位治療，有效解決扣膜對(duì)y方向產(chǎn)生的影響，得到了擺位誤差尚可的結(jié)果。

本研究不足之處在于：真空墊固定中頭枕無法與真空墊相對(duì)位置絕對(duì)固定，產(chǎn)生了z方向擺位一致性不足的現(xiàn)象，后續(xù)研究中將使頭枕更加穩(wěn)固固定。頸胸膜固定扣模具時(shí)不可避免會(huì)產(chǎn)生患者體位的移動(dòng)，后續(xù)研究中將嘗試使用開放模具固定體位，扣模具后使用OSMS進(jìn)一步微調(diào)患者體位，并可將開放區(qū)域作為ROI進(jìn)行治療中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本研究中僅勾畫胸部一個(gè)ROI，不包含頭頸部、手臂等自由度高部位，后續(xù)研究將勾畫胸部以及針對(duì)頭頸部、手臂、患側(cè)乳腺的多個(gè)ROI進(jìn)行聯(lián)合擺位。

綜上所述，本研究表明乳腺癌術(shù)后放療采用OSMS擺位時(shí)，真空墊和頸胸膜固定方式的擺位誤差均在臨床允許范圍內(nèi)；相對(duì)于CBCT擺位方式，采用OSMS擺位時(shí)，真空墊固定方式的擺位一致性整體優(yōu)于頸胸膜并在一定程度上減少了擺位誤差；真空墊固定方式可在治療過程中對(duì)患者進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，綜合考量固定效果較好，可使患者受益，在應(yīng)用OSMS擺位時(shí)應(yīng)予以優(yōu)先考慮。