Catalyst HD光學(xué)體表引導(dǎo)發(fā)泡膠固定乳腺癌調(diào)強(qiáng)放療擺位精度的研究

方鍵藍(lán) 方涌文 劉鏢水 肖亮杰 王宇留 郭旋 何振宇 林承光 姚文燕

華南國家腫瘤實(shí)驗室，中山大學(xué)腫瘤防治中心（廣州510060）

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一，據(jù)2020年12月國際癌癥研究機(jī)構(gòu)（International Agency for Research on Cancer，IARC）調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，全球女性癌癥中女性乳腺癌占新發(fā)病例的11.7%，而乳腺癌的病死率為6.9%［1］。放射治療作為乳腺癌治療的治療方式之一，其每一個步驟都至關(guān)重要，放射治療期間的乳腺癌患者體表的標(biāo)記線對于治療的成功與否尤為重要。乳腺癌患者體表標(biāo)記線不僅能影響腫瘤靶區(qū)（planning target volume，PTV）的劑量分布，而且在保護(hù)危及器官（organs at risk，OARs）如心臟、肺臟、脊髓等也起到了重要的作用。光學(xué)體表輔助擺位是近些年興起的新型擺位方式，其中Catalyst HD 系統(tǒng)在治療床周圍天花板上距離加速器等中心1.8 m 處安裝3 個專業(yè)級攝像頭的三探頭系統(tǒng)，利用光學(xué)體表成像技術(shù)，實(shí)時重建所勾畫的感興趣區(qū)ROI 附近的三維體表輪廓，獲取實(shí)時患者體位誤差信息進(jìn)行輔助擺位、治療實(shí)時監(jiān)控和呼吸門控監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)患者放射治療全流程精確監(jiān)控。本文研究表面光學(xué)體表監(jiān)測系統(tǒng)的輔助擺位與傳統(tǒng)的體表標(biāo)記線擺位之間的精度差異，并比較不同光學(xué)體表監(jiān)測興趣區(qū)域的差別，為光學(xué)體表實(shí)施提供臨床參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2020年5月至2021年7月在中山大學(xué)腫瘤防治中心Varian Vital_Beam 進(jìn)行調(diào)強(qiáng)放射治療的乳腺癌患者34 例。入選標(biāo)準(zhǔn)：年齡20 ～60 歲；KPS ＞80 分；術(shù)后分期為Tis-2N0-2M0分期的乳腺癌保留乳房手術(shù)后患者；保乳術(shù)后擬行瘤床同步加量調(diào)強(qiáng)放射治療或序貫后程加量的調(diào)強(qiáng)放射治療患者；患側(cè)上臂上舉外展自如的患者；患者無通氣功能障礙，無慢性心肺疾病。排除標(biāo)準(zhǔn)：同時雙側(cè)乳腺癌；腋窩前哨淋巴結(jié)活檢，未做腋窩清掃；做過內(nèi)乳淋巴引流區(qū)清掃；全身治療前未做內(nèi)乳淋巴引流區(qū)的影像評估；患側(cè)胸壁Ⅰ期乳房重建術(shù)或擴(kuò)張器植入術(shù)后；嚴(yán)重心功能不全；既往胸壁或鎖骨上放療史；既往或同時第二原發(fā)惡性腫瘤。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)（批準(zhǔn)號：2020-379-01），所有患者均簽署知情同意書。

1.2 固定方法 所選均為浸潤性癌并為保乳術(shù)后患者，行乳腺、鎖骨上淋巴引流區(qū)照射。體位固定方法為發(fā)泡膠個體化仰臥固定，采用廣州福瑞人體定位墊發(fā)泡膠固定，將異氰酸聚亞甲基聚亞苯基酯（A 料）與復(fù)合聚醚類多元醇（B 料）混合搖勻10 s 后平鋪倒在防水布袋內(nèi)，患者雙手上舉外展，采用發(fā)泡膠發(fā)泡固定的方式使手臂與手指充分塑形，充分展開胸壁及腋窩淋巴結(jié)，發(fā)泡膠技術(shù)自動塑形的特性使得發(fā)泡膠固定墊更為貼合人體體表輪廓。見圖1。

圖1 發(fā)泡膠仰臥固定裝置Fig.1 Styrofoam supine fixture

1.3 方法和數(shù)據(jù)采集 Catalyst HD 光學(xué)體表監(jiān)測系統(tǒng)通過綠色光源和紅色光源來顯示癌癥患者體表實(shí)時輪廓與計劃參考輪廓的位移偏差且直接投射到患者體表輪廓上，并在顯示器上顯示出擺位的偏差數(shù)據(jù)。使用體表標(biāo)記線擺位的方法見圖2，使用Catalyst HD 系統(tǒng)單患側(cè)ROI 方法見圖3，使用Catalyst HD 系統(tǒng)雙側(cè)ROI 方法見圖4。

圖2 標(biāo)記線擺位Fig.2 Marker line placement

圖3 單患側(cè)ROIFig.3 Single ipsilateral ROI

圖4 雙側(cè)ROIFig.4 Bilateral ROI

放療前將患者從Eclipse 計劃系統(tǒng)生成的體表外輪廓及放療計劃資料（RT Plan 和RT Structure）導(dǎo)入到Catalyst HD 系統(tǒng)中，在第1 次CBCT 驗證后捕獲新的放療體位輪廓，作為放射治療的參考輪廓，在每次治療前使用光學(xué)體表監(jiān)測系統(tǒng)輔助擺位功能進(jìn)行體位校正，并在第2、3 次及每隔5 次進(jìn)行CBCT 進(jìn)行體位驗證，記錄并觀察患者的標(biāo)記線擺位治療床床值、Catalyst HD 擺位治療床床值及CBCT 校準(zhǔn)后的體位誤差治療床床值數(shù)據(jù)。患者標(biāo)記線擺位誤差數(shù)值為CBCT 校準(zhǔn)后治療床床值減去患者的標(biāo)記線擺位治療床床值；Catalyst HD擺位誤差數(shù)值為CBCT 校準(zhǔn)后治療床床值減去Catalyst HD 擺位后治療床床值。兩種擺位方法均采用統(tǒng)一CBCT 影像校準(zhǔn)方式，CBCT 影像校準(zhǔn)方法為骨和灰度自動配準(zhǔn)，CBCT 影像校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)以3 mm 為限，具體的CBCT 校準(zhǔn)方法與步驟見圖5。

圖5 光學(xué)體表監(jiān)測系統(tǒng)流程示意圖Fig.5 Schematic diagram of the flow chart of the optical body surface monitoring system

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 21.0 對數(shù)據(jù)分別進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗和配對樣本t檢驗，計量資料采用（）表示，以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 體表標(biāo)記線與光學(xué)體表監(jiān)測系統(tǒng)輔助擺位的差異 標(biāo)記線擺位與光學(xué)體表輔助擺位在左右LR、頭腳SI、腹背AP 方向的擺位誤差分別為（2.21 ± 2.14）、（2.46 ± 2.22）、（3.33 ± 2.43）mm 和（1.42±0.99）、（1.31±0.86）、（1.38±1.06）mm，t值為（LR：-3.473；SI：-4.895；AP：-3.438），差異有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.05）。見表1。

表1 體表標(biāo)記線與光學(xué)體表監(jiān)測系統(tǒng)輔助擺位的差異Tab.1 Differences between body surface markers and assisted placement of optical body surface monitoring systems ±s，mm

表1 體表標(biāo)記線與光學(xué)體表監(jiān)測系統(tǒng)輔助擺位的差異Tab.1 Differences between body surface markers and assisted placement of optical body surface monitoring systems ±s，mm

體表標(biāo)記線光學(xué)體表t 值P 值A(chǔ)P 3.33±2.43 1.38±1.06-3.438 0.001 SI 2.46±2.22 1.31±0.86-4.895＜0.001 LR 2.21±2.14 1.42±0.99-3.473 0.001

2.2 單患側(cè)ROI 與雙側(cè)ROI 的對治療精度的影響 單患側(cè)ROI 與雙側(cè)ROI 的對比中，AP 方向中t= 2.831，P= 0.005，Roll 旋轉(zhuǎn)方向中t= 2.982，P=0.003，兩個方向差異有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.05），其余方向誤差比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義。見表2。

表2 單患側(cè)ROI 與雙側(cè)ROI 的對治療精度的影響Tab.2 The effect of unilateral ROI and bilateral ROI on treatment accuracy ±s

表2 單患側(cè)ROI 與雙側(cè)ROI 的對治療精度的影響Tab.2 The effect of unilateral ROI and bilateral ROI on treatment accuracy ±s

注：**P ＜0.01

單患側(cè)ROI雙側(cè)ROI t 值P 值A(chǔ)P（mm）1.50±0.93 1.31±1.71 2.831 0.005**SI（mm）1.41±1.02 1.89±1.29-1.121 0.264 LR（mm）1.59±1.23 1.71±1.22 1.414 0.159 Rtn（0.53±0.49）°（0.45±0.49）°1.915 0.057 Pitch（0.71±0.68）°（0.71±0.69）°0.407 0.684 Roll（0.77±0.75）°（0.95±0.75）°2.982 0.003**

3 討論

光學(xué)體表引導(dǎo)技術(shù)利用2 類激光器和攝像機(jī)獲取患者實(shí)時的三維表面信息，將這些信息與CT模擬定位時的體表輪廓信息進(jìn)行比較，通過可視化的界面輔助引導(dǎo)放療擺位［2-3］。目前光學(xué)體表監(jiān)測系統(tǒng)廣泛應(yīng)用到各個病種的放療實(shí)施中，其中應(yīng)用較多的是乳腺癌［4］。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，使用Varian Vital_Beam 進(jìn)行胸部CBCT 掃描每次存在劑量加權(quán)0.32cGy，多次使用CBCT 掃描將使患者接受到額外的輻射劑量，增加患者的治療時間，同時也帶來一定的經(jīng)濟(jì)壓力［5-6］。而光學(xué)體表輔助擺位是一種無輻射且能輔助驗證患者放療體位的新興技術(shù)，但CBCT 有精確的6 維成像能力和較好的圖像分辨率，目前依然是驗證放療體位的“金標(biāo)準(zhǔn)”［7-9］。本研究使用CBCT 對C-RAD Catalyst HD光學(xué)體表裝置進(jìn)行傳統(tǒng)體表標(biāo)志擺位與光學(xué)體表輔助擺位對乳腺癌擺位精度的對比發(fā)現(xiàn)，體表標(biāo)記線及使用光學(xué)體表監(jiān)測系統(tǒng)在3個平移方向比較均差異有統(tǒng)計學(xué)意義：AP 方向：（3.33±2.43）mm與（1.38 ± 1.06）mm；SI 方向：（2.46 ± 2.22）mm 與（1.31 ± 0.86）mm；LR 方 向：（2.21 ± 2.14）mm 與（1.42 ± 0.99）mm，光學(xué)體表擺位的應(yīng)用能夠明顯減少三維方向的擺位誤差，與其他學(xué)者研究結(jié)果趨勢一致［10］。相較于吳佳蔚等［11］基于乳腺托架固定的研究，本研究的體表標(biāo)志線擺位誤差更小，因為本研究采用了發(fā)泡劑個體化體位固定技術(shù)，發(fā)泡膠技術(shù)自動塑形的特性使得發(fā)泡膠固定墊更為貼合人體體表輪廓，適形度高的同時也不存在漏氣變形的風(fēng)險［12］。固定時使用泡沫楔形墊將患者背部抬高，患者雙手外展并上舉，在發(fā)泡膠墊的上沿塑形雙臂及手握的相應(yīng)形狀，以便之后手臂及手掌的固定，增加擺位重復(fù)性。因此建議使用發(fā)泡膠作為乳腺癌保乳術(shù)后調(diào)強(qiáng)放療的體位固定裝置。在使用光學(xué)體表進(jìn)行監(jiān)測時，本研究將光學(xué)體表監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測的感興趣區(qū)域分為單患側(cè)乳腺ROI 與雙側(cè)乳腺ROI，其中的AP 和Roll 兩個方向比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義。雙側(cè)ROI 在AP 方向和Roll 方向上誤差數(shù)據(jù)較單側(cè)ROI 小，這是由于雙側(cè)ROI 監(jiān)測的橫向范圍較大，對于Roll 方向的旋轉(zhuǎn)誤差檢測更為準(zhǔn)確，同時監(jiān)測面積較廣的情況下也提高了AP 方向的擺位精度，因此建議發(fā)泡膠固定乳腺癌保乳術(shù)后調(diào)強(qiáng)放療使用雙側(cè)ROI 輔助擺位來減少ROLL 以及AP 方向的擺位誤差。

本研究實(shí)際治療的患者的中位年齡37 歲，最小年齡27 歲，最大年齡70 歲，由于實(shí)際治療患者年齡與入組標(biāo)準(zhǔn)年齡有所差異，年齡跨度較大，可能存在如患者年齡較大而出現(xiàn)皮膚較為松弛等個體化差異；后續(xù)研究將繼續(xù)擴(kuò)大入組的患者數(shù)量，在C-RAD Catalyst_HD 的應(yīng)用上為臨床治療提供更精確的支撐。

SGRT 在提高了放療精準(zhǔn)度的同時，也改善了患者的舒適度，目前在乳腺癌放療中得到廣泛應(yīng)用，已被證明具有亞毫米精度［13-14］。光學(xué)體表系統(tǒng)在分次治療過程中，也能夠提供實(shí)時監(jiān)測?；颊咴谥委熯^程中可能會由于肌肉疲勞、咳嗽原因等引起肢體的運(yùn)動，而造成放療體位的變化，而光學(xué)體表監(jiān)測系統(tǒng)可以及時反饋患者體位產(chǎn)生的變化，當(dāng)治療過程中體位發(fā)生較大改變時會進(jìn)行束流控制暫停出束，等待患者體位恢復(fù)正常體位后再進(jìn)行出束治療。

光學(xué)體表監(jiān)測系統(tǒng)輔助擺位相對于傳統(tǒng)體表標(biāo)記線擺位更加精確；在光學(xué)體表監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行乳腺癌放療輔助擺位時建議選擇雙ROI，以提高擺位精度，提高治療療效。