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

中山大學(xué)腫瘤防治中心 華南國(guó)家腫瘤實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510060

引言

在女性惡性腫瘤中，乳腺癌是目前最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，據(jù)世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)2020年調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，全球女性癌癥中女性乳腺癌新增人數(shù)高達(dá)226萬(wàn)，占全球癌癥新發(fā)病例的11.7%，正式取代肺癌全球第一大癌癥的地位，而乳腺癌死亡率在全球癌癥死亡率中排名第5，死亡率為6.9%[1]。目前乳腺癌也成為實(shí)體腫瘤治療中治療效果最佳的病種之一，放射治療中的每個(gè)流程步驟都非常重要，放射治療期間的乳腺癌患者體表的標(biāo)記線是整個(gè)放療完美進(jìn)行的保障[2]。乳腺癌患者體表標(biāo)記點(diǎn)與標(biāo)記線不僅影響放療實(shí)施的擺位精度，而且相對(duì)于左側(cè)乳腺癌患者放療中保護(hù)危及器官[3]，如心臟、肺等也起到了重要的作用。光學(xué)體表監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Optical Surface Monitoring System，OSMS）輔助擺位是近些年興起的新型擺位方式，其中Catalyst HD是利用光學(xué)表面成像技術(shù)，實(shí)時(shí)重建顯示所勾畫(huà)的感興趣區(qū)附近的三維體表輪廓。獲取實(shí)時(shí)患者體位誤差信息參數(shù)方便進(jìn)行輔助擺位、治療實(shí)時(shí)監(jiān)控和呼吸門(mén)控監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)患者放射治療全流程“三精”放療的標(biāo)準(zhǔn)[4]。本研究目的是比較Catalyst HD中cPosition與錐形束CT（Cone Beam CT，CBCT）校正兩個(gè)系統(tǒng)的一致性，在降低患者所受額外劑量的前提下，輔助患者放療體位的校正，探討能否替代CBCT作為淺層腫瘤患者放療的體位校正并且進(jìn)行治療實(shí)時(shí)監(jiān)控的分析，為光學(xué)體表實(shí)施提供臨床參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 一般資料

選取在本中心Varian Vital_Beam進(jìn)行調(diào)強(qiáng)放射治療的乳腺癌患者34例。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，批準(zhǔn)號(hào)：2020-379-01，所有患者均簽署知情同意書(shū)。

1.1.1 入選標(biāo)準(zhǔn)

年齡20～60歲；KPS大于50分；術(shù)后分期為T(mén)is-2N0-2M0分期的乳腺癌保留乳房手術(shù)后患者；患側(cè)上臂上舉外展自如的患者；患者無(wú)通氣功能障礙，無(wú)慢性心肺疾病。患者接受4DCT、CBCT掃描并簽署知情同意書(shū)；患者接受KVCBCT圖像引導(dǎo)放療并簽署知情同意書(shū)。

1.1.2 排除標(biāo)準(zhǔn)

同時(shí)雙側(cè)乳腺癌；腋窩前哨淋巴結(jié)活檢，未做腋窩清掃；做過(guò)內(nèi)乳淋巴引流區(qū)清掃；嚴(yán)重心功能不全；近3個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)心肌梗死或未糾正的不穩(wěn)定型；既往胸壁或鎖骨上放療史；既往或同時(shí)第二原發(fā)惡性腫瘤。所選均為浸潤(rùn)性癌并為保乳術(shù)后患者，行胸壁、內(nèi)乳、鎖骨上淋巴引流區(qū)照射。

1.2 體位固定

發(fā)泡膠個(gè)體化仰臥固定，采用廣州福瑞人體定位墊發(fā)泡膠固定，將混合液平鋪倒到在防水布袋內(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，患者面朝向健側(cè)，充分展開(kāi)胸壁及腋窩淋巴結(jié)，發(fā)泡膠技術(shù)自動(dòng)塑形的特性使得發(fā)泡膠固定墊更為貼合人體體表輪廓。發(fā)泡膠仰臥固定裝置如圖1所示。

圖1 發(fā)泡膠仰臥固定裝置

2 方法和數(shù)據(jù)采集

2.1 cPosition輔助擺位方法與誤差數(shù)據(jù)的采集

Catalyst HD OSMS的cPosition通過(guò)綠色光源和紅色光源來(lái)顯示乳腺癌患者體表實(shí)時(shí)三維輪廓與計(jì)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)記線擺位的方法如圖2a所示，使用Catalyst HD系統(tǒng)輔助擺位校正如圖2b所示。

圖2 cPosition輔助擺位方法與誤差數(shù)據(jù)的采集

放療前將患者從Eclipse計(jì)劃系統(tǒng)生成的體表外輪廓及放療計(jì)劃資料（RT Plan和RT Structure）導(dǎo)入到Catalyst HD系統(tǒng)中，在第1次CBCT驗(yàn)證后捕獲新的放療體位輪廓，作為第二次及之后放射治療的參考輪廓，在每次治療前先按照患者體表的標(biāo)記線進(jìn)行擺位，接著使用OSMS輔助擺位校正功能進(jìn)行體位校正，并在第2、3次及每隔5次CBCT進(jìn)行體位驗(yàn)證，記錄并觀察患者的標(biāo)記線擺位治療床床值、Catalyst HD輔助擺位校正后治療床床值及CBCT校準(zhǔn)后的體位誤差數(shù)據(jù)。具體的流程如圖3所示。

圖3 應(yīng)用OSMS輔助擺位校正流程示意圖

2.2 cMotion治療實(shí)時(shí)監(jiān)控與治療實(shí)時(shí)位移數(shù)據(jù)的采集

在患者放療實(shí)施前進(jìn)入Catalyst HD中cMotion界面，治療時(shí)Catalyst HD系統(tǒng)對(duì)患者全程實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)放療實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)意外運(yùn)動(dòng)即超出所限制的閾值時(shí)，控制加速器束流，暫停出束，保證治療的安全，在治療結(jié)束后導(dǎo)出患者分次內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)控的位移數(shù)據(jù)。治療實(shí)時(shí)監(jiān)控、位移閾值和位移矢量如圖4所示。

圖4 治療實(shí)時(shí)監(jiān)控、位移閾值和位移矢量

2.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS 21.0的Pearson相關(guān)分析及配對(duì)樣本t檢驗(yàn)分別對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)Pearson相關(guān)分析得到：R≥0.8為極高度相關(guān)；0.6≤|R|＜0.8為高度相關(guān)；0.4≤ |R|＜0.6為中度相關(guān)；0.2≤|R|＜0.4為低度相關(guān)；|R|＜0.2基本不相關(guān)。計(jì)數(shù)資料采用n（%）表示，比較采用χ2檢驗(yàn)，根據(jù)配對(duì)樣本t檢驗(yàn)得到組均值和標(biāo)準(zhǔn)差，計(jì)量資料采用±s表示，其中P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 結(jié)果

3.1 體表標(biāo)記線擺位與OSMS輔助擺位校正的差異

體表標(biāo)記線擺位與OSMS輔助擺位校正后進(jìn)行CBCT體位校正在前后（Anterior Posterior，AP）、上下（Superior-Inferior，SI）、左右（Left Right，LR）方向的誤差，AP、SI和LR方向的t值分別為-3.438、-4.895和-3.473，P值均＜0.05，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；分析旋轉(zhuǎn)（RTN）、翻轉(zhuǎn)（Roll）和俯仰（Pitch）方向的誤差，RTN、Roll和Pitch方向的t值分別為-1.811、-3.608和4.273，RTN方向P值為0.072；Roll與Pitch方向P值均＜0.05，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表1）。

表1 體表標(biāo)記線擺位與OSMS輔助擺位校正的差異(cm/°)

3.2 應(yīng)用CBCT校正與Catalyst HD輔助擺位校正cPosition的差異

CBCT校正與Catalyst HD中cPosition校正功能的Pearson相關(guān)分析中AP、SI、LR方向相關(guān)性均表現(xiàn)為極高度相關(guān)，Pitch方向表現(xiàn)為低度相關(guān)，見(jiàn)表2。

表2 CBCT校正與光學(xué)體表校正的Pearson相關(guān)分析

3.3 治療實(shí)時(shí)監(jiān)控cMotion過(guò)程中位移誤差分析

cMotion過(guò)程中實(shí)時(shí)平移方向誤差的頻數(shù)分布如表3所示，實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)方向誤差的頻數(shù)分布如表4所示，cMotion中平移方向誤差區(qū)間占比如圖5所示，cMotion中旋轉(zhuǎn)方向誤差區(qū)間占比如圖6所示。

表3 cMotion過(guò)程中實(shí)時(shí)平移方向誤差頻數(shù)分布[n (%)]

表4 cMotion過(guò)程中實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)方向誤差頻數(shù)分布[n (%)]

圖5 平移方向誤差區(qū)間占比

圖6 旋轉(zhuǎn)方向誤差區(qū)間占比

4 討論

C-RAD Catalyst HD獲取患者實(shí)時(shí)的三維體表輪廓信息，將這些三維體表輪廓信息與Eclipse計(jì)劃系統(tǒng)生成或者第一次治療時(shí)CBCT掃描校正后捕獲的體表外輪廓信息進(jìn)行匹配比較，通過(guò)可視化的界面輔助引導(dǎo)放療擺位。目前OSMS廣泛應(yīng)用到諸如乳腺癌、肺癌、鼻咽癌、腦瘤等的放療實(shí)施中[5]，其中應(yīng)用較為廣泛的是乳腺癌。目前CBCT具備的精確6維成像能力和較好的圖像分辨率，在體位誤差校正方面仍然作為癌癥患者體位誤差校正的“金標(biāo)準(zhǔn)”[6]，本研究使用KV-CBCT對(duì)C-RAD Catalyst HD OSMS進(jìn)行體表標(biāo)志擺位與cPosition功能對(duì)乳腺癌擺位精度的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，體表標(biāo)記線及使用cPosition功能在3個(gè)平移方向比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，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(shì)一致[7-8]，而本研究也發(fā)現(xiàn)了在Pitch旋轉(zhuǎn)方向明顯減少擺位誤差，大大提高了擺位精度。相較于吳佳蔚等[9]基于美國(guó)CIVCO公司的全碳纖維乳腺托架固定的研究，本研究的體表標(biāo)記線擺位誤差更小，原因在于本研究采用了發(fā)泡劑個(gè)體化體位固定技術(shù)，發(fā)泡膠個(gè)體化體位固定技術(shù)自動(dòng)塑形的特性使得發(fā)泡膠固定墊是以患者的體表輪廓如上腹部、胸壁、手臂、頭頸部和手指等進(jìn)行塑形，更為貼合人體體表輪廓，適形度高的同時(shí)也不存在漏氣變形的風(fēng)險(xiǎn)[10-13]。

本研究發(fā)現(xiàn)使用Varian Vital_Beam加速器進(jìn)行胸部KV-CBCT掃描時(shí)掃描的視野為46.5 cm、范圍長(zhǎng)度為17.5 cm、旋轉(zhuǎn)速度為6.0°/s、電壓125 kV和電流270 mAs，每次掃描存在的劑量加權(quán)為0.32 cGy，多次使用CBCT掃描將使患者受到額外的輻射劑量，延長(zhǎng)患者的治療時(shí)間，同時(shí)也帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)壓力[14]。OSMS是一種無(wú)輻射且能輔助驗(yàn)證患者放療體位的新興技術(shù)，應(yīng)用CBCT校正與cPosition校正的Pearson相關(guān)分析中AP、SI、LR方向相關(guān)性均表現(xiàn)為極高度相關(guān)；Pitch方向表現(xiàn)為低度相關(guān)；直線加速器沒(méi)有聯(lián)合6維治療床治療的情況下，cPosition校正可以最大程度提高乳腺癌患者的擺位精度，直線加速器聯(lián)合6維治療床治療時(shí)，可以在AP、SI、LR以及Pitch等方向，進(jìn)一步校正患者的放療體位，并且在一定程度上減少CBCT掃描的次數(shù)，縮短患者單次治療的時(shí)間，提高患者的放療舒適度。

在cMotion治療實(shí)時(shí)監(jiān)控過(guò)程3個(gè)實(shí)時(shí)平移方向的位移距離在-2～2 mm占比大于95%，RTN實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)角度在0°～1°占比為 79.84%，Roll實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)角度在0°～1°占比為23.63%，Pitch實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)角度在0°～1°占比75.79%,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。目前各位同行的研究關(guān)注點(diǎn)在于治療前的CBCT體位校正，但是無(wú)論是KV-CBCT、KV-4D CBCT或者是MV-CBCT體位校正基本都屬于擺位誤差的靜態(tài)體位校正技術(shù)[15-17]，而忽略了患者治療過(guò)程中由于呼吸運(yùn)動(dòng)、咳嗽、打嗝、治療時(shí)間較長(zhǎng)導(dǎo)致的肌肉疲勞[18]而發(fā)生的不自主移動(dòng)等的誤差。目前患者的體位固定技術(shù)發(fā)展已相當(dāng)成熟，體位固定效果也相對(duì)較為理想，并且患者治療過(guò)程中的體位變化沒(méi)有相關(guān)監(jiān)控或校正的設(shè)備，造成目前相關(guān)研究的缺乏。本研究發(fā)現(xiàn)乳腺癌患者治療過(guò)程中不同方向會(huì)有不同的位移變化，在Roll方向的變化較大，1°以上的變化占比為76.37%，相對(duì)于左側(cè)乳腺癌患者來(lái)說(shuō)，可能心臟、肺等危及器官的受量會(huì)隨之增加。本研究目前收集了在中山大學(xué)腫瘤防治中心Varian Vital_Beam進(jìn)行調(diào)強(qiáng)放射治療的34例乳腺癌患者的治療實(shí)時(shí)監(jiān)控位移數(shù)據(jù)，共195517組。后續(xù)研究方向是把cMotion位移數(shù)據(jù)代入Eclipse計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行劑量的分析，并研究不同的位移數(shù)據(jù)對(duì)靶區(qū)、危及器官劑量及覆蓋率的影響。并且后續(xù)研究將繼續(xù)擴(kuò)大入組的患者數(shù)量，在表面引導(dǎo)放射治療（Surface Guided Radiation Therapy，SGRT）cPosition與cMotion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(shí)，也改善了患者的舒適度，目前在肺癌、膈肌腫瘤、肝癌、乳腺癌、四肢腫瘤放療中得到廣泛應(yīng)用，已被證明具有亞毫米精度[19-20]。OSMS在分次內(nèi)治療過(guò)程中，也能夠提供治療實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。患者在治療過(guò)程中可能會(huì)由于呼吸運(yùn)動(dòng)、治療時(shí)間較長(zhǎng)導(dǎo)致的肌肉疲勞而發(fā)生的不自主移動(dòng)等，造成放療體位的變化，OSMS可以及時(shí)反饋患者體位產(chǎn)生的變化，當(dāng)患者治療實(shí)施過(guò)程中體位發(fā)生較大變化時(shí)會(huì)進(jìn)行束流控制，超出設(shè)定的位移閾值時(shí)暫停出束，等待患者體位恢復(fù)正常后再進(jìn)行出束治療。這樣不僅僅保證了放射治療的準(zhǔn)確性，也大大提高了放射治療的治療精度。

綜上所述，OSMS的cPosition相對(duì)于傳統(tǒng)體表標(biāo)記線擺位更加精確；OSMS的cPosition與CBCT校正有較強(qiáng)的一致性，OSMS的cPosition功能可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)患者的體位變化，在乳腺癌保乳術(shù)患者放療時(shí)建議使用OSMS以提高擺位精度，減少額外劑量輻射，提高治療療效。