發泡劑泡沫墊與頭頸肩低溫熱塑膜*在放射治療中體位固定穩定性的比較

牛保龍 曲寶林* 金麗媛 陳 輝 戴相昆 潘隆盛

發泡劑泡沫墊與頭頸肩低溫熱塑膜*在放射治療中體位固定穩定性的比較

牛保龍①曲寶林①*金麗媛①陳 輝①戴相昆①潘隆盛①

目的：通過CyberKnife系統六維顱骨追蹤(6D-skull)技術，研究分析發泡劑泡沫墊在頭頸部腫瘤患者立體定向放射治療中體位固定的優勢。方法：選取30例接受立體定向放射治療頭部腫瘤患者，按照放射治療中體位固定方式的不同將其分為觀察組和對照組，每組15例。觀察組為頭頸肩低溫熱塑膜聯合發泡劑固定，對照組為單純頭頸肩低溫熱塑膜固定。采用6D-skull技術獲取患者治療中體位誤差值，比較兩組患者分次治療執行前體位誤差、治療中50 s采樣點體位誤差及體位位移量，并計算計劃靶區(PTV)在X軸、Y軸和Z軸3個線性方向的外擴邊界。結果：兩組分次治療執行前體位誤差相比，無統計學差異(t=0.292，t=1.544，t=0.880，t=1.178，t=0.163，t=0.852；P＞0.05)；治療中50 s采樣點體位誤差與體位位移量在3個線性方向有統計學差異(F=8.183，F=21.250，F=3.152，F=27.604，F=39.093，F=4.278；P＜0.05)，且觀察組體位誤差與體位位移量均小于對照組；兩組3個旋轉方向中L-R旋轉和CW-CCW旋轉體位誤差比較有統計學差異(F=8.737，F=37.024；P＜0.05)，UP-DOWN旋轉體位位移量比較有統計學差異(F=12.679；P＜0.05)。兩組分次治療執行前與治療中50 s采樣點體位誤差在Y軸線性方向PTV外擴范圍差別較大，觀察組PTV外擴0.421 mm和0.8424 mm；對照組PTV外擴1.162 mm和1.278 mm。X軸與Z軸線性方向PTV外擴范圍差別較小。計算觀察組PTV外擴范圍均＜1 mm。結論：發泡劑聯合頭頸肩低溫熱塑膜固定方法可以進一步提高頭頸部腫瘤患者放射治療體位固定的精確性，提升患者治療中的舒適度，具有一定的臨床應用價值。

頭部腫瘤；定位發泡墊；擺位誤差；立體定向放射治療；六維顱骨追蹤

隨著精確放射治療的發展，特別是立體定向放射治療(stereotactic radiotherapy，SRT)成為熱點，對臨床放射治療患者體位固定精度及舒適性提出了更高的要求。射波刀(cyberknife，CK)的出現和應用，極大推動新型體位固定方式的發展。在臨床放射治療中，六維顱骨追蹤(six dimensional-skull tracking，6D-skull)技術是通過KUKA機械臂100多個節點、3000個方向對靶區實施精準聚焦照射，治療誤差控制在亞毫米級[1-2]。因SRT治療時間較長，患者體位極易發生微小移動和耐受性差等情況，嚴重影響小靶區、高劑量梯度變化對靶點定位精度的要求，導致治療精準性下降，從而影響患者的治療效果。為此，本研究驗證一種新型體位定位方式，能夠對現行發展精確放射治療具有重要意義。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2016年1-12月解放軍總醫院收治的30例頭部腫瘤患者，按照放射治療中體位固定方式的不同將其分為觀察組和對照組，每組15例。觀察組中男性10例，女性5例；中位年齡為58歲；其中惡性腫瘤11例，良性腫瘤4例；采用頭頸肩低溫熱塑膜聯合發泡劑固定，平均治療時間為27 min。對照組中男性9例，女性6例；中位年齡61歲；其中惡性腫瘤9例，良性腫瘤6例；采用單純頭頸肩低溫熱塑膜固定，平均治療時間為29 min。兩組患者采用6D-skull技術獲取其治療中體位誤差值，比較分次治療執行前體位誤差、治療中50 s采樣點體位誤差及體位位移量，并計算計劃靶區(planning target volume，PTV)在3個線性方向X軸、Y軸和Z軸的外擴邊界。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準：①頭部良、惡性腫瘤；②臨床診斷治療符合SRT及CK臨床適應癥要求；③經身體狀態臨床考核標準應用卡氏功能狀態評分(Karnofsky，KPS)標準測評，患者均＞70分；④能夠耐受較長時間靜躺放射治療過程。

(2)排除標準：①非頭部腫瘤、多發性轉移瘤及晚期癌癥患者；②KPS測評分＜70分。

表1 各方向及正負號規定

1.3 儀器設備

使用Espree-1.5T超導型磁共振成像[(magnetic resonance imaging，MRI)德國SIEMENS公司]和SOMATOM Sensation Open X射線計算機斷層成像[(tomography，X-ray computed，CT)德國SIEMENS公司]進行模擬定位，CyberKnife直線加速器(美國Accuray公司，第4代)進行放射治療。

1.4 治療方法

定位膜具、圖像獲取及靶區勾畫。觀察組患者采用發泡劑泡沫墊+頭頸肩低溫熱塑膜+頭頸肩板體位固定，對照組患者采用頭頸肩低溫熱塑膜+頭頸肩板進行體位固定，獲取CT和MRI頭部定位中心圖像，掃描層厚1.5 mm。在MIM Software(version 6.6)系統融合兩種圖像，勾畫腫瘤放射治療靶區及危機器官。

1.5 治療實施

根據臨床放射治療處方劑量，在TPS-Multi plan System(Ver 4.02)系統上設計放射治療物理計劃，追蹤方式均采用6D-skull方式。治療中實時正交X射線平片圖像與對應數字重建圖像(digital reconstructedly radiograph，DRR)進行對比，計算3個線性方向與3個旋轉方向體位誤差，并經過6軸KUKA機械臂修正加速器的照射位置予以糾正[3]。6維方向自動調整體位誤差范圍分別為10 mm、10 mm、10 mm，1°、1°、3°。如果超出其規定體位誤差范圍則無法實現自動校準并終止治療，采用人工調整治療床后糾正其體位誤差，達到臨床要求再行治療。治療中每隔50 s采集圖像進行配準，記錄體位誤差。

1.6 體位誤差數據記錄及體位方向規定

記錄患者每次開始治療及治療中間隔50 s時間采集圖像配準體位誤差，根據CK直線加速器使用說明書規定治療體位方向及體位誤差值正負號[4](見表1)。

1.7 統計學方法

采用SPSS18.0軟件統計分析，其中計量資料采用均數±標準差(x-±s)表示，均數代表治療過程中的系統體位誤差(∑)，均數的標準差代表隨機體位誤差(δ)。根據公式M=2.5∑+0.7δ計算PTV外放范圍(M)[5-6]。計數資料采用例數和百分比表示，比較兩種定位方法在相同方向上的體位誤差，采用F檢驗與t檢驗，以P＜0.05為差異具有統計學意義。

圖1 體位誤差三維空間散點圖

2 結果

2.1 分次治療可執行前體位誤差分析

兩組患者分別進行36次治療，記錄兩組患者分次治療開始時圖像配準調整后體位誤差數據，即機器系統默認誤差值范圍內即可執行治療時數據，其數據符合正態分布要求。X軸、Y軸和Z軸3個方向線性體位誤差與L-R旋轉、UP-DOWN旋轉和CW-CCW旋轉3個方向旋轉體位誤差(均數±標準差)數據及t檢驗結果見表2。

2.2 治療過程每50 s間隔采集圖像配準體位誤差分析

所有患者治療中每隔50 s采集數據，50 s采樣點線性與旋轉體位誤差三維空間散點圖如圖1所示。

表2 分次放射治療可執行前體位誤差分析

表3 放射治療過程中每50 s間隔采集圖像配準體位誤差分析

兩組各選取了1242組體位誤差數據，其數據符合正態分布要求。X軸、Y軸和Z軸3個方向線性體位誤差與L-R旋轉、UP-DOWN旋轉和CW-CCW旋轉3個方向旋轉體位誤差(均數±標準差)數據及方差分析見表3。

2.3 治療過程體位位移量分析

患者每次治療時設定6D-skull方式追蹤每隔50 s采集一幅正交圖像進行配準，獲取體位誤差。以可執行治療前體位誤差為基礎d0，每隔50 s體位誤差d1。計算間隔50 s時刻處相對位移量，即d=d1-d0，各組分別得出1206組數據，其數據符合正態分布要求。X軸、Y軸和Z軸3個方向線性體位位移量與L-R旋轉、UPDOWN旋轉和CW-CCW旋轉3個方向旋轉體位位移量(均數±標準差)數據及方差分析見表4。

2.4 患者PTV外放范圍

根據公式M=2.5∑+0.7δ計算各類數據類別CK治療頭顱腫瘤PTV外放間距3個線性方向X軸、Y軸和Z軸范圍見表5。

表4 兩組患者治療過程體位位移量分析

表5 三類數據PTV外放范圍

3 討論

近年來，SRT在腦部腫瘤治療中日益凸顯出優勢，對腫瘤靶區實施精準高劑量照射，靶區外物理劑量迅速遞減。SRT技術可以使腫瘤得到更高的等效生物劑量，從而獲得更佳的臨床療效[7-8]。治療精準性以及劑量分布高度集中適形性是其主要特點，但前提是必須確保患者治療過程中體位精準可靠[9]。隨著放射物理劑量的逐步提高，其治療時間也相應的增長，常規體位固定方式使患者難以耐受長時間靜止狀態，體位治療狀態易產生微小體位移動，從而影響治療精準度。臨床發現，3%～5%的劑量誤差就會造成腫瘤放射治療的有效率下降，并且高劑量區可能偏移至危及器官區域，造成正常組織器官嚴重并發癥[10-11]。

本研究中，按照體位固定方式將患者分為觀察組和對照組。在數據分析中，本研究提取分次之間治療可執行前體位誤差、治療過程間隔50 s時間點體位誤差及治療過程體位位移量綜合分析。觀察組和對照組3個線性方向體位誤差95%參考值范圍集中在±1.5 mm，符合現有臨床外放范圍形成PTV要求；3個旋轉角度體位誤差95%參考值范圍基本接近機器角度自動調整限值。觀察組范圍值優于對照組。其原因可能為頭肩膜具固定中下頜部活動易引起模具空隙及輔助頭頸肩板頭枕的符合度存在個體差異較大，而觀察組中的發泡劑泡沫墊正好彌補了個體差異等因素。在王鑫等[12]研究中也證實了體位固定方式擺位誤差，等中心移動≥3 mm，Y軸方向占20%。有報道統計，應用發泡劑泡沫墊體位固定方式患者頭頸部塑形固定性更好，體位舒適性明顯調高[13]。

本研究在對兩組各分項數據比較分析中發現，分次之間治療可執行前體位誤差，無統計學差異，可能與治療師嚴格的擺位精度和圖像引導功能有直接關系，保證精準放射治療的開始。觀察組和對照組在治療中50 s采樣點體位誤差與體位位移量在3個線性方向數據比較有統計學差異，且觀察組體位誤差與體位位移量小于對照組；在3個旋轉方向中L-R旋轉與CWCCW旋轉體位誤差P＜0.05，UP-DOWN旋轉體位位移量P＜0.05。分析其因素可能是觀察組的頭部與頸部的體位固定性更能符合個體患者身體形態；由于個體差異，患者使用單純頭頸肩低溫熱塑膜固定的方式，其固定作用就會減弱，定位精度大幅度降低。采用個體化制作的發泡劑發泡墊根據患者頭頸形狀、大小專門制作，可以更好的固定患者體位，減少了體位誤差及旋轉誤差，從而實現個體精準化放射治療[14]。3個線性方向PTV外擴范圍方面，兩組在分次治療可執行前與治療中50 s采樣點體位誤差在Y軸線性方向差別較大，觀察組為0.421 mm和0.8424 mm；對照組為1.162 mm和1.278 mm。其余各組數據均在1 mm之內，并且兩組數據差別較小，觀察組明顯優于對照組數據。三維立體空間散點圖像明顯觀察組數據集中度優于對照組數據，線性體位誤差優于旋轉體位誤差。這可能與觀察組體位固定方式及舒適性提高有關。

4 結語

通過本研究證實發泡劑泡沫墊+頭頸肩低溫熱塑膜+頭頸肩板體位固定在頭部腫瘤SRT治療中具有以下優勢：①改善長時間放射治療患者體位舒適性，提高擺位重復及體位固定精準性；②實時影像追蹤驗證體位固定精準性，為臨床PTV外放范圍提供客觀準確參數，降低體位誤差對放射物理劑量梯度影響；③可減少患者在長時間的治療過程中體位微小變化問題，進一步為臨床腫瘤靶區勾畫及外放范圍縮小提供良好的體位固定基礎。

[1]鞏漢順，鞠忠建，徐壽平，等.G4 CyberKnife-全新式立體定向放療設備及其臨床應[J].醫療衛生裝備，2013，28(4)：127.

[2]Antypas C，Pantelis E.Performance evaluation of a CyberKnife G4 image-guided robotic stereotactic radiosurgery system[J].Phys Med Biol，2008，53(17)：4697-4718.

[3]Thariat J，Marcie S，Marcy PY，et al.Cyberknife robotic stereotactic radiotherapy：technical aspects and recent developments[J].Bull Cancer，2010，97(7)：807-818.

[4]牛保龍，鞠忠建，戴相昆，等.六維顱骨追蹤技術在頭部腫瘤放射治療過程中體位誤差的研究[J].中國醫學裝備，2017，14(3)：33-35.

[5]van Herk M，Remeijer P，Rasch C，et al.The probability of correct target dosage：dosepopulation histograms for deriving treatment margins in radiotherapy[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys，2000，47(4)：1121-1135.

[6]van Herk M.Errors and margins in radiotherapy[J].Semin Radiat Oncol，2004，14(1)：52-64.

[7]Brenner DJ，Hall EJ.Fractionation and protraction for radiotherapy of prostate carcinoma[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys，1999，43(5)：1095-1101.

[8]Ritter M.Rationale，conduct，and outcome using hypofractionated radiotherapy in prostate cancer[J].Semin Radiat Oncol，2008，18(4)：249-256.

[9]Hurkmans CW，Remeier P，Lebesque JV，et al. Setup verification using portal imaging：Review of current clinical practice[J].Radiotherapy Oncol，2001，58(2)： 105-120.

[10]王彬冰，單國平.補償角度算法糾正放射治療擺位旋轉誤差[J].中國醫學裝備，2015，12(6)：28-30.

[11]成俊，李偉，徐金濟，等.40例盆腔惡性腫瘤放射治療擺位誤差分析[J].吉林醫學，2014，35(27)：6044-6045.

[12]王鑫，胡超蘇，應紅梅，等.鼻咽癌適形放射治療中的擺位誤差分析[J].中國癌癥雜志，2006，16(4)：272-276.

[13]許森奎，姚文燕，胡江，等.鼻咽癌發泡膠個體化塑形與標準化頭枕放療體位固定精確度比較[J].中華放射腫瘤學雜志，2015，24(2)：196-199.

[14]李寶生，朱健.腫瘤個體化放射治療[J].中華腫瘤防治雜志，2014，21(23)：1845-1850.

Comparison of stability for immobilization of position between pad of styrofoam and low temperature thermoplastic film of neck and shoulder in radiotherapy/NIU Bao-long, QU Bao-lin, JIN Li-yuan, et al// China Medical Equipment,2017,14(7):32-36.

Objective: To research and analyze the advantages of pad of styrofoam for patient with neck tumor in stereotactic radiotherapy through 6D-skull tracking technology of Cyberknife system. Methods: 30 patients with neck tumor who

stereotactic radiotherapy were divided into observation group that adopted combination mode of low temperature thermoplastic film and styrofoam for immobilization (15 cases) and control group that only adopted low temperature thermoplastic film (15 cases). The error values about position of patients were obtained by using 6D-skull technique. The error values of body position before every treatment, the error values of body position at the sampling site of every 50s during treatment and the displacement of body position between the two groups were compared. At the same time, extended boundaries of three linear directions (X-axis, Y-axis and Z-axis) of planning target volume (PTV) were calculated. Results: There were no significant differences between two groups before every treatment (t=0.292, t=1.544, t=0.880, t=1.178, t=0.163, t=0.852; P＞0.05). At the three linear directions, the error values of body position among the sampling site of every 50 s between the two groups were statistically significant and the displacement of body position among them between the two groups also were statistically significant (F=8.183, F=21.250, F=3.152. F=27.604, F=39.093, F=4.278, P＜0.05), and the observation group always smaller than control group in these comparisons. In three direction of rotation, the error values of body position in L-R rotation and CW-CCW rotation between the two groups were significant (F=8.737, F=37.024; P＜0.05). And the displacement of body position in UP-DOWM rotation between two groups was significant (F=12.679; P＜0.05). There were a great difference on the PTV extended range of the error value of body position on Y-axis linear direction before the every treatment and sampling site of every 50 s during treatment between the two groups, and observation group were 0.421 mm and 0.8424 mm, while control group were 1.162 mm and 1.278 mm. However, the differences on X-axis and Z-axis were less. Besides, the PTV extended range of observation group was within 1 mm. Conclusion: The combination of styrofoam and low thermoplastic film of neck and shoulder can increase the precision for immobilization of body position on patients with neck tumor received radiotherapy and enhance the comfort level of patient in treatment. It has the application value in clinical practice.

Head tumor; Styrofoam of positioning; Positioning error; Stereotactic radiotherapy; Six dimensional-skull tracking

Department of radiotherapy, Chinese People's Liberation Army General Hospital, Beijing 100853, China.

牛保龍,男,(1982- ),本科學歷，主管技師。解放軍總醫院放射治療科，從事放射治療工作。

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.07.008

2017-04-02

1672-8270(2017)07-0032-05

R197.39

A

國家重點研發計劃(2016YFC0904600)“以生物組學特征與多模態功能影像為基礎的多線束精準放療方案研究”

①解放軍總醫院放射治療科 北京 100853

*通訊作者：qubl6212@sina.com