有無CT端光學定位設備對光學表面引導的左側乳腺癌DIBH放療擺位精度影響的研究

吳何茍，鐘鶴立，張光偉，劉劍鋒，楊俊國，蘇小慧

深圳市人民醫院（暨南大學第二臨床醫學院，南方科技大學第一附屬醫院） 腫瘤放療科，廣東 深圳 518020

引言

在胸部腫瘤放療中，呼吸運動是引起靶區位移的主要原因[1]。為減小呼吸運動對放射治療精度的影響，臨床上使用包括腹部加壓、實時位置管理（Realtime Package Manager，RPM）、深吸氣屏氣（Deep Inspiration Breath Holding，DIBH）等方法，腹部加壓多用于限制腹部呼吸運動，RPM通過4D-CT掃描后挑選呼吸運動幅度較小的時相進行出束治療，這2種方法仍受到呼吸運動影響[2]。DIBH則讓患者深吸氣后屏住呼吸，患者處于暫時無呼吸運動的靜止狀態，從而最大程度消除呼吸運動帶來的影響。DIBH實現方式包括基于氣量控制的主動呼吸控制（Active Breathing Control，ABC）方式和基于光學表面成像（Optical Surface Imaging，OSI）技術的表面圖像引導方式，ABC方式通過吸氣量來保證分次間重復性，但其對呼吸方式不敏感，而基于OSI技術引導DIBH放療，能在不增加輻射劑量的基礎上對DIBH進行全程實時表面監測，患者吸氣后屏氣的重復性得以提高[3-4]，為DIBH放療的高質量實施提供了有力保證，患者的心臟及肺部輻射受量得以減少[5-6]。目前臨床應用較多的光學表面引導技術有光學表面監測系統（Optical Surface Monitoring System，OSMS）[7]與Catalyst[8]2種。光學表面引導DIBH放療，在加速器治療環節均需要專門光學設備實現擺位和實時放療監測，但在CT模擬定位環節對設備的要求卻有不同，通過OSMS引導DIBH放療在CT模擬定位環節無須專門光學設備，而通過Catalyst引導則需要對應的CT端光學設備Sentinel。這種設備上的不同以及由此產生定位流程的不同，可能對后續錐形束CT（Cone-Beam CT，CBCT）配準誤差造成影響，雖然目前對這2種光學引導技術的報道較多[7,9-11]，但針對二者CT端差異的分析報道較少。基于此，本研究通過比較OSMS與Catalyst兩者的放療定位流程、首次放療擺位CBCT配準數據，探討光學表面引導左側乳腺癌DIBH放療時，有無CT端光學設備對擺位精度的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

采用回顧性分析，選取深圳市人民醫院放療科2020年8月至2022年1月收治的左側乳腺癌患者60例作為研究對象，所有患者均通過光學表面引導實施DIBH放療，其中30例行無CT端光學設備定位后，通過OSMS引導實施DIBH放療（D0組）；其他30例用CT端光學設備Sentinel輔助定位后，通過Catalyst引導實施DIBH放療（D1組）。D0組平均年齡45.77歲（23～62歲），D1組平均年齡45.76歲（30～60歲）。所有患者均經病理確診，無其他并發癥。

1.2 儀器設備

采用光學表面監測系統OSMS（AlignRT，VisionRT Ltd，英國），該系統無CT端設備，加速器端由懸垂于天花板的3個立體攝像單元組成，通過在患者體表投影隨機斑點，攝像單元采集斑點信息，從而實時獲得患者體表輪廓信息，以達到監控體表變化的目的。Catalyst光學體表引導放療系統（C-RAD AB，瑞典）包括Sentinel和Catalyst 2個部分，Sentinel安裝在CT模擬定位室，通過直徑4 cm的虛擬監控點實時獲取定位患者呼吸曲線，患者可通過佩戴3D眼鏡實時觀察自己的屏氣狀態；Catalyst安裝在加速器端，由3個光學發生及追蹤器組成，通過采集多達30萬個體表點來監控患者體表位移及形變，其監控范圍可達110 cm×140 cm。放療相關設備還包括CT模擬定位機SOMATOM Definition AS（Siemens Healthcare）、LAP激光燈、Varian EDGE直線加速器、Elekta Axesse直線加速器。以上所有設備均進行嚴格質控且在正常狀態。

1.3 臨床工作流程

1.3.1 呼吸訓練

D0組患者要求胸式呼吸，D1組對呼吸方式不做特別要求。2組患者訓練時，均要求屏氣時間≥35 s，深吸氣前保持規律平穩呼吸，肩、胸、腰、手臂均保持自然放松狀態，每次深吸氣的吸氣速度基本保持一致，深吸氣后屏氣時要求不能抬腰、抬背、聳肩，屏氣結束呼氣時呼吸幅度不能過大。休息至自然放松狀態后行下一次呼吸訓練，要求患者自由呼吸狀態和深吸氣屏氣狀態能夠每次重復并穩定。對于胸式呼吸訓練，需對患者強調深吸氣時腹部不能鼓起，維持相對固定的腹部緊張度和高度。

1.3.2 體位固定

患者均使用翼型板加真空塑形墊仰臥位固定，雙手上舉到頭頂部抓住翼型板上的固定柱，配合真空塑形墊，將患者肩部承托固定，真空塑形墊不能太緊，以免影響深吸氣屏氣后身體放松復原。

1.3.3 CT模擬定位

定位時DIBH狀態胸壁振幅大小（屏氣級別）設為自由呼吸（Free Breathing，FB）幅度的4倍左右，結合我院工作經驗，OSMS要求≥0.8 cm[11]，Catalyst門控點位于劍突位置，該位置呼吸振幅偏大，因此Catalyst的胸壁振幅要求稍大，需≥0.9 cm；根據設備技術培訓建議與臨床經驗及患者的可接受程度，OSMS屏氣重復性及穩定性均要求在±0.1 cm，Catalyst門控窗上下閾值范圍設定為0.3 cm。所有患者定位CT掃描條件為電壓120 kV，電流135 mAs，層厚3 mm，螺距1。

D0組患者按體位固定要求固定于CT平板床后，根據病變部位初步估計治療中心，將LAP激光燈移至該位置。待患者放松后，FB時呼氣末的體表激光“＋”標記Mfb，囑患者以胸式呼吸方式深吸氣屏氣，DIBH的激光“＋”標記Mdibh，測量患者屏氣時長，患者FB與DIBH需符合以下要求：屏氣時間≥35 s，Mdibh與Mfb在背腹方向上距離≥0.8 cm，屏氣期間Mdibh位移在±0.1 cm以內，重復≥3次深吸氣屏氣，Mdibh與Mfb各自都能重復（位移在±0.1 cm以內）。以上各項均符合要求后，將鉛點貼在Mdibh標記上。采用SOMAETOM Definition AS CT模擬機分別于FB和DIBH狀態進行CT掃描。

D1組患者體位固定同D0組，同樣根據病變部位初步估計治療中心，將LAP激光燈移至該位置（同時記錄LAP激光燈相對于CT圖像“0”位的位移數據，CT掃描結束將該位移數據填入Sentinel客戶端程序），在真空塑形墊上標記LAP激光燈Z方向（背腹方向）位置（Mz），同時保持LAP激光燈不再移動。待3D眼鏡與Sentinel連接成功后，患者戴上3D眼鏡接受視頻引導，將患者送至CT掃描孔并將CT機內Z方向激光與真空塑形墊上標記Mz重合。操作Sentinel客戶端程序獲取患者FB參考輪廓（Sentinel會將此輪廓傳送至Catalyst），放置虛擬門控點在患者劍突位置，刷新呼吸基線Baseline，設置門控窗上下閾值范圍為0.3 cm，囑患者深吸氣屏氣，調整門控窗位置使屏氣呼吸線位于門控窗中間，基線Baseline到門控窗的幅度反映虛擬門控點位置胸部的擴張幅度，此幅度要求≥0.9 cm。重復≥3次深吸氣屏氣，同樣要求每次屏氣穩定，屏氣線不超出門控窗的閾值范圍。屏氣時間≥35 s、屏氣穩定且能重復后，移床使真空塑形墊上之前所作標記Mz與LAP激光燈Z方向激光再次重合，在患者體表作FB狀態呼氣末的激光“＋”標記，將鉛點貼于此激光標記上，于FB及DIBH狀態行CT掃描。

1.3.4 治療擺位與采集數據

放療計劃均采用Eclipse計劃系統行調強計劃設計，2組患者在計劃系統均由計劃CT圖像生成FB及DIBH狀態的體表輪廓，并上傳至光學引導系統加速器端工作站用于感興趣區（Region of Interest，ROI）勾畫及輪廓比對。D0組通過OSMS引導，在Varian EDGE加速器實施治療，擺位時初步對齊FB體表標記（Mfb），隨后囑患者深吸氣屏氣對齊DIBH體表標記（Mdibh），并采集DIBH狀態體表輪廓用于擺位參考，之后于DIBH狀態分別進行CBCT掃描、移床，并在移床后立即采集DIBH狀態體表輪廓用于治療中監控。CBCT配準時選擇自動配準結合治療師手動配準，患者首次放療擺位經CBCT配準后記錄首次CBCT配準移位數據。

D1組在Elekta Axcesse加速器由Catalyst輔助實施治療，按FB狀態的體表標記初步擺位，同樣輔以FB實時體表輪廓（使用Sentinel采集的FB輪廓）校準體位。深吸氣屏氣使呼吸線到門控窗內，采集屏氣輪廓作為監控參考輪廓，如果CBCT配準需要移床則在移床后重新采集FB及DIBH輪廓作為新的參考輪廓。CBCT配準時同樣選擇自動配準結合治療師手動配準，患者首次放療擺位經CBCT配準后記錄首次CBCT配準移位數據。

1.4 統計學分析

采用SPSS 25.0統計軟件進行數據分析，六個維度分別是左右方向位移（x）、頭腳方向位移（y）、腹背方向位移（z）、以x為軸的旋轉角度（Rx）、以y為軸的旋轉角度（Ry）、以z為軸的旋轉角度（Rz），計量資料采用±s表示，分別行Shapiro-Wilk檢驗、Levene檢驗，再行獨立樣本t檢驗，置信區間=95%，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2組各收集30組首次治療時六個維度的移位數據。D0組散點圖如圖1所示，D1組散點圖如圖2所示，D0組在六維方向（x、y、z、Rx、Ry、Rz）的CBCT配準誤差絕對值分別為（0.15±0.11）、（0.17±0.12）、（0.20±0.14）cm 和（0.77±0.71）°、（0.60±0.60）°、（0.66±0.62）°，D1組 為（0.13±0.08）、（0.13±0.09）、（0.20±0.11）cm 和（0.61±0.57） °、（0.50±0.52） °、（0.61±0.46） °，經Shapiro-Wilk檢驗、Levene檢驗顯示2組數據均符合正態分布且符合方差齊性，2組六維移位數據經獨立樣本t檢驗（df=58，CI=95%）結果顯示差異無統計學意義（P＞0.05），見表1。結果表明，無CT端光學設備與有CT端光學設備定位，均可精準實現光學表面引導的左側乳腺癌DIBH放療擺位，2者首次治療擺位時CBCT配準數據無統計學差異。

表1 D0組與D1組首次放療擺位6維方向CBCT配準誤差比較（±s）

表1 D0組與D1組首次放療擺位6維方向CBCT配準誤差比較（±s）

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圖1 D0組首次放療擺位CBCT配準誤差分布散點圖

圖2 D1組首次放療擺位CBCT配準誤差分布散點圖

3 討論

近年來，OSI技術在放療領域得到越來越廣泛的應用[12-14]。因OSMS與Catalyst這2種技術在CT定位端存在差異，本研究關注點在于這種差異是否會對后續治療擺位精準度造成影響，通過比較2組患者在首次放療擺位時的六維方向CBCT配準誤差，發現無統計學差異，分析其原因為Sentinel通過虛擬監控點，獲取基線Baseline和DIBH呼吸線，治療時重復Baseline和DIBH狀態，并采集體表輪廓實施監測，OSMS雖無CT端專門設備，但通過Mfb、Mdibh兩套標記代表FB和DIBH狀態，治療時同樣重復2種狀態，并采集體表輪廓實施監測，兩者均在定位時獲得了患者FB與DIBH狀態信息，而治療時都保證了這2種狀態的重復。從2種OSI技術的實施過程可以看出，除了必需的設備外，規范的工作流程是保證DIBH放療精準實施的重要環節，這也表明實施OSI引導DIBH放療時規范工作流程是相當重要的[15]。

本研究中2組患者的臨床定位過程中，在呼吸方式上D0組要求胸式呼吸，部分患者對胸式呼吸的理解及操作有一定的難度，因此OSMS的呼吸訓練相對會更有挑戰性，D1組雖然對呼吸方式未做特別要求，但仍建議在患者條件允許的情況下使用胸式呼吸，這樣有利于增加心臟胸壁間距及增大肺容量而使患者獲益[16]，無論何種OSI引導DIBH，呼吸訓練都是重要的，好的呼吸訓練將為后續治療帶來益處[17]。D1組在呼吸門控點的選擇上要考慮呼吸方式的影響，為使門控點能充分反映胸廓的擴張幅度，建議定位時將門控點放置在劍突往頭端1 cm左右的位置，門控點太上則治療時門控點位置易被加速器機架遮擋而無法順利實施治療，門控點太下則易受腹式呼吸的影響而使門控點不能充分反映胸廓擴張幅度。

Kügele等[18]研究Catalyst光學引導DIBH左乳腺癌放療時，劍突位置虛擬監控點背腹方向振幅在5.4～19.6 mm（中位數10.5 mm），本研究將此位置振幅控制在≥9 mm，目的是使胸腔充分擴張以達到減少心臟和肺的受照劑量，要達到合規屏氣要求，且認為充分的呼吸訓練是必須的；Lundgaard等[19]甚至在5歲以下的兒童中成功訓練DIBH，本臨床實踐中，絕大部分患者經過充分的呼吸訓練后，均能達到要求。

以上研究表明，選擇OSI技術輔助實施左側乳腺癌DIBH放療時，有無CT端光學設備對放療擺位精度無明顯影響，通過各自流程定位后，2種光學引導系統都可以精準引導乳腺癌的DIBH放療，且在首次CBCT配準誤差方面無統計學差異。但OSI技術是局部表面監控技術，易受皮膚彈性[20]、體表形變[21]等影響，對內在變化或整體性變化可能無法準確反映，有研究關注到患者吸氣時整體胸部抬高而達到類似DIBH狀態的情況[11]，這種情況對心臟輻射劑量將產生何種影響，今后還需進一步研究，這也提示了光學引導DIBH放療時呼吸訓練及定期CBCT驗證的重要性。

4 結論

本研究結果表明，無CT端光學設備定位與有CT端光學設備定位，均可精準實現光學表面引導的左側乳腺癌DIBH放療，2種OSI技術在患者首次治療時擺位誤差無統計學差異。