Fraxion系統與熱塑膜固定在腦惡性腫瘤放療中的擺位誤差比較

陳洋，王紹波，魯仁財，王思宇，李浚利，鄭虹，謝耩，侯黎

昆明理工大學附屬醫院/云南省第一人民醫院 a.PET-CT中心；b.腫瘤內科，云南 昆明 650500

引言

立體定向放射治療（Stereotactic Radiotherapy，SRT）是殺滅腦惡性腫瘤細胞的常用方案[1]。然而，相較于其他放療部位，腦腫瘤周圍的正常組織更為重要，因此需要對頭部進行精準定位，以減少放射線對危及器官和組織造成的損傷[2]。若要實現精準定位，就必須選擇合適的頭部固定裝置。傳統的SRT 固定裝置多為有創有框固定裝置，雖能保證固定精度，但增加了患者出血感染的風險，且框架的不相適性也為治療帶來了困難[3-4]。Fraxion 系統作為一種新型的無創無框固定裝置，將面罩膜、牙墊、頭枕結合使用，在保證精準度的同時，還避免了有創和有框產生的弊端。目前，國內對Fraxion 系統的研究尚少，且多數研究為該系統在放療應用中的單獨分析，未與其他固定裝置比較精度上的差異[5]。本研究擬將Fraxion 系統與熱塑膜固定進行精度比較，為頭部放療固定方式的選擇和優化提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年1月至2022年9月在我院腫瘤內科行放射治療的腦惡性腫瘤患者為研究對象。患者均根據自身的治療情況自愿選擇合適的頭部固定方式，并簽署放療知情同意書。納入標準：① 經病理活檢和影像學檢查，證實為腦惡性腫瘤；② 選擇放射治療；③ 有完整的臨床資料；④ 卡氏評分＞70。排除標準：① 未調取完整的放療計劃；② 未能完成放療。本研究已經本院醫學倫理委員會審批通過（批準文號：KHLL2023-KY017），且嚴格遵守《赫爾辛基宣言》。

入組的92 例患者中，腦膠質母細胞瘤2 例，腦星形細胞瘤2 例，肺癌腦轉移70 例，乳腺癌腦轉移9 例，子宮頸癌腦轉移2 例，黑色素瘤腦轉移2 例，食管癌腦轉移2 例，腎癌腦轉移1 例，直腸癌腦轉移1 例，結腸癌腦轉移1 例。32 例行Fraxion 系統固定設為Fraxion系統組，60 例行熱塑膜固定設為熱塑膜組。Fraxion 系統組患者男性12 例，女性20 例，年齡40～90 歲（中位年齡60.50 歲），平均年齡（62.00±11.35）歲，單次放療劑量600～2400 cGy，放療次數1～8 次；熱塑膜組患者男性40 例，女性20 例，年齡44～81 歲（中位年齡58.50 歲），平均年齡（58.13±9.09）歲，單次放療劑量130～500 cGy，放療次數5～32 次。

1.2 設備

研究采用的設備有：Fraxion 系統固定裝置（Elekta公司，瑞典）；頭頸肩熱塑膜（Klarity 公司）；CT 模擬定位機（Toshiba 公司，日本）；Versa HD 直線加速器（Elekta公司，瑞典）；加速器自帶錐形束CT 掃描機；Monaco 放療計劃系統；BodyFIX 真空塑形枕（Elekta 公司，瑞典）。

1.3 Fraxion系統固定過程

固定前根據患者口齒的咬合形態制作牙墊，并預先讓患者仰臥在BodyFIX 真空塑形枕上，通過在BodyFIX系統上調試壓力，達到真空枕與患者腦枕部緊密貼合的效果。患者在物理師的指導下充分咬合牙墊，貼合枕頭，最后將頭部熱塑面罩貼合在患者面部，通過卡扣連接在Fraxion 系統的框架兩側，完成固定（圖1）。

圖1 Fraxion系統固定示意圖

1.4 頭頸肩熱塑膜固定過程

在模擬機床上令患者仰臥于模擬機床的靠近中央位置，雙手抱頭，保證三維縱軸與體架中線重合。使恒溫水箱保持水溫83℃，將頭頸肩熱塑膜置于水箱中。5 min 后頭頸肩熱塑膜接近透明狀且呈軟化狀態后取出，再將熱塑膜迅速平鋪在患者頭面部，扣上卡扣，進行貼合。讓患者保持平靜規律呼吸，保證塑形過程中緊密貼合皮膚。待頭頸肩熱塑膜冷卻成型后將其取下，在前額、鼻、雙耳側標注患者的體表標識，最后注明患者的個人信息和日期（圖2）。

圖2 頭頸肩熱塑膜固定示意圖

1.5 誤差測量

行模擬定位CT 掃描（掃描范圍為頂骨到第二頸椎，層厚為3 mm），將圖像導入放射治療計劃系統，物理師根據實際病情勾畫靶區并完成計劃驗證。對Fraxion系統組患者每次治療前進行錐形束容積斷層成像技術（Cone Beam Volumetrie Computed Tomography，CBCT）掃描，共掃描174 次。對熱塑膜組患者每周進行一次CBCT 掃描，共掃描241 次。患者體位的左右方向定為X 軸，頭腳方向定為Y 軸，前后方向定為Z 軸，將CBCT 圖像與模擬定位CT 圖像進行對比，得出X、Y、Z 軸3 個方向的擺位誤差。

1.6 統計學分析

采用Excel 2016 和SPSS 23.0 軟件對研究數據進行分析。計量資料以±s表示，采用獨立樣本t檢驗；計數資料以n（%）表示，采用χ2檢驗。P＜0.05 為差異有統計學意義。3D 矢量位移應用公式計算[6]，其中dx，dy，dz分別代表在笛卡爾坐標系X 軸、Y 軸、Z 軸上的位移。外擴邊界（Margin of Planning Target Volume，MPTV）[7]根據公式MPTV=2.5∑+0.7σ計算，其中∑為所有患者系統擺位誤差的標準差，σ為所有患者每次擺位隨機誤差的標準差。

2 結果

2.1 2種固定方式各類誤差的分布情況

2 組患者中，Fraxion 系統組在X、Y、Z 軸3 個方向上的擺位誤差值均小于2 mm，優于熱塑膜組，見表1。

表1 2組各誤差的分布情況[n（%），次]

2.2 線性擺位誤差比較

2 組在3 個方向上的擺位誤差和3D 矢量位移差異均具有統計學意義（P＜0.001），具體數據如表2所示，結果顯示Fraxion 系統組的各類誤差值均明顯小于熱塑膜組。

表2 2組不同固定裝置的線性誤差（±s，mm）

表2 2組不同固定裝置的線性誤差（±s，mm）

注：d為3D矢量位移。

方向 Fraxion系統組（n=32）熱塑膜組（n=60）t值P值X軸0.79±0.451.60±1.00 -11.157＜0.001 Y軸0.82±0.461.77±1.07 -12.263 ＜0.001 Z軸0.62±0.371.88±1.05 -17.217 ＜0.001 d1.42±0.453.13±1.62 -15.593 ＜0.001

2.3 各類誤差及計劃靶區的MPTV在兩類固定裝置中的比較

Fraxion 系統組在各方向的系統誤差、隨機誤差及計劃靶區（Planning Target Volume，PTV）的MPTV 均小于熱塑膜組，見表3。

表3 2組間各類誤差及PTV的MPTV（mm）

2.4 患者分次間誤差的變化趨勢

對測量誤差次數≥5 的患者進行分次間擺位誤差的變化趨勢分析，熱塑膜組患者的第1 次各方向擺位誤差數據與后5 次數據相比差異均具有統計學意義（P＜0.05），Fraxion 系統組僅在第5 次、第6 次的X 軸方向擺位誤差與第1 次相比差異具有統計學意義，見表4。

表4 2組間分次間擺位誤差（±s，mm）

表4 2組間分次間擺位誤差（±s，mm）

注：a為P＜0.05；b為P＜0.01；c為P＜0.001。

分組X軸Y軸Z軸Fraxion系統組第1次0.62±0.36 0.90±0.480.62±0.35第2次0.69±0.44 0.79±0.480.48±0.32第3次0.74±0.41 0.75±0.450.58±0.32第4次0.67±0.47 0.81±0.480.65±0.37第5次1.04±0.45c 0.88±0.450.53±0.35第6次0.89±0.46a 0.74±0.440.64±0.36熱塑膜組第1次0.40±0.20 0.55±0.290.57±0.45第2次1.08±0.80a 0.86±0.39a1.22±0.84a第3次1.52±0.82c 1.90±0.93c1.90±0.90c第4次2.21±0.70c 2.05±0.61c2.32±0.78c第5次2.58±0.67c 2.60±0.80c2.74±0.64c第6次3.21±0.96c 3.01±1.61c3.16±1.36c

3 討論

放療或一些聯合放療的手段絕對禁忌證較少，應用范圍廣泛，對于頭頸部腫瘤療效顯著，因此，放療被作為最常用的治療手段。在腦惡性腫瘤的放療過程中，為了保證患者的最大治愈率和生存率，要盡可能減少對病變周圍正常組織的照射[8]。SRT 具有劑量集中、照射精準的優勢，往往被用于頭部放療中[9-10]。由于該技術對照射精度要求較高，需對病灶進行精準定位，因此，體位固定作為放療的首要環節，對于能否實現精準定位至關重要[11]。但在實際臨床工作中，患者體型的差異、病變位置的特殊性以及患者與定位框架不相適等均會影響患者在治療前后體位的一致性[12]。因此，對于固定裝置的選擇，必須進行科學合理的決策。

放療體位固定裝置的評估主要在于精準度的比較，擺位誤差是比較精準度的一項重要指標。擺位誤差包括系統誤差和隨機誤差，系統誤差主要是由儀器等因素產生，隨機誤差則主要由患者本身引起[13]。本研究的誤差數據結果顯示，頭部固定的患者使用Fraxion系統組的X、Y、Z軸上的線性擺位誤差均小于熱塑膜組，系統誤差和隨機誤差也均小于熱塑膜組。He等[14]對28例使用Fraxion系統與36例使用熱塑膜的顱內腫瘤患者進行了擺位誤分析，結果顯示Fraxion系統的線性擺位誤差和3D矢量位移分別為（0.82±0.69）、（0.71±0.69）、（0.71±0.68）、（1.47±0.62）mm；熱塑膜對應的線性擺位誤差和3D矢量位移分別為（1.39±1.05）、（1.59±1.13）、（1.73±1.26）、（3.03±1.38）mm；Fraxion系統與熱塑膜在X、Y、Z軸的PTV的MPTV分別為1.26、1.36、1.23 mm和2.19、2.67、2.33 mm。該數據除PTV的MPTV外均與本研究結果相似，在PTV的MPTV方面存在差異的原因可能與裝置本身、操作流程誤差有關[15]。該數據也說明本研究中采用的Fraxion系統基本達到了預期的效果，但熱塑膜組個別患者誤差值較大，X、Y、Z軸上的線性擺位誤差分別有2例次、1例次、1例次＞5 mm，經過分析和回顧實驗過程，推測可能的原因包括：① 在熱塑膜組中，由于患者存在不同體型的差異，貼合性的欠缺導致舒適度有所下降，造成患者體位變動；② 由于熱塑膜在貼合過程中溫度過高引起患者不適，部分患者出現了難以克服的心理障礙，從而出現不配合掃描的現象；③ 吳彬[16]發現熱塑膜雖然正常情況下會在10 min內完成塑形，但仍有個別案例會在20 min內出現不同程度的形狀改變，從而造成后續使用的治療過程中出現誤差偏大的可能。若將熱塑膜的冷卻時間延長至30 min將有助于改善熱塑膜變形的問題。總體上，Fraxion系統固定效果優于熱塑膜，有效降低了擺位誤差，主要原因包括：① Fraxion系統通過制作牙墊加頭枕的固定方式更加牢靠[17]；② Fraxion系統避免了因熱塑膜過熱產生的缺陷，可使患者更好地保持掃描體位，減少活動次數；③ 使用Fraxion系統時，準備工作較多，為心理素質較差的患者提供了充足的心理調整時間。本研究在前者研究的基礎上加入了分次間誤差統計，測量誤差次數≥5次的Fraxion系統組患者有24例 （5次6例、6次8例、7次5例、8次5例），熱塑膜組患者有11例（5次3例、6次7例、7次1例）。由于熱塑膜組進行7次的患者為1例，8次為0例，無法計算標準差，所以僅與Fraxion系統組進行前6次的比較。結果表明，熱塑膜組各方向線性誤差隨著放療次數的增加而增大，而Fraxion系統組并無明顯增大趨勢，說明在多次放療中，Fraxion系統比熱塑膜具有更好的重復性。造成該區別的原因可能有：① 患者在治療過程中不可避免地出現水腫或消瘦的情況[18]，單一采用熱塑膜會由于定型難以調適，Fraxion系統則包含牙墊及頭枕，可針對大小進行微調；② 多次放療后，熱塑膜上的標識線會變模糊，不利于定位；③ Fraxion系統組患者每次治療前均進行一次CBCT掃描，有效減少了分次間擺位誤差[19-20]。

本研究存在一定的局限性：① 本研究樣本量較小；② 因設備和技術條件限制，未能測得旋轉誤差及分次內擺位誤差。總之，多中心大樣本量前瞻性研究以及更多不同固定技術之間的比較研究有助于進一步篩選和優化放療計劃，為選擇合適的頭部放療固定技術提供依據。

4 結論

Fraxion 系統作為新型頭部放療固定裝置，相較于熱塑膜具有分次劑量大、擺位誤差低、重復性好等優點，可提高放療的準確性，能更好地保護腦周圍的正常組織和器官，對于腦惡性腫瘤的SRT 而言，具有重要的臨床價值。