OSMS在乳腺癌術后放療臨床應用中體位固定方式優選研究

李俊禹，杜乙，周舜，吳昊，楊敬賢，于松茂，李廷廷，劉巍巍，岳海振

1. 北京大學腫瘤醫院暨北京市腫瘤防治研究所 放療科 惡性腫瘤發病機制及轉化研究教育部重點實驗室，北京 100142；2. 解放軍總醫院 第五醫學中心，北京 100039

引言

乳腺癌是女性常見惡性腫瘤之一，乳腺癌患者首選手術治療，其中70%～80%術后患者需要進行放療[1]。處于放射治療執行端的影像引導技術（Image Guided Radiotherapy，IGRT）和輔助定位裝置的優選對于提高擺位精度[2]，保證放療劑量傳遞精度[3]，從而提高治療效果[4]，減少腫瘤復發風險[5]，起到至關重要的作用。作為在線校位技術的參考標準，基于機載影像設備錐形束CT（Cone Beam CT，CBCT）的IGRT技術在臨床實踐中產生的額外輻射劑量、耗時較長等問題備受關注[6-7]，而光學體表監測系統（Optical Surface Monitoring System，OSMS）在放療前輔助擺位和放療中實時監測等方面的應用，在完全規避附加輻射劑量的前提條件下，有效提高了擺位效率和擺位精度[8-10]。研究顯示，OSMS基于所監測到的患者體表輪廓引導擺位，輔助固定裝置的選擇會影響患者體位，進而影響OSMS引導擺位的精度[11]，尤其對于乳腺癌術后放療病例，由于乳腺區域體表剛性不足，體位固定方式對OSMS引導擺位精度影響較大，但其原因為何，影響是否顯著尚不明確。本研究以CBCT在線校位結果為參考，探討基于OSMS引導擺位下真空墊和頸胸膜兩種臨床常用體位固定方式的擺位一致性和誤差分析，為乳腺癌術后放療患者的體位固定方式優選提供數據支持，并作為全流程質控思維整體結構中執行端的設備優選和方法優化方案的參考。

1 資料與方法

1.1 資料選取與分組

選取52例2019年4月至2019年12月于北京大學腫瘤醫院行乳腺癌術后放療的患者資料，均采用OSMS系統輔助擺位完成治療，其中真空墊固定組（A組）24例，頸胸膜固定組（B組）28例，見圖1。52例患者年齡19～72歲，中位年齡47.5歲，體質量指數（Body Mass Index，BMI）15.93～32.75 kg/m2，中位 BMI為 24.42 kg/m2。

圖1 乳腺癌術后放療體位固定方式

1.2 儀器設備與方法

1.2.1 儀器設備

英國Vision RT公司光學體表監測系統，美國瓦里安VitalBeam加速器（配備6維治療床），德國西門子大孔徑螺旋CT（Somation Sensation Open），德國LAP公司3維激光燈定位系統，美國Varian Eclipse放療計劃系統，比利時ORFIT體板。

1.2.2 體位固定和掃描方法

所有患者均采用仰臥、平躺、雙手上舉抱頭體位。A組患者平躺于真空墊上，根據患者身體輪廓、手臂位置塑形真空墊，頭枕放在真空墊上，并塑形頭枕邊緣輪廓。B組患者平躺于體板上，頭枕采用體板上頭枕下凹凸結構的方式與體板位置固定，制作頸胸膜。真空墊、體板均與治療床位置相對固定。模具制作完成后在德國西門子大孔徑螺旋CT和美國Varian Eclipse放療計劃系統上進行定位CT掃描和治療計劃制定，在配置六維碳纖維治療床的瓦里安醫用直線加速器VitalBeam執行治療方案，可獲取左右（x軸向）、升降（y軸向）、進出（z軸向）、床旋轉（Rtn）、進出傾斜（Pitch）和左右轉動（Roll）6個維度的配準誤差。

1.2.3 操作流程

本研究所涉及病例，首次治療均采用“兩步法”，找到參考床值并通過OSMS獲取修正后患者光學參考圖像，具體操作可參考本中心前期研究成果[12]。后續治療擺位流程如圖2所示，可分為四步：（1）患者位置固定好后，將治療床自動移至參考床值處；（2）使用OSMS實時調整患者體位，使OSMS擺位誤差盡可能低，最大容差范圍線性方向/旋轉方向分別為±0.5 cm/±2°，結束擺位后獲取6個維度的OSMS擺位誤差；（3）采集CBCT圖像后與定位CT圖像進行基于骨性標記自動配準后，經過醫生與技師共同確認靶區位置后對自動配準結果進行微調，獲取6個維度CBCT配準誤差；（4）按照CBCT配準結果進行移床并執行治療計劃方案完成當次照射。

圖2 后續治療操作流程圖

本研究中采用真空墊固定方式的A組在治療過程中使用OSMS實時監測治療，線性方向和旋轉方向閾值分別設置為±0.3 cm/±2°，B組扣模具固定患者體位后治療，后續治療過程均按照圖2所示流程進行操作。所有患者前3次放療前均進行CBCT驗證，隨后每周進行1次CBCT驗證。對后續治療6維方向誤差結果進行統計分析，A組和B組分別取得144組和168組6維OSMS擺位誤差數據和CBCT配準誤差數據。

本研究中OSMS感興趣區（Region of Interest，ROI）選為整個胸部，上界鎖骨、下界肋骨，側面A組真空墊邊緣以上、B組腋中線，均包括了相對穩定體表，如胸骨、肋骨，不包含腹部，腋窩、手臂、肩胛骨等不穩定體表不做勾畫。

1.2.4 評價指標

① 擺位誤差：即為CBCT與定位CT圖像配準誤差的絕對值，數值越小則說明誤差越低；② 擺位一致性：OSMS擺位誤差與同次對應方向的CBCT配準誤差的差值，絕對化后用于量化OSMS與CBCT在線校位系統的一致性。

1.2.5 統計學處理

采用SPSS25.0對擺位一致性和擺位誤差數據進行統計分析，經正態性檢驗呈非正態分布，兩組病例對應擺位一致性和擺位誤差數據行曼恩-惠特尼U檢驗，以中位數（下四分位數～上四分位數）表示。此外據文獻報道，患者任意方向0.5 cm線性誤差或2°旋轉誤差會導致靶區劑量變化5%[13]，為更好分析擺位一致性累積分布，本研究設定線性方向、旋轉方向分別以0.3 cm和1°為標準對擺位一致性累積分布率進行χ2檢驗。我中心通過研究旋轉與線性誤差相關性得出，對于胸部腫瘤旋轉超過1.5°等同于平移0.5 cm的誤差[14]，因此在乳腺腫瘤放療中確保擺位誤差線性方向和旋轉方向分別控制在0.5 cm和1.5°以內，以上述標準對擺位誤差累積分布率進行χ2檢驗。

2 結果

2.1 擺位誤差和擺位一致性統計分析

A組和B組6個維度的擺位誤差和擺位一致性中位數（上四分位數～下四分位數）見表1～2。擺位誤差除z方向外A組均優于B組，但僅x（Z=-2.942，P=0.003）、z（Z=-3.832，P=0.000）方向差異均有統計學意義。對于擺位一致性，除z方向外，A組均優于B組，x（Z=-4.175，P=0.000）、y（Z=-8.188，P=0.000）、z（Z=-1.976，P=0.048）、Pitch（Z=-2.448，P=0.014）、Roll（Z=-3.030，P=0.002）等方向差異均有統計學意義。

表1 乳腺癌放療兩種體位固定方式不同方向和旋轉角度擺位誤差比較

表2 乳腺癌放療兩種體位固定方式不同方向和旋轉角度擺位一致性比較

2.2 擺位誤差和擺位一致性累積分布統計分析

A組和B組擺位誤差和擺位一致性累積分布比例見表3～4。擺位誤差累積分布除z方向外，A組均優于B組，僅z方向具有統計學差異（P=0.029＜0.05），綜合6維方向擺位誤差累積分布A組優于B組。擺位一致性累積分布除z方向外，A組均優于B組，且x（χ2=4.730，P=0.030）、y（χ2=65.712，P=0.000）、Rtn（χ2=8.108，P=0.004）、Pitch（χ2=6.572，P=0.010）和 Roll（χ2=4.938，P=0.026）五個方向差異均具有統計學意義，綜合6維方向擺位一致性累積分布A組顯著優于B組，具有統計學差異（χ2=50.062，P=0.000）。

表3 乳腺癌放療兩種體位固定方式不同方向和旋轉角度的擺位誤差累積分布/%

表4 乳腺癌放療兩種體位固定方式不同方向和旋轉角度的擺位一致性累積分布/%

3 討論

OSMS通過減少體表輪廓的誤差來提高放療精度，目前研究表明體表輪廓與內部腫瘤位置有關聯，近年來OSMS引導擺位已廣泛應用于與體表皮膚位置關系密切的乳腺腫瘤中[15-18]，已被證實具有亞毫米精度[19]。真空墊與頸胸膜作為乳腺癌放療常用的體位固定方式有各自的特點，頸胸模具有可塑性強、使用方便、制作簡便等特性，能夠固定患者頭頸部并限制患者的不自主運動以及呼吸運動[20]。真空墊屬于個性化體位固定方式，根據每位患者的體型特點進行塑形，對患者手臂、腰背部支撐效果好，緊貼患者身體限制患者不自主運動[21]，真空墊固定中OSMS在治療期間實時監控并驅動門控開關，患者呼吸運動在閾值內時執行治療，反之則自動中斷治療。

本研究擺位一致性和擺位一致性累積分布A組在x、y、Rtn、Pitch、Roll方向優于B組，主要原因在于：①B組頸胸膜固定由于患者腰背部、手臂缺乏支撐，體位缺乏限制，分次間患者身體姿勢較A組真空墊固定易變，身體姿勢改變造成基于剛性配準的OSMS提示誤差準確性下降；②B組在扣頸胸膜時患者不可避免產生體位移動，造成結束擺位與CBCT掃描之間患者體位產生差異；③A組和B組患者獲取OSMS參考圖像分別在根據CBCT配準誤差移床后直接獲取以及移床治療取下模具后獲取，B組根據CBCT配準誤差移床到獲取OSMS參考圖像時間間隔比A組長，時間間隔增加加大患者不自主運動可能性，取下模具過程亦可能造成患者體位的移動，使獲取OSMS參考圖像時患者體位與參考體位產生差異。

擺位一致性和擺位一致性累積分布B組在z方向優于A組，原因在于：① 頭枕固定效果B組優于A組，頭枕相對位置的變化會影響A組z方向擺位一致性；② 本中心對手臂上舉功能不良患者偏重使用真空墊固定，上述患者手臂位置和手臂上舉功能不良程度易隨治療進行發生變化，影響A組z方向擺位一致性。

表1和表3中，A組和B組6維方向擺位誤差線性方向≤0.5 cm、旋轉方向≤1.5°的累積分布比例分別為98.65%和97.54%，擺位誤差和擺位誤差累積分布A組和B組均滿足臨床要求，A組除z方向外均基本優于B組，分別與擺位一致性和擺位一致性累積分布的結果基本相同，分析原因為：擺位一致性和擺位一致性累積分布的差異造成A組和B組擺位誤差和擺位誤差累積分布的差異性。綜合6維方向擺位一致性和擺位誤差累積分布A組均優于B組，擺位一致性誤差累積分布具有統計學差異，說明A組在擺位一致性和擺位誤差累積分布方面整體優于B組。

需特別指出B組在y方向擺位一致性中位數（上四分位數～下四分位數）為0.32（0.18～0.48）cm，擺位一致性較差，而擺位誤差為0.15（0.08～0.21）cm尚可。究其原因是因為B組OSMS參考圖像在治療結束取下模具后獲取，OSMS引導擺位在扣膜之前進行，扣模具對患者y方向影響較大，造成y方向擺位一致性較差現象。本研究采用根據參考床值自動到位治療，有效解決扣膜對y方向產生的影響，得到了擺位誤差尚可的結果。

本研究不足之處在于：真空墊固定中頭枕無法與真空墊相對位置絕對固定，產生了z方向擺位一致性不足的現象，后續研究中將使頭枕更加穩固固定。頸胸膜固定扣模具時不可避免會產生患者體位的移動，后續研究中將嘗試使用開放模具固定體位，扣模具后使用OSMS進一步微調患者體位，并可將開放區域作為ROI進行治療中的實時監測。本研究中僅勾畫胸部一個ROI，不包含頭頸部、手臂等自由度高部位，后續研究將勾畫胸部以及針對頭頸部、手臂、患側乳腺的多個ROI進行聯合擺位。

綜上所述，本研究表明乳腺癌術后放療采用OSMS擺位時，真空墊和頸胸膜固定方式的擺位誤差均在臨床允許范圍內；相對于CBCT擺位方式，采用OSMS擺位時，真空墊固定方式的擺位一致性整體優于頸胸膜并在一定程度上減少了擺位誤差；真空墊固定方式可在治療過程中對患者進行實時監測，綜合考量固定效果較好，可使患者受益，在應用OSMS擺位時應予以優先考慮。