光學體表追蹤技術適用于兒童腫瘤精準放射治療

周 略，李子煌，李壯玲，鄧小年，呂得剛，李先明，唐 娜

南方科技大學第一附屬醫院（深圳市人民醫院）1腫瘤放療科，3病理科，廣東 深圳 518020；暨南大學第二臨床醫學院（深圳市人民醫院）2腫瘤放療科，4病理科，廣東 深圳 518020

惡性腫瘤是導致兒童死亡的第2大病因，神經母細胞瘤、中樞神經系統腫瘤、軟組織腫瘤是最常見的兒童實體腫瘤［1］，放射治療是兒童腫瘤治療的主要手段之一，約1/3的兒童腫瘤患者需行放射治療。兒童腫瘤放療的療效較成年人好，治愈率高，生存時間長，因此對放療方案的制定、計劃設計及擺位實施均有更高的要求。由于兒童患者放療的配合度差，治療容易出現位移，部分患者需重復多次擺位，因此延長了治療時間。如何降低兒童患者實施放療中的移動誤差長期以來一直是困擾放療醫技人員的難題。圖像引導放療（IGRT）技術的應用使得擺位精度大幅度提高，計劃靶區的邊界減少，正常組織的照射體積減少。當前IGRT主要是以MV或KV級錐形束CT（CBCT）來實現，但其僅在治療前指導擺位，在治療過程中無法動態實時監測患者的體位移動［2-3］。光學體表追蹤系統（OSMS）是利用可見光或激光對患者的體表運動進行監測的技術，其將選定的體表區域分成30萬個點進行監測，對位置移動的精度及敏感度極高，通常可以識別亞毫米級的位置移動，可進行多維度實時監測，且無創、無輻射等副作用，一定程度上彌補了CBCT的不足。近年來OSMS逐步應用于放療實踐，提高了擺位精度，縮短了擺位時間［4-6］。目前國內外尚無有關OSMS技術應用于兒童腫瘤放療的報道。本中心自2018年6月常規將OSMS技術應用于各系統腫瘤的放療，本研究擬對OSMS在兒童腫瘤放療中應用進行初步探索，為兒童腫瘤的精準放療提供一種新的、精準的、無輻射的圖像引導。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年9～2019年3月深圳市人民醫院腫瘤放療科收治的兒童腫瘤患者進行分析。納入標準：年齡>3周歲；病理診斷明確；無全身麻醉禁忌證；預計生存時間大于1年。排除標準：照射區域合并感染；照射區域存在未愈合的傷口；存在未能控制的癲癇；放療體位無法配合的患者。共入選6例患兒，其中男童4例，女童2例，年齡3～12歲；患者中上肢橫紋肌肉瘤1例，上肢骨肉瘤1例，下肢橫紋肌肉瘤2例，腹腔神經母細胞瘤1例，腦膠質瘤1例。其中2例患兒在全身麻醉下實施放療。所有患者均經病理確診，研究經過醫院倫理委員會批準，家屬均簽署放射治療知情同意書。

1.2 設備

Edge直線加速器（美國，瓦里安）、OSMS、Eclipse 13.6治療計劃系統、模擬定位CT（西門子）、三維可移動激光燈系統（德國，Lap）。

1.3 體位固定與圖像采集

腦膠質瘤患者采用頭顱熱塑膜面罩固定，其余患者均采用真空墊固定，采用西門子模擬定位CT進行掃描，三維CT 掃描，掃描層厚為3 mm，圖像傳送至Eclipse 13.6治療計劃系統，實施靶區勾畫、計劃設計、評估和驗證后，將治療計劃及圖像結構傳送至Edge直線加速器及OSMS系統。具體工作流程（圖1）。

圖1 研究工作流程圖Fig.1 Research workflow.

1.4 OSMS應用

患者首先按體表標記實施治療擺位，首次治療前行CBCT掃描，將CBCT圖像與定位CT圖像以骨性標志、密度或自動模式進行配準，以確定體位，然后以OSMS采集體表感興趣區域作為參考圖像，后續的放療前擺位以首次OSMS 采集的參考圖像作為擺位基準，再以CBCT掃描圖像確認位置，并在治療過程中監測體位的位移。OSMS可以從三維上采集體表信息，包括前后、上下及左右方向，誤差根據要求設計為3 mm(圖2～3)。

圖2 皮膚表面的紅色區域為OSMS激光投射區Fig.2 The red area of the skin surface is the OSMS laser projection area.

圖3 OSMS實時監測顯示Fig.3 OSMS real-time monitoring.

1.4 統計學分析

采用SPSS23.0軟件對數據進行統計分析。計量資料用均數±標準差表示，組間比較采用t檢驗，計數資料組間比較行χ2檢驗，采用雙變量相關分析兩組擺位誤差關系，應用MedCalc統計軟件的Bland-Altman法評估兩種系統的一致性，并計算一致性界限(LOA,95%CI)。以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

6名患者129個治療位置移動情況顯示，CBCT與OSMS的左右、頭腳、上下方向的移動差異均無統計學意義（P>0.05，表1）。OSMS與CBCT各方向擺位誤差差值的95%LOA范圍分別為：左右0.05～0.06 cm、頭腳0.08～0.10 cm、頭腳0.09～0.12 cm。臨床中設置二者差值在0.2 cm之內是可以接受，本研究中兩者在各個方向上擺位誤差差值的95%LOA范圍均小于臨床設計值，OSMS與CBCT各方向擺位誤差差值的平均值分別為左右0.00 cm、頭腳0.00 cm、頭腳0.01 cm，均為0或接近0。在CBCT與OSMS的左右、頭腳、上下方向的移動差值分別有4.65%（6/129）、5.43%（7/129）、3.88%（5/129）的點在95%LoA之外，在其一致性范圍內，差值的絕對值最大分別為0.06 cm、0.09 cm、0.11 cm（圖4～6）。

表1 患者擺位移動統計Tab.1 Statistics of patient position movement(cm)

圖5 CBCT與OSMS在頭腳方向位移的相關性Fig.5 The correlation between CBCT and OSMS displacement in the head-to-foot direction.

圖6 CBCT與OSMS在上下方向位移的相關性Fig.6 The correlation between CBCT and OSMS displacement in the up and down direction.

3 討論

CBCT是當前確定和保證放療位置精準最常見、最標準的方法。然而CBCT引導放射治療時，其本身也可產生輻射劑量，臨床研究顯示，CBCT每次掃描時根據照射的部位、大小、照射的技術，可對皮膚產生1～7 cGy的照射劑量［7］。OSMS作為一種利用激光監測體表位移水平的圖像引導方式，其無輻射，且能動態實時捕捉擺位時位置差異及治療期間體位變化，已逐步應用于引導腫瘤精準放射治療。

兒童腫瘤患者預后好，生存時間長，且處于發育階段，放射治療時需充分考慮晚期毒副作用［8］。在放射治療過程中，減少正常組織的照射范圍和劑量是降低毒副作用最為關鍵的環節。隨著放療技術的進步，精準放療技術的應用越來越廣泛，兒童腫瘤的放療晚期毒副作用發生率越來越低［9-11］。實現精準放療的首要保證就是擺位的精確性及治療過程中體位的固定性。兒童患者由于配合能力欠佳，易于治療過程發生體位移動，因此減少擺位的時間和監測治療時體位的變化顯得尤為重要。精準的擺位和避免治療時的位移是精準放療的前提。目前的研究顯示，體表光學追蹤系統引導的放射治療不僅能縮短擺位時間，提高擺位精度，還能在治療過程中實時監測體位的變化，在成人乳腺癌、胸部腫瘤、腹部腫瘤的應用中已證實其實用性、高效性、精準性［12-14］尤其適合應用于兒童患者的放射治療。

本研究顯示，OSMS與CBCT在兒童腫瘤的放療中均可保持患者治療位置的高度精準，本研究顯示在左右、頭腳、上下方向的移動分別是：0.207 cm、0.183 cm、0.198 cm、0.207 cm、0.186 cm、0.206 cm，差異均無統計學意義（P>0.05），兩者在擺位精度上無差別。有學者對OSMS與CBCT在腦轉移瘤行SRS進行圖像引導的精度進行對比發現，兩者在各方向上的擺位誤差均小于1 mm［15］。有研究在乳腺癌放療中，發現OSMS協助擺位的位移誤差在2.7～5.0 mm［16］。也有研究將OSMS應用于前列腺的放療中，結果顯示期位移誤差在3～6.5 mm［17］，尤其是X方向，超過5 mm。由此可見，對于不同部位，OSMS的精準度存在差異，對于胸、腹等存在臟器運動的部位，精度略差。本研究的結果顯示OSMS協助的擺位精度優于其他的相關報道，主要考慮有以下因素：本研究中只有1例患兒為腹腔腫瘤放療，受呼吸運動影響。其余5例患兒為四肢及顱腦腫瘤放療，為剛性器官，無臟器運動影響。且有2例患兒為全麻下行放療。

本研究中，OSMS與CBCT各方向擺位誤差差值的95%LOA范圍分別為：左右0.05～0.06 cm、頭腳0.08～0.10 cm、上下0.09～0.12 cm。各方向上：左右4.65%（6/129）、頭腳5.43%（7/129）、上下3.88%（5/129）的點在95%LoA之外，說明在各方向上的擺位誤差OSMS與CBCT高度相關。但能否以OSMS代替CBCT作為兒童腫瘤放療的圖像引導，尚需進一步驗證。OSMS的精度與感興趣區的選擇有著密切關系，有研究顯示，OSMS在體表投射的感興趣區域的選擇差異與擺位誤差水平直接相關［18］。因此，不同部位如何選擇體表的感興趣區也需進一步探索。故雖然OSMS與CBCT在擺位精度上高度相關，但能否以OSMS代替CBCT作為兒童腫瘤放療的圖像引導，尚需進一步驗證。

綜上所述，在兒童腫瘤的放射治療中，OSMS 和CBCT引導的放療精準度高，且兩者相關性好。OSMS是一種高效、精準的IGRT引導方式。可應用于兒童腫瘤的放射治療中。