Catalyst HD光學體表引導發泡膠固定乳腺癌調強放療擺位精度的研究

方鍵藍 方涌文 劉鏢水 肖亮杰 王宇留 郭旋 何振宇 林承光 姚文燕

華南國家腫瘤實驗室，中山大學腫瘤防治中心（廣州510060）

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一，據2020年12月國際癌癥研究機構（International Agency for Research on Cancer，IARC）調查數據顯示，全球女性癌癥中女性乳腺癌占新發病例的11.7%，而乳腺癌的病死率為6.9%［1］。放射治療作為乳腺癌治療的治療方式之一，其每一個步驟都至關重要，放射治療期間的乳腺癌患者體表的標記線對于治療的成功與否尤為重要。乳腺癌患者體表標記線不僅能影響腫瘤靶區（planning target volume，PTV）的劑量分布，而且在保護危及器官（organs at risk，OARs）如心臟、肺臟、脊髓等也起到了重要的作用。光學體表輔助擺位是近些年興起的新型擺位方式，其中Catalyst HD 系統在治療床周圍天花板上距離加速器等中心1.8 m 處安裝3 個專業級攝像頭的三探頭系統，利用光學體表成像技術，實時重建所勾畫的感興趣區ROI 附近的三維體表輪廓，獲取實時患者體位誤差信息進行輔助擺位、治療實時監控和呼吸門控監視，實現患者放射治療全流程精確監控。本文研究表面光學體表監測系統的輔助擺位與傳統的體表標記線擺位之間的精度差異，并比較不同光學體表監測興趣區域的差別，為光學體表實施提供臨床參考依據。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2020年5月至2021年7月在中山大學腫瘤防治中心Varian Vital_Beam 進行調強放射治療的乳腺癌患者34 例。入選標準：年齡20 ～60 歲；KPS ＞80 分；術后分期為Tis-2N0-2M0分期的乳腺癌保留乳房手術后患者；保乳術后擬行瘤床同步加量調強放射治療或序貫后程加量的調強放射治療患者；患側上臂上舉外展自如的患者；患者無通氣功能障礙，無慢性心肺疾病。排除標準：同時雙側乳腺癌；腋窩前哨淋巴結活檢，未做腋窩清掃；做過內乳淋巴引流區清掃；全身治療前未做內乳淋巴引流區的影像評估；患側胸壁Ⅰ期乳房重建術或擴張器植入術后；嚴重心功能不全；既往胸壁或鎖骨上放療史；既往或同時第二原發惡性腫瘤。本研究經醫院醫學倫理委員會批準（批準號：2020-379-01），所有患者均簽署知情同意書。

1.2 固定方法 所選均為浸潤性癌并為保乳術后患者，行乳腺、鎖骨上淋巴引流區照射。體位固定方法為發泡膠個體化仰臥固定，采用廣州福瑞人體定位墊發泡膠固定，將異氰酸聚亞甲基聚亞苯基酯（A 料）與復合聚醚類多元醇（B 料）混合搖勻10 s 后平鋪倒在防水布袋內，患者雙手上舉外展，采用發泡膠發泡固定的方式使手臂與手指充分塑形，充分展開胸壁及腋窩淋巴結，發泡膠技術自動塑形的特性使得發泡膠固定墊更為貼合人體體表輪廓。見圖1。

圖1 發泡膠仰臥固定裝置Fig.1 Styrofoam supine fixture

1.3 方法和數據采集 Catalyst HD 光學體表監測系統通過綠色光源和紅色光源來顯示癌癥患者體表實時輪廓與計劃參考輪廓的位移偏差且直接投射到患者體表輪廓上，并在顯示器上顯示出擺位的偏差數據。使用體表標記線擺位的方法見圖2，使用Catalyst HD 系統單患側ROI 方法見圖3，使用Catalyst HD 系統雙側ROI 方法見圖4。

圖2 標記線擺位Fig.2 Marker line placement

圖3 單患側ROIFig.3 Single ipsilateral ROI

圖4 雙側ROIFig.4 Bilateral ROI

放療前將患者從Eclipse 計劃系統生成的體表外輪廓及放療計劃資料（RT Plan 和RT Structure）導入到Catalyst HD 系統中，在第1 次CBCT 驗證后捕獲新的放療體位輪廓，作為放射治療的參考輪廓，在每次治療前使用光學體表監測系統輔助擺位功能進行體位校正，并在第2、3 次及每隔5 次進行CBCT 進行體位驗證，記錄并觀察患者的標記線擺位治療床床值、Catalyst HD 擺位治療床床值及CBCT 校準后的體位誤差治療床床值數據。患者標記線擺位誤差數值為CBCT 校準后治療床床值減去患者的標記線擺位治療床床值；Catalyst HD擺位誤差數值為CBCT 校準后治療床床值減去Catalyst HD 擺位后治療床床值。兩種擺位方法均采用統一CBCT 影像校準方式，CBCT 影像校準方法為骨和灰度自動配準，CBCT 影像校準標準以3 mm 為限，具體的CBCT 校準方法與步驟見圖5。

圖5 光學體表監測系統流程示意圖Fig.5 Schematic diagram of the flow chart of the optical body surface monitoring system

1.4 統計學方法 采用SPSS 21.0 對數據分別進行獨立樣本t檢驗和配對樣本t檢驗，計量資料采用（）表示，以P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 體表標記線與光學體表監測系統輔助擺位的差異 標記線擺位與光學體表輔助擺位在左右LR、頭腳SI、腹背AP 方向的擺位誤差分別為（2.21 ± 2.14）、（2.46 ± 2.22）、（3.33 ± 2.43）mm 和（1.42±0.99）、（1.31±0.86）、（1.38±1.06）mm，t值為（LR：-3.473；SI：-4.895；AP：-3.438），差異有統計學意義（均P＜0.05）。見表1。

表1 體表標記線與光學體表監測系統輔助擺位的差異Tab.1 Differences between body surface markers and assisted placement of optical body surface monitoring systems ±s，mm

表1 體表標記線與光學體表監測系統輔助擺位的差異Tab.1 Differences between body surface markers and assisted placement of optical body surface monitoring systems ±s，mm

體表標記線光學體表t 值P 值AP 3.33±2.43 1.38±1.06-3.438 0.001 SI 2.46±2.22 1.31±0.86-4.895＜0.001 LR 2.21±2.14 1.42±0.99-3.473 0.001

2.2 單患側ROI 與雙側ROI 的對治療精度的影響 單患側ROI 與雙側ROI 的對比中，AP 方向中t= 2.831，P= 0.005，Roll 旋轉方向中t= 2.982，P=0.003，兩個方向差異有統計學意義（均P＜0.05），其余方向誤差比較差異無統計學意義。見表2。

表2 單患側ROI 與雙側ROI 的對治療精度的影響Tab.2 The effect of unilateral ROI and bilateral ROI on treatment accuracy ±s

表2 單患側ROI 與雙側ROI 的對治療精度的影響Tab.2 The effect of unilateral ROI and bilateral ROI on treatment accuracy ±s

注：**P ＜0.01

單患側ROI雙側ROI t 值P 值AP（mm）1.50±0.93 1.31±1.71 2.831 0.005**SI（mm）1.41±1.02 1.89±1.29-1.121 0.264 LR（mm）1.59±1.23 1.71±1.22 1.414 0.159 Rtn（0.53±0.49）°（0.45±0.49）°1.915 0.057 Pitch（0.71±0.68）°（0.71±0.69）°0.407 0.684 Roll（0.77±0.75）°（0.95±0.75）°2.982 0.003**

3 討論

光學體表引導技術利用2 類激光器和攝像機獲取患者實時的三維表面信息，將這些信息與CT模擬定位時的體表輪廓信息進行比較，通過可視化的界面輔助引導放療擺位［2-3］。目前光學體表監測系統廣泛應用到各個病種的放療實施中，其中應用較多的是乳腺癌［4］。有學者研究發現，使用Varian Vital_Beam 進行胸部CBCT 掃描每次存在劑量加權0.32cGy，多次使用CBCT 掃描將使患者接受到額外的輻射劑量，增加患者的治療時間，同時也帶來一定的經濟壓力［5-6］。而光學體表輔助擺位是一種無輻射且能輔助驗證患者放療體位的新興技術，但CBCT 有精確的6 維成像能力和較好的圖像分辨率，目前依然是驗證放療體位的“金標準”［7-9］。本研究使用CBCT 對C-RAD Catalyst HD光學體表裝置進行傳統體表標志擺位與光學體表輔助擺位對乳腺癌擺位精度的對比發現，體表標記線及使用光學體表監測系統在3個平移方向比較均差異有統計學意義：AP 方向：（3.33±2.43）mm與（1.38 ± 1.06）mm；SI 方向：（2.46 ± 2.22）mm 與（1.31 ± 0.86）mm；LR 方 向：（2.21 ± 2.14）mm 與（1.42 ± 0.99）mm，光學體表擺位的應用能夠明顯減少三維方向的擺位誤差，與其他學者研究結果趨勢一致［10］。相較于吳佳蔚等［11］基于乳腺托架固定的研究，本研究的體表標志線擺位誤差更小，因為本研究采用了發泡劑個體化體位固定技術，發泡膠技術自動塑形的特性使得發泡膠固定墊更為貼合人體體表輪廓，適形度高的同時也不存在漏氣變形的風險［12］。固定時使用泡沫楔形墊將患者背部抬高，患者雙手外展并上舉，在發泡膠墊的上沿塑形雙臂及手握的相應形狀，以便之后手臂及手掌的固定，增加擺位重復性。因此建議使用發泡膠作為乳腺癌保乳術后調強放療的體位固定裝置。在使用光學體表進行監測時，本研究將光學體表監測系統監測的感興趣區域分為單患側乳腺ROI 與雙側乳腺ROI，其中的AP 和Roll 兩個方向比較差異有統計學意義。雙側ROI 在AP 方向和Roll 方向上誤差數據較單側ROI 小，這是由于雙側ROI 監測的橫向范圍較大，對于Roll 方向的旋轉誤差檢測更為準確，同時監測面積較廣的情況下也提高了AP 方向的擺位精度，因此建議發泡膠固定乳腺癌保乳術后調強放療使用雙側ROI 輔助擺位來減少ROLL 以及AP 方向的擺位誤差。

本研究實際治療的患者的中位年齡37 歲，最小年齡27 歲，最大年齡70 歲，由于實際治療患者年齡與入組標準年齡有所差異，年齡跨度較大，可能存在如患者年齡較大而出現皮膚較為松弛等個體化差異；后續研究將繼續擴大入組的患者數量，在C-RAD Catalyst_HD 的應用上為臨床治療提供更精確的支撐。

SGRT 在提高了放療精準度的同時，也改善了患者的舒適度，目前在乳腺癌放療中得到廣泛應用，已被證明具有亞毫米精度［13-14］。光學體表系統在分次治療過程中，也能夠提供實時監測。患者在治療過程中可能會由于肌肉疲勞、咳嗽原因等引起肢體的運動，而造成放療體位的變化，而光學體表監測系統可以及時反饋患者體位產生的變化，當治療過程中體位發生較大改變時會進行束流控制暫停出束，等待患者體位恢復正常體位后再進行出束治療。

光學體表監測系統輔助擺位相對于傳統體表標記線擺位更加精確；在光學體表監測系統進行乳腺癌放療輔助擺位時建議選擇雙ROI，以提高擺位精度，提高治療療效。