基于SGRT表面引導技術的自制開放式面罩在顱腦腫瘤放療中的可行性研究

張揚帆，劉明，鄭多林，聶弘

中國科學技術大學附屬第一醫院 離子醫學中心（合肥離子醫學中心） 臨床物理技術科，安徽 合肥 230088

引言

圖像引導放射治療廣泛應用于臨床，其允許在治療過程中測量腫瘤位置、大小和形狀的變化，并進行調整，最大限度地提高放射治療的幾何精度、準確性以及靶區劑量，加強腫瘤控制率，同時對減少正常組織照射劑量，降低放療后不良反應的發生率有積極意義[1-2]。

隨著科技的進步，近年來，表面引導放療技術（Surface Guided Radiation Therapy，SGRT）作為一種特殊的圖像引導技術引入我國，其已被應用于多種治療部位，如顱內腫瘤、頭頸部腫瘤、乳腺癌、四肢腫瘤等[3]。SGRT能夠減少初始擺位的不確定性，在治療期間提供持續的監測，包括在非共面直線加速器機架角度的監測，并提供用于門控和屏氣治療技術的動態表面信息。SGRT是一種非電離輻射、無創傷、持續性的圖像引導技術，采用特殊固定技術，可給予患者更大的舒適感，以此方式減少傳統錐形束CT（Cone Beam CT，CBCT）圖像引導帶來的額外輻射，減少成像劑量，提高臨床工作流程的速度、效率和安全性[4]。

使用SGRT技術需要暴露身體皮膚信息，AlignRT光學表面監測系統才能持續監測。傳統的顱腦腫瘤放療都是采用全封閉式面罩對患者頭部進行固定，但存在旋轉方向的擺位精度不高、患者舒適度不佳、宜發生嗆咳窒息風險等問題。基于此，本研究旨在基于AlignRT系統，通過對傳統封閉式面罩開窗改造，觀察開放式面罩在顱內腫瘤放療中的擺位誤差，利用統計學方法評價擺位精度的一致性，以期評估自制開放式面罩在顱腦腫瘤放療中的可行性。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

回顧性選取中國科學技術大學附屬第一醫院合肥離子醫學中心2020年6月至2022年7月收治的20例已接受顱腦放療患者，其中男性12例、女性8例，年齡30～81歲，中位年齡54歲，所有患者KPS評分＞70分，正式治療前均簽署放療知情同意書。10例使用傳統封閉式面罩固定（A組），10例使用自制開放式面罩（B組）。

1.2 儀器設備

AlignRT光學表面監控系統（Vision RT，英國）由3個吊裝在直線加速器機房屋頂上的3個攝像頭組成，Vital Beam直線加速器（Varian，美國），Eclipse15.6計劃系統（Varian，美國），SOMATOM DefinitionAS 64層大孔徑模擬CT定位機（西門子，德國），R460SHT封閉式面罩、R612放療固定架、透明頭枕均購自廣州科萊瑞迪醫療器材股份有限公司，恒溫水箱SP-1600D（WHITEHALL，美國）

1.3 開放式面罩的制作

在封閉式面罩中央，畫一個5 cm×6 cm的矩形框，并沿該矩形框邊沿裁剪，制作出開放式面罩（圖1）。

圖1 開放式面罩制作過程

1.4 定位方法

1.4.1 面罩的制作

恒溫水箱預熱至70℃，放入封閉式面罩或開放式面罩，水浴軟化5 min，同時，患者仰臥于放療固定架，選擇合適的頭枕，外置激光燈歸零，使人體正中矢狀線和激光燈重合，囑患者閉眼，將軟化完成的封閉式面罩扣于患者面部，并塑形臉部特征外輪廓。開放式面罩在軟化好后，使其開孔下緣放置在鼻孔下緣，上緣放置在眉弓上緣兩橫指處，下頦和額頂部用涼毛巾冷敷，快速定型。

1.4.2 CT模擬定位

待面罩冷卻定型后，確定CT定位等中心點：正中點位于矢狀激光線與眉弓上緣兩橫指處軸位激光燈交叉點，兩側面位于耳廓前緣冠狀面激光燈與軸位激光燈的交叉點，在3個十字交叉點上貼鉛珠。行CT定位掃描，選擇Head RT模式，管電壓120 kV，設置自動毫安秒，3 mm層厚，視野500 mm，顱頂起始掃描，下頦皮膚結構包全，掃描結束。

1.5 數據采集

將患者的CT定位圖像經網絡傳輸到Varian Eclipse15.1 計劃系統，由臨床醫生勾畫臨床靶體積（Clinical Target Volume，CTV）、計劃靶體積（Planning Target Volume，PTV）和危及器官（Organs at Risk，OAR）。經物理師計劃設計和優化后，治療計劃最終傳至Varian Vital Beam直線加速器治療。每天治療前行CBCT圖像引導掃描，掃描條件選擇Head-Full Fan模式，管電壓100 kV，管電流150 mAs，CBCT掃描結束后選擇整個頭顱斷層為感興趣區（Region of Interest，ROI），使用六維骨配準協議，進行CBCT圖像與CT定位圖像的融合匹配，所得到的六維移床數值即在線擺位誤差，平移方向擺位誤差用腹背（Vrt）、頭腳（Lng）、左右（Lat）表示，旋轉方向擺位誤差用俯仰角（Pitch）、翻滾角（Roll）、偏轉角（Rtn）表示，結合我中心臨床經驗，擺位容差為平移方向誤差≤3 mm，旋轉誤差≤3°，若大于該數值則需要治療師重新擺位[5]。所有擺位誤差數據會自動記錄在計劃系統中，再通過計劃系統的離線回顧功能導出數據，具體流程如圖2所示。

圖2 數據采集流程

1.6 統計學分析

數據導入GraphPad Prism 8.0.2統計繪圖軟件，所有計量資料采用±s表示，符合正態分布的數據采用組間配對t檢驗分析，否則采用非參數檢驗，檢驗水準為α=0.05；一致性檢驗使用Bland-Altman法進行評價。

2 結果

2.1 擺位誤差結果

20例患者共進行了392次CBCT掃描，A組得到197次六維擺位數據，B組得到195組六維擺位誤差數據，兩組擺位誤差在平移方向均≤3 mm，旋轉方向均≤3°。B組在平移方向腹背（Vrt）、頭腳（Lng）、左右（Lat）的擺位誤差均顯著低于A組（P＜0.05）；B組旋轉方向俯仰角（Pitch）、翻滾角（Roll）、偏轉角（Rtn）的擺位誤差均低于A組，兩組除Pitch方向差異不顯著（P＞0.05），其余各方向均差異顯著（P＜0.05），見表1。

表1 2種面罩六維方向擺位誤差比較

2.2 一致性檢驗結果

圖3為2種面罩的擺位誤差在各個方向上的Bland-Altman一致性評價散點圖，95%的置信區間內 在 Vrt、Lng、Lat、Pitch、Roll、Rtn方向上的數值分別為-0.2811～0.1755 mm、-0.3858～0.1822 mm、0.3745～0.1423 mm、-1.255°～1.523°、-2.576°～1.486°、-3.020°～1.957°，2種面罩擺位誤差差異的均值在Vrt、Lng、Lat方向均小于0.5 cm，在Pitch、Roll、Rtn方向上均小于1°，且絕大多數的散點落在了2條藍色線以內，即95%可信區間內，說明2種面罩固定的擺位誤差具有高度一致性，且臨床應用中可接受該差異。

圖3 各個方向的Bland-Altman一致性評價散點圖

3 討論

CBCT作為臨床放射治療圖像引導的金標準[6]，是目前應用最廣泛的圖像引導技術，其可以提供患者的三維解剖結構信息，使放療精度大大提高，提高臨床療效[7]。然而，CBCT掃描引起的輻射劑量需引起關注，大量的CBCT掃描次數可能導致患者繼發性癌癥的發生率顯著增加[8]，尤其在兒童患者中，應盡可能地減少圖像引導的輻射劑量[9]。目前SGRT越來越多地用在頭部腫瘤的治療中，可減少CBCT掃描次數，降低額外輻射帶來的傷害[10]。

本研究結果表明，開放式面罩在各個維度上的擺位誤差均小于傳統的封閉式面罩，僅有Pitch方向差異不顯著，其他方向差異均顯著，分析原因為2種面罩在下頦處都做了塑形固定，限制了頭部的俯仰角度的運動。Moreira等[11]基于SGRT技術對開放式面罩擺位誤差的評估，在各個方向上均小于2 mm，與本研究結果一致，而且可以滿足顱腦立體定向放射外科（Stereotactic Radiosurgery，SRS）的治療精度要求[12-14]；對于需要非共面的特殊角度治療時[15-16]，光學表面監測系統可持續監測分次內的運動[17-18]，在精度方面，開放式面罩優于封閉式面罩[19]。基于SGRT技術下使用開放式面罩可以降低頭頸旋轉角度，減少系統誤差，指導臨床靶區外擴[20]，提高治療準確性[21]。Bland-Altman一致性評價散點圖可以直觀觀察在各個方向上絕大多數散點落在95%置信區間之內。由此可見，自制開放式面罩與傳統封閉式面罩的擺位誤差一致性良好，與Li等[22]研究顱內轉移瘤運用開放式面罩，采用光學表面引導的誤差和采用CBCT引導的誤差具有良好的相關性和一致性的結果相符，即開放式面罩是可以取代封閉式面罩作為顱腦放療的固定裝置[23]。

此外，SGRT作為輔助擺位方式，與傳統在身體上畫標記線的擺位方式相比，體位一致[24]，且更舒適[25]，患者擺位更快、更準確[26]。研究表明，患有輕度或中度幽閉恐懼且不能忍受傳統的全封閉面罩帶來的束縛感和恐懼感，但大多可以接受開放式面罩固定[27-28]。另外，在定位前需要提前告知患者面部表情管理相關事宜，做好宣教工作，如睜眼和閉眼的選擇等，原因為不同的面部表情會帶來不同的擺位誤差[29]。利用SGRT技術評價各種類型的開放式面罩與光學表面監測系統的兼容性，無論皮膚表面的大小如何，都具有較高的精度[30]，同時SGRT性能可靠且無輻射，不會增加頭部腫瘤放療患者的輻射劑量，且有助于監測頭部腫瘤放療分次內的靶區位置變化[31-32]。

4 結論

本研究自制開放式面罩從擺位精度和一致性方面給出量化分析數據，結果表明，開放式面罩在各個方向上的擺位誤差都優于傳統全封閉式面罩，滿足AlignRT光學表面監測系統使用要求，對擬將運用SGRT技術開展顱腦腫瘤放療有一定借鑒價值。