鼻咽癌放疗中T形口腔固定器的研制及其摆位误差和剂量影响研究

丘敏敏，徐圆，钟嘉健，邓永锦，周凌宏

1.南方医科大学生物医学工程学院，广东广州510515；2.中山大学附属第一医院放射治疗科，广东广州510080

前言

鼻咽癌调强放疗已经得到广泛应用，精确的体位固定技术是调强放疗技术实现精准治疗的基础［1-3］。目前头颈部的固定装置主要是热塑膜，不少研究显示单纯热塑膜面罩固定的头颈部肿瘤仍有3～5 mm的误差［4-6］。头颈部类似圆柱状，头颈部尤其是颈部表面轮廓与热塑膜没有固定点，在治疗过程中，旋转误差很难控制，颈椎的灵活性使颈部固定精度比头部更低。本文在常规热塑膜基础上，加入自制T 形口腔固定器，结合应用图像引导放射治疗（Image Guided Radiotherapy, IGRT）的 锥 形 束CT（Cone Beam CT, CBCT），分别对头部以及颈部的固定效果进行定量分析，并计算分析其导致的靶区和危及器官剂量覆盖变化，对固定器提高颈部固定的获益进行研究和分析。

1 材料与方法

1.1 临床资料

选取2018年5月～2019年2月期间在中山大学附属第一医院放疗科进行治疗的鼻咽癌患者40例，随机分成A、B两组，A组采用常规热塑膜固定，B组在A组固定的基础上加入自制T形口腔固定器固定。A组患者男16 例、女4 例，年龄23～68 岁，中位年龄48 岁，分期T1-4N1-2M0；B组患者男15例、女5例，年龄27～61岁，中位年龄47岁，分期T1-4N1-2M0。两组患者一般临床资料无明显差异。所有患者充分了解治疗及数据采集过程，同意参与数据采集，并均签署知情同意书。

1.2 体位固定

1.2.1 自制T 形口腔固定器制作将补偿膜（没有打孔的热塑膜材料）放在70 ℃的恒温水箱中泡软，裁剪成长5 cm、宽2 cm 的矩形。在3 cm 处将矩形折成直角，接下来在2 cm 这边每0.5 cm 对折一次。注意对折过程中挤出气泡。冷却定形。T 形口腔固定器设计如图1a所示，实物如图1b所示。

1.2.2 常规热塑膜固定将真空垫置于一体化碳素板上，患者舒适地平躺于真空垫上，患者头部、颈部及整个后背与真空垫贴合。热塑膜放在恒温水箱浸泡至透明，快速沥干水分后放于患者头颈肩部。均匀拉膜并扣好固定扣。轻按患者眼窝、鼻梁、下颌、锁骨窝等部位，使热塑膜尽量与患者体表贴合，避免产生虚位。

1.2.3 热塑膜联合自制T 形口腔固定器固定真空垫和热塑膜的固定过程与常规热塑膜组相同，只是在制作热塑膜时让患者轻轻张开嘴，将自制T形口腔固定器与热塑膜一起塞进患者口腔，让患者轻轻咬住，在热塑膜上形成齿痕如图1c 所示。深度以患者舒适为宜，一般为1.5～2.0 cm。轻压热塑膜使之与体表贴合。热塑膜联合自制T 形口腔固定器固定最终固定效果如图1d所示。治疗时，重复上述方法，使热塑膜与患者面部轮廓吻合，找到齿痕轻轻咬住，再两侧同时扣下固定扣。

图1 T形口腔固定器Fig.1 T-shaped oral fixator

1.3 CT扫描及计划设计

在Philips Big-Bore Brilliance16排大孔径螺旋CT模拟定位机下进行头颈部CT扫描，层厚3 mm，FOV600 mm，平扫加增强扫描。平扫电压电流分别为140 kV/250 mAs，增强扫描为120 kV/300 mAs，扫描范围为额窦上缘至锁骨关节下3 cm。CT 图像通过Aria 局域网传输至Eclipse治疗计划系统进行靶区勾画和计划设计。所有患者均为初程根治性放疗，剂量为68.10～70.06 Gy/30～33次。所有患者在Varian Novalis TX直线加速器上治疗。

1.4 配准图像采集及误差记录

运用加速器自带OBI系统，每周进行一次CBCT图像采集。CBCT图像与定位CT图像配准，采用骨性标记的自动刚性配准。对首次摆位的图像进行回顾性分析。头部和颈部的摆位误差通过设置2种不同的配准范围，可分别获得头部和颈部的平移误差与旋转误差。本研究只考虑误差绝对值，不考虑误差方向。患者左右、头脚、前后方向的平移误差分别用Lat、Lng、Vrt表示；患者冠状面（Coronal）、矢状面（Sagittal）、横断面（Transverse）的旋转误差分别用Cor、Sag、Tra表示。头部以及颈部的配准框如图2所示。头部配准框：左右方向为两耳外缘，头脚方向为眼眶下缘至颅底，前后方向为鼻尖处至枕骨后缘。颈部配准框：头脚方向为颅底至第7颈椎中间，其余方向与头部范围相同。由于治疗床不支持六维移动，且每次治疗只能按一个误差值进行位置校正，所以，权衡头部和颈部误差，实际治疗中仅执行一个三维的平移误差值，此为整体误差。

图2 头部和颈部配准框示意图Fig.2 Scope of image registration forheadandneck

1.5 剂量覆盖变化及记录

实际治疗中每次只能执行一个移床值，本研究用整体误差表示，整体误差通过权衡头部和颈部误差得到，且治疗床不支持六维移动，所以仅做三维配准。将每例患者的治疗计划完全不作变化地拷贝到计划系统中，仅根据误差值调整中心点，重新计算得到包含摆位误差的模拟计划。通过比较模拟计划与原始计划的DVH 图，获得靶区和危及器官剂量变化情况，读取数据包括，靶区：肿瘤靶区（Gross Target Volume, GTV）、鼻咽大体肿瘤（GTVnx）和颈部大体肿瘤（GTVnd）的98%体积剂量D98%；临床靶区（Clinical Target Volume, CTV）、高危亚临床靶区（CTV1）和低危亚临床靶区（CTV2）的95%体积剂量D95%。危及器官：脑干（Brain Stem）的1%体积剂量D1%；脊髓（Spinal Cord）、左右腮腺（Parotid）、左右晶体（Lens）的50%的体积剂量D50%。与原始计划对比，得到剂量学变化，以百分比形式表示。体积剂量百分比=（模拟计划剂量-原始计划剂量）/原始计划剂量×100%。

1.6 统计学方法

运用SPSS 19.0统计软件进行数据分析。对于摆位误差，采用平移误差和旋转误差的绝对值，而体积剂量百分比，正数代表与原始计划对比，模拟计划剂量增加，负数反之。不符合正态分布的计量资料采用m（Q1,Q3）表示，采用Wilcoxon秩和检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

40 例患者总共进行261 次CBCT，其中常规热塑膜固定（A 组）133 次，热塑膜联合自制T 形口腔固定器固定（B组）128次。

2.1 平移和旋转误差结果

平移误差结果：A、B 两组比较，平移误差相差不大，其中，头部的Lat 方向（P=0.02）及颈部Vrt 方向（P=0.02）具有统计学差异。如表1所示。

旋转误差结果：无论头部还是颈部，B 组旋转误差明显减少，全部方向（Cor、Sag、Tra）差异具有统计学意义（P均＜0.01），如表2所示。

旋转误差分布：头部误差全部在3°以内，其中A组≤2°的误差，Cor、Sag、Tra 3 个方向分别占99.3%、97.8%、96.2%；B 组占99.1%、99.2%、100.0%。颈部旋转误差比头部大，且A 组大于B 组。其中，A 组≤2°的误差，Cor、Sag、Tra 3 个方向分别占88.7%、83.4%、80.5%；B 组占98.4%、95.3%、96.9%。A 组最大旋转误差达到6°。如表3所示。

2.2 整体误差对体积剂量影响的结果

整体误差结果：两组整体误差相差不大，如表4所示。误差对靶区体积剂量影响：两组模拟计划的靶区剂量都减少，其中B 组减少量明显小于A 组,GTVnx-D98%、GTVnd-D98%、CTV1-D95%、CTV2-D95%全部具有统计学意义（P均＜0.01），如表5所示。

表1 平移误差的统计结果（mm）Tab.1 Descriptive statistics of linear errors in two groups(mm)

表2 旋转误差的统计结果（°）Tab.2 Descriptive statistics of rotation errors in two groups(°)

表3 旋转误差分布情况统计（%）Tab.3 Frequency of rotation errors in two groups(%)

表4 整体平移误差的统计描述（mm）Tab.4 Descriptive statistics of overall linear errors(mm)

误差对危及器官体积剂量影响：危及器官体积剂量百分比变化不一，如表6所示。

靶区体积剂量百分比分布：靶区体积剂量绝大部分减少，A 组剂量变化较大，甚至GTVnd-D98%减少11%，而B组剂量变化范围明显变小，全部在5%范围内。其中，A 组的GTVnx-D98%、GTVnd-D98%、CTV1-D95%、CTV2-D95%在±3%内占87.5%、88.3%、98.5%、98.5%；B组占100%、96.8%、100%、100%，如表7所示。

3 讨论

调强放射治疗技术在保证肿瘤覆盖率的同时，可以有效地保护周边正常器官。由于其高度适形，靶区边缘剂量陡峭，对摆位精度提出了更高的要求［7-10］。目前头颈部的固定装置主要是热塑膜，迟锋等［11］研究发现采用热塑膜固定，有的患者平移误差在Lat 和Lng 方向高达5 mm。Schubert 等［12］侧重旋转误差，指出头颈部肿瘤旋转误差比体部肿瘤更明显。Astreinidou 等［13］，Sun 等［14］发现旋转误差在1°范围内对剂量分布影响不大。Gutfeld 等［15］则发现大于2°的旋转误差会使靶区剂量发生3%～5%的变化。ICRU24［16］号报告指出，靶区照射剂量偏离5%可能造成原发灶失控或并发症增加，故认为大于2°的旋转误差是需要校正的。

表5 靶区剂量变化百分比的统计描述（%）Tab.5 Descriptive statistics for percentage of gross target volume dose(%)

表6 危及器官体积剂量百分比的统计描述（%）Tab.6 Descriptive statistics for percentage of organs at risk dose(%)

表7 两组靶区体积剂量百分比分布情况统计（%）Tab.7 Frequency for percentage of gross target volume dose in two groups(%)

本研究中，两组平移误差相差不大，但旋转误差减少明显且具有统计学意义。其中头部≤1°的旋转误差分别从82%、85%、74.4%提高到86.7%、95.3%、85.2%。颈部误差减少更加明显，≤1°的误差比例从58.6%、49.6%、48.1%提高到78.9%、74.2%、68.8%。分析可能的原因：头颈部类似圆柱状，传统热塑膜没有固定点，加上颈椎自身的灵活性，传统热塑膜没有受力点，颈部旋转误差甚至超过3°［17-18］。而本研究中T形口腔固定器与热塑膜融合，患者咬住口腔固定器在热塑膜上形成齿印，形成相对稳定的结构，摆位过程中身体和肩膀贴合真空垫和面罩，位置相对稳定，那么处于中间的颈部移动被限制，颈部弯曲度和旋转度相对减少，否则患者会出现不适会主动要求调整，从而减少摆位误差。误差减少在靶区剂量分布上得到体现。对于靶区体积剂量百分比，GTVnx-D98%、GTVnd-D98%、CTV1-D95%、CTV2-D95%变化≤±3%，A组为87.5%、88.3%、98.5%、98.5%，B组为100%、96.8%、100%、100%，且全部具有统计学意义（P均＜0.01）。

本研究热塑膜联合自制T 形口腔固定器固定，T字横边长度使口腔固定器与热塑膜可以卡住，贴合程度较高，不易脱落，又不会增加患者不适。自制T形口腔固定器采用无孔热塑膜材料制作，对剂量分布无影响，且体积小，用料少，制作成本低。相较于牙胶，患者舒适度更好，重复性更高，价格更便宜。然而，依旧有小比例旋转误差大于2°，但本研究未配有六维治疗床，只能图像配准不能对旋转误差进行校正，旋转误差对靶区剂量存在一定影响。另外，本研究依靠患者门齿使口腔固定器与热塑膜形成齿印，对于门齿缺失或者咬合功能有障碍的患者不适用。在临床应用中发现，定位时患者普遍存在紧张心理，需要详细解释定位过程，将口腔固定器给患者试咬住，提前适应，以达到预期的固定效果。

基于以上研究，相较于单纯常规热塑膜固定，联合自制T形口腔固定器固定增加口腔内固定点，与热塑膜形成连接，可有效提高鼻咽癌的体位固定精度减少摆位误差，尤其旋转误差得到有效控制，保障调强放疗的疗效，且T形口腔固定器制作简单，成本低廉，使用方便，治疗摆位操作简便，可在临床中推广应用。