光学表面监测系统在重度幽闭恐惧症患者头颈部放射治疗中的应用

敖义，郑祖安（通信作者），钟伟伟，郑言宏

华中科技大学同济医学院附属同济医院肿瘤科（湖北武汉 430030）

放射治疗为头颈部肿瘤的主要治疗手段，目前，临床主要开展的精确放射治疗技术为调强放射治疗（intensity modulated radiation therapy，IMRT），其以精确的体位固定为基础，采用多种固定结合方式进行体位固定，可提高固定精度[1]。对于头颈部肿瘤，临床通常采用发泡胶个体化头枕联合头颈肩热塑面罩固定，该固定方式有较好的密闭性，可有效减小患者头部位移，但对于患有重度幽闭恐惧症的特殊患者，在接受该固定方式时表现出强烈的抗拒和不适状态，难以坚持行放射治疗[2]。随着放射治疗技术的发展，新技术的应用有效提高了放射治疗精度。光学表面监测系统（optical surface monitoring system，OSMS）作为一种通过光学表面成像并可实时监控、无辐射的新型放射治疗技术，可通过摄像机投影将光学信号直接覆盖到皮肤表面，获得一个无创伤的图像引导模式，其在患者位置和运动监测研究方面的应用已有初步的临床报道[3-6]。基于此，本研究拟使用OSMS 辅助监测帮助患重度幽闭恐惧症的头颈部肿瘤患者解决在放射治疗中体位固定的难题，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2019年6—11月于华中科技大学同济医学院附属同济医院行放射治疗的4例患重度幽闭恐惧症的头颈部肿瘤患者，均为男性，年龄50～59岁，其中腮腺肿瘤2例，头部肿瘤2例。

1.2 相关设备

医用直线加速器机载锥形束CT（cone-beam CT，CBCT）和MV影像系统（美国Varian，EDGE）；光学表面监测系统（美国Varian，OSMS），每次使用前均会接受日检（DAILY QA），误差精度＜3 mm；CT模拟定位机（荷兰Philips，Brilliance）；治疗计划系统（瑞典Elekta，Monaco）。

1.3 治疗摆位流程

将颅脑模体作为治疗目标，采用头颈肩固定架联合发泡胶垫固定，通过三维激光定位系统在模体表面标记治疗中心，通过CT 模拟定位机扫描获取定位图像，传入Monaco 计划系统制作放射治疗计划，通过Mosaiq 治疗系统与EDGE 加速器连接执行治疗计划；将加速器机架角设至0°，通过激光定位装置和颅脑模体面部标记线进行治疗摆位，再使用OSMS 采集患者面部表面影像，勾画监测区域——感兴趣区（region of interest，ROI），通过CBCT 系统扫描获取摆位误差并校正，随后在OSMS 中重新勾画校正摆位误差后的ROI，并将其作为监测患者治疗摆位及治疗分次内摆位中心偏移误差新的OSMS 参考影像；通过颅脑模体验证后，开始对4例头颈部放射治疗患者展开应用，首先通过OSMS 获取的患者面部ROI 辅助监测治疗摆位，然后通过CBCT 验证摆位误差，对误差值进行六维校正并获取新的OSMS 监测ROI，治疗中观察OSMS 校正后的残余误差值以及治疗中患者的体位变化情况（图1）。

图1 重度幽闭恐惧症患者在OSMS 监测下进行头颈部放射治疗

1.4 统计学处理

采用SPSS 22.0统计软件对数据进行分析，计量资料以表示，采用配对t检验或秩和检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 颅脑模体随机摆位OSMS 与CBCT 验证误差比较

通过颅脑模体模拟随机摆位7次，获取OSMS与CBCT 对比数据7组，结果显示，OSMS 与CBCT在X、Y 轴的旋转误差比较，差异均有统计学意义（P＜0.05）；OSMS 与CBCT 在X、Y、Z 轴的平移误差及Z 轴的旋转误差比较，差异均无统计学意义（P＞0.05），见表1。

表1 颅脑模体随机摆位OSMS 与CBCT 验证误差比较（n=7）

2.2 4例患者治疗前的OSMS 与CBCT 验证摆位误差比较

4例患者均使用OSMS 辅助摆位记录误差监测与CBCT 扫描验证误差，共获取对比误差值数据20组，治疗前的结果显示，OSMS 与CBCT 在X、Y、Z 轴的平移误差及旋转误差比较，差异均无统计学意义（P＞0.05），见表2。

表2 4例患者治疗前的OSMS 与CBCT 验证摆位误差比较（n=20）

2.3 4例患者经CBCT 校正摆位误差后OSMS 残余监测值（A 组）与治疗前OSMS 实际监测值（B 组）比较

记录4例患者经CBCT 校正摆位误差后OSMS残余监测值（A组）与治疗前OSMS实际监测值（B组），共获取误差值数据20组，结果显示，A 组与B 组在X、Y、Z 轴的平移误差及旋转误差比较，差异均无统计学意义（P＞0.05），见表3。

表3 4例患者经CBCT 校正摆位误差后OSMS残余监测值（A 组）与治疗前OSMS实际监测值（B 组）比较（n=20）

3 讨论

由于头颈部重要器官较多，对放射剂量的耐受性较低，因此，在行头颈部放射治疗时对靶区精度的要求更高，在选择体位固定装置时多偏向于刚性的密闭结构。但是，部分患幽闭恐惧症的患者在狭小及密闭空间下容易出现焦躁、不适、恐惧等心理症状，在对此类患者进行放射治疗模拟定位时，定位治疗师先会进行一系列的心理干预帮助患者更快地放松并适应现有环境，但一般成人患者的主观意识较强，导致心理干预难度增大，最终决定放弃标准的固定方式。有研究利用新型图像引导技术OSMS 辅助定位，结果发现OSMS 具有可靠性，不会增加患者放射治疗过程中的辐射剂量，可用于监测头颈部肿瘤分次内的靶区位置的变化[7]。

OSMS主要通过采集表面轮廓变化监测位移误差，但对环境光学的要求较高，会出现一定的计算偏差，当机架角旋转至±（30～90）°时，由于其中一台摄像机被遮挡，会造成0.1～0.5 mm的位移误差[8]。在使用颅脑模体模拟患者使用OSMS辅助摆位时，发现CBCT与OSMS在X、Y、Z轴的平移误差一致性很高，如靳怀志等[9]和张白霖等[10]使用模体监测OSMS与CBCT误差值，在位移小于10 mm/1°时，两者的最大平移误差为0.6 mm，最大旋转误差为0.3°。本研究在行颅脑模体测试中，发现CBCT与OSMS在X、Y、Z轴的平移误差的平均差异低于3 mm，旋转误差的平均差异在0.2°～0.3°，与上述研究结果相似；但统计学结果显示，CBCT与OSMS在X、Y轴的旋转误差比较均有显著性差异，表明在出现角度旋转时，会对表面光学影像信息的监测和采集造成一定的干扰。付秀根等[11]的研究以1°为阈值，发现OSMS高估了X、Y轴的旋转误差，因此，在使用OSMS监测治疗时每周应利用CBCT校正患者的OSMS精度，通常在利用CBCT验证摆位误差后，若误差值与OSMS监测值出现反向偏差或同向差异值过大，在校正完摆位误差后会重新采集机架角为0°时的患者面部表面ROI作为新的监测参考影像。

本研究通过对比患者治疗前OSMS 监测误差与CBCT 验证摆位误差，发现两者无显著性差异，证实了OSMS 监控患者面部表面位移误差的可靠性。有研究报道，在头颈部放射治疗中，应将靶区边缘线性误差控制在3 mm 以内，而旋转误差控制在2°以内[12]。本研究通过对患者使用OSMS 监测辅助摆位后通过CBCT 影像系统验证摆位误差，发现两者在X、Y、Z 轴的线性误差平均值小于1 mm，旋转误差平均值小于1°，误差结果控制在头颈部肿瘤靶区边缘误差控制范围内，表明OSMS 可有效监测重度幽闭恐惧症患者头颈部放射治疗的摆位精度。但由于患者在治疗中对比颅脑模体存在更多的灵活性，通常会担心其在无束缚固定的情况下容易出现不自主的运动，进而增加分次间误差，然而本研究通过观察患者OSMS 残余监测值和OSMS 实际监测值，发现利用CBCT 校正过系统误差后，治疗中使用OSMS 监测在三维平移和旋转方向上均未出现明显偏移误差，并且平移误差监测值均未超过1 mm，旋转误差未超过1°，原因可能在于发泡胶个体化头枕仍有一定的支撑和固定性，如有研究报道，发泡胶个体化头枕对患者的头颈部包裹性好，可有效减小Y 轴方向上的平移误差和旋转误差[13-14]；同时，OSMS 的使用增加了对头颈部的约束性，可帮助提高和稳固重度幽闭恐惧症患者的头颈部放射治疗精度。

综上所述，OSMS 可解决重症幽闭恐惧症患者头颈部放射治疗时的体位固定难题，同时结合CBCT 影像验证系统可确保患者放射治疗精度。