基于SGRT表面引导技术的自制开放式面罩在颅脑肿瘤放疗中的可行性研究

张扬帆，刘明，郑多林，聂弘

中国科学技术大学附属第一医院 离子医学中心（合肥离子医学中心） 临床物理技术科，安徽 合肥 230088

引言

图像引导放射治疗广泛应用于临床，其允许在治疗过程中测量肿瘤位置、大小和形状的变化，并进行调整，最大限度地提高放射治疗的几何精度、准确性以及靶区剂量，加强肿瘤控制率，同时对减少正常组织照射剂量，降低放疗后不良反应的发生率有积极意义[1-2]。

随着科技的进步，近年来，表面引导放疗技术（Surface Guided Radiation Therapy，SGRT）作为一种特殊的图像引导技术引入我国，其已被应用于多种治疗部位，如颅内肿瘤、头颈部肿瘤、乳腺癌、四肢肿瘤等[3]。SGRT能够减少初始摆位的不确定性，在治疗期间提供持续的监测，包括在非共面直线加速器机架角度的监测，并提供用于门控和屏气治疗技术的动态表面信息。SGRT是一种非电离辐射、无创伤、持续性的图像引导技术，采用特殊固定技术，可给予患者更大的舒适感，以此方式减少传统锥形束CT（Cone Beam CT，CBCT）图像引导带来的额外辐射，减少成像剂量，提高临床工作流程的速度、效率和安全性[4]。

使用SGRT技术需要暴露身体皮肤信息，AlignRT光学表面监测系统才能持续监测。传统的颅脑肿瘤放疗都是采用全封闭式面罩对患者头部进行固定，但存在旋转方向的摆位精度不高、患者舒适度不佳、宜发生呛咳窒息风险等问题。基于此，本研究旨在基于AlignRT系统，通过对传统封闭式面罩开窗改造，观察开放式面罩在颅内肿瘤放疗中的摆位误差，利用统计学方法评价摆位精度的一致性，以期评估自制开放式面罩在颅脑肿瘤放疗中的可行性。

1 资料与方法

1.1 临床资料

回顾性选取中国科学技术大学附属第一医院合肥离子医学中心2020年6月至2022年7月收治的20例已接受颅脑放疗患者，其中男性12例、女性8例，年龄30～81岁，中位年龄54岁，所有患者KPS评分＞70分，正式治疗前均签署放疗知情同意书。10例使用传统封闭式面罩固定（A组），10例使用自制开放式面罩（B组）。

1.2 仪器设备

AlignRT光学表面监控系统（Vision RT，英国）由3个吊装在直线加速器机房屋顶上的3个摄像头组成，Vital Beam直线加速器（Varian，美国），Eclipse15.6计划系统（Varian，美国），SOMATOM DefinitionAS 64层大孔径模拟CT定位机（西门子，德国），R460SHT封闭式面罩、R612放疗固定架、透明头枕均购自广州科莱瑞迪医疗器材股份有限公司，恒温水箱SP-1600D（WHITEHALL，美国）

1.3 开放式面罩的制作

在封闭式面罩中央，画一个5 cm×6 cm的矩形框，并沿该矩形框边沿裁剪，制作出开放式面罩（图1）。

图1 开放式面罩制作过程

1.4 定位方法

1.4.1 面罩的制作

恒温水箱预热至70℃，放入封闭式面罩或开放式面罩，水浴软化5 min，同时，患者仰卧于放疗固定架，选择合适的头枕，外置激光灯归零，使人体正中矢状线和激光灯重合，嘱患者闭眼，将软化完成的封闭式面罩扣于患者面部，并塑形脸部特征外轮廓。开放式面罩在软化好后，使其开孔下缘放置在鼻孔下缘，上缘放置在眉弓上缘两横指处，下颏和额顶部用凉毛巾冷敷，快速定型。

1.4.2 CT模拟定位

待面罩冷却定型后，确定CT定位等中心点：正中点位于矢状激光线与眉弓上缘两横指处轴位激光灯交叉点，两侧面位于耳廓前缘冠状面激光灯与轴位激光灯的交叉点，在3个十字交叉点上贴铅珠。行CT定位扫描，选择Head RT模式，管电压120 kV，设置自动毫安秒，3 mm层厚，视野500 mm，颅顶起始扫描，下颏皮肤结构包全，扫描结束。

1.5 数据采集

将患者的CT定位图像经网络传输到Varian Eclipse15.1 计划系统，由临床医生勾画临床靶体积（Clinical Target Volume，CTV）、计划靶体积（Planning Target Volume，PTV）和危及器官（Organs at Risk，OAR）。经物理师计划设计和优化后，治疗计划最终传至Varian Vital Beam直线加速器治疗。每天治疗前行CBCT图像引导扫描，扫描条件选择Head-Full Fan模式，管电压100 kV，管电流150 mAs，CBCT扫描结束后选择整个头颅断层为感兴趣区（Region of Interest，ROI），使用六维骨配准协议，进行CBCT图像与CT定位图像的融合匹配，所得到的六维移床数值即在线摆位误差，平移方向摆位误差用腹背（Vrt）、头脚（Lng）、左右（Lat）表示，旋转方向摆位误差用俯仰角（Pitch）、翻滚角（Roll）、偏转角（Rtn）表示，结合我中心临床经验，摆位容差为平移方向误差≤3 mm，旋转误差≤3°，若大于该数值则需要治疗师重新摆位[5]。所有摆位误差数据会自动记录在计划系统中，再通过计划系统的离线回顾功能导出数据，具体流程如图2所示。

图2 数据采集流程

1.6 统计学分析

数据导入GraphPad Prism 8.0.2统计绘图软件，所有计量资料采用±s表示，符合正态分布的数据采用组间配对t检验分析，否则采用非参数检验，检验水准为α=0.05；一致性检验使用Bland-Altman法进行评价。

2 结果

2.1 摆位误差结果

20例患者共进行了392次CBCT扫描，A组得到197次六维摆位数据，B组得到195组六维摆位误差数据，两组摆位误差在平移方向均≤3 mm，旋转方向均≤3°。B组在平移方向腹背（Vrt）、头脚（Lng）、左右（Lat）的摆位误差均显著低于A组（P＜0.05）；B组旋转方向俯仰角（Pitch）、翻滚角（Roll）、偏转角（Rtn）的摆位误差均低于A组，两组除Pitch方向差异不显著（P＞0.05），其余各方向均差异显著（P＜0.05），见表1。

表1 2种面罩六维方向摆位误差比较

2.2 一致性检验结果

图3为2种面罩的摆位误差在各个方向上的Bland-Altman一致性评价散点图，95%的置信区间内 在 Vrt、Lng、Lat、Pitch、Roll、Rtn方向上的数值分别为-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种面罩摆位误差差异的均值在Vrt、Lng、Lat方向均小于0.5 cm，在Pitch、Roll、Rtn方向上均小于1°，且绝大多数的散点落在了2条蓝色线以内，即95%可信区间内，说明2种面罩固定的摆位误差具有高度一致性，且临床应用中可接受该差异。

图3 各个方向的Bland-Altman一致性评价散点图

3 讨论

CBCT作为临床放射治疗图像引导的金标准[6]，是目前应用最广泛的图像引导技术，其可以提供患者的三维解剖结构信息，使放疗精度大大提高，提高临床疗效[7]。然而，CBCT扫描引起的辐射剂量需引起关注，大量的CBCT扫描次数可能导致患者继发性癌症的发生率显著增加[8]，尤其在儿童患者中，应尽可能地减少图像引导的辐射剂量[9]。目前SGRT越来越多地用在头部肿瘤的治疗中，可减少CBCT扫描次数，降低额外辐射带来的伤害[10]。

本研究结果表明，开放式面罩在各个维度上的摆位误差均小于传统的封闭式面罩，仅有Pitch方向差异不显著，其他方向差异均显著，分析原因为2种面罩在下颏处都做了塑形固定，限制了头部的俯仰角度的运动。Moreira等[11]基于SGRT技术对开放式面罩摆位误差的评估，在各个方向上均小于2 mm，与本研究结果一致，而且可以满足颅脑立体定向放射外科（Stereotactic Radiosurgery，SRS）的治疗精度要求[12-14]；对于需要非共面的特殊角度治疗时[15-16]，光学表面监测系统可持续监测分次内的运动[17-18]，在精度方面，开放式面罩优于封闭式面罩[19]。基于SGRT技术下使用开放式面罩可以降低头颈旋转角度，减少系统误差，指导临床靶区外扩[20]，提高治疗准确性[21]。Bland-Altman一致性评价散点图可以直观观察在各个方向上绝大多数散点落在95%置信区间之内。由此可见，自制开放式面罩与传统封闭式面罩的摆位误差一致性良好，与Li等[22]研究颅内转移瘤运用开放式面罩，采用光学表面引导的误差和采用CBCT引导的误差具有良好的相关性和一致性的结果相符，即开放式面罩是可以取代封闭式面罩作为颅脑放疗的固定装置[23]。

此外，SGRT作为辅助摆位方式，与传统在身体上画标记线的摆位方式相比，体位一致[24]，且更舒适[25]，患者摆位更快、更准确[26]。研究表明，患有轻度或中度幽闭恐惧且不能忍受传统的全封闭面罩带来的束缚感和恐惧感，但大多可以接受开放式面罩固定[27-28]。另外，在定位前需要提前告知患者面部表情管理相关事宜，做好宣教工作，如睁眼和闭眼的选择等，原因为不同的面部表情会带来不同的摆位误差[29]。利用SGRT技术评价各种类型的开放式面罩与光学表面监测系统的兼容性，无论皮肤表面的大小如何，都具有较高的精度[30]，同时SGRT性能可靠且无辐射，不会增加头部肿瘤放疗患者的辐射剂量，且有助于监测头部肿瘤放疗分次内的靶区位置变化[31-32]。

4 结论

本研究自制开放式面罩从摆位精度和一致性方面给出量化分析数据，结果表明，开放式面罩在各个方向上的摆位误差都优于传统全封闭式面罩，满足AlignRT光学表面监测系统使用要求，对拟将运用SGRT技术开展颅脑肿瘤放疗有一定借鉴价值。