Fraxion系统与热塑膜固定在脑恶性肿瘤放疗中的摆位误差比较

陈洋，王绍波，鲁仁财，王思宇，李浚利，郑虹，谢耩，侯黎

昆明理工大学附属医院/云南省第一人民医院 a.PET-CT中心；b.肿瘤内科，云南 昆明 650500

引言

立体定向放射治疗（Stereotactic Radiotherapy，SRT）是杀灭脑恶性肿瘤细胞的常用方案[1]。然而，相较于其他放疗部位，脑肿瘤周围的正常组织更为重要，因此需要对头部进行精准定位，以减少放射线对危及器官和组织造成的损伤[2]。若要实现精准定位，就必须选择合适的头部固定装置。传统的SRT 固定装置多为有创有框固定装置，虽能保证固定精度，但增加了患者出血感染的风险，且框架的不相适性也为治疗带来了困难[3-4]。Fraxion 系统作为一种新型的无创无框固定装置，将面罩膜、牙垫、头枕结合使用，在保证精准度的同时，还避免了有创和有框产生的弊端。目前，国内对Fraxion 系统的研究尚少，且多数研究为该系统在放疗应用中的单独分析，未与其他固定装置比较精度上的差异[5]。本研究拟将Fraxion 系统与热塑膜固定进行精度比较，为头部放疗固定方式的选择和优化提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2018年1月至2022年9月在我院肿瘤内科行放射治疗的脑恶性肿瘤患者为研究对象。患者均根据自身的治疗情况自愿选择合适的头部固定方式，并签署放疗知情同意书。纳入标准：① 经病理活检和影像学检查，证实为脑恶性肿瘤；② 选择放射治疗；③ 有完整的临床资料；④ 卡氏评分＞70。排除标准：① 未调取完整的放疗计划；② 未能完成放疗。本研究已经本院医学伦理委员会审批通过（批准文号：KHLL2023-KY017），且严格遵守《赫尔辛基宣言》。

入组的92 例患者中，脑胶质母细胞瘤2 例，脑星形细胞瘤2 例，肺癌脑转移70 例，乳腺癌脑转移9 例，子宫颈癌脑转移2 例，黑色素瘤脑转移2 例，食管癌脑转移2 例，肾癌脑转移1 例，直肠癌脑转移1 例，结肠癌脑转移1 例。32 例行Fraxion 系统固定设为Fraxion系统组，60 例行热塑膜固定设为热塑膜组。Fraxion 系统组患者男性12 例，女性20 例，年龄40～90 岁（中位年龄60.50 岁），平均年龄（62.00±11.35）岁，单次放疗剂量600～2400 cGy，放疗次数1～8 次；热塑膜组患者男性40 例，女性20 例，年龄44～81 岁（中位年龄58.50 岁），平均年龄（58.13±9.09）岁，单次放疗剂量130～500 cGy，放疗次数5～32 次。

1.2 设备

研究采用的设备有：Fraxion 系统固定装置（Elekta公司，瑞典）；头颈肩热塑膜（Klarity 公司）；CT 模拟定位机（Toshiba 公司，日本）；Versa HD 直线加速器（Elekta公司，瑞典）；加速器自带锥形束CT 扫描机；Monaco 放疗计划系统；BodyFIX 真空塑形枕（Elekta 公司，瑞典）。

1.3 Fraxion系统固定过程

固定前根据患者口齿的咬合形态制作牙垫，并预先让患者仰卧在BodyFIX 真空塑形枕上，通过在BodyFIX系统上调试压力，达到真空枕与患者脑枕部紧密贴合的效果。患者在物理师的指导下充分咬合牙垫，贴合枕头，最后将头部热塑面罩贴合在患者面部，通过卡扣连接在Fraxion 系统的框架两侧，完成固定（图1）。

图1 Fraxion系统固定示意图

1.4 头颈肩热塑膜固定过程

在模拟机床上令患者仰卧于模拟机床的靠近中央位置，双手抱头，保证三维纵轴与体架中线重合。使恒温水箱保持水温83℃，将头颈肩热塑膜置于水箱中。5 min 后头颈肩热塑膜接近透明状且呈软化状态后取出，再将热塑膜迅速平铺在患者头面部，扣上卡扣，进行贴合。让患者保持平静规律呼吸，保证塑形过程中紧密贴合皮肤。待头颈肩热塑膜冷却成型后将其取下，在前额、鼻、双耳侧标注患者的体表标识，最后注明患者的个人信息和日期（图2）。

图2 头颈肩热塑膜固定示意图

1.5 误差测量

行模拟定位CT 扫描（扫描范围为顶骨到第二颈椎，层厚为3 mm），将图像导入放射治疗计划系统，物理师根据实际病情勾画靶区并完成计划验证。对Fraxion系统组患者每次治疗前进行锥形束容积断层成像技术（Cone Beam Volumetrie Computed Tomography，CBCT）扫描，共扫描174 次。对热塑膜组患者每周进行一次CBCT 扫描，共扫描241 次。患者体位的左右方向定为X 轴，头脚方向定为Y 轴，前后方向定为Z 轴，将CBCT 图像与模拟定位CT 图像进行对比，得出X、Y、Z 轴3 个方向的摆位误差。

1.6 统计学分析

采用Excel 2016 和SPSS 23.0 软件对研究数据进行分析。计量资料以±s表示，采用独立样本t检验；计数资料以n（%）表示，采用χ2检验。P＜0.05 为差异有统计学意义。3D 矢量位移应用公式计算[6]，其中dx，dy，dz分别代表在笛卡尔坐标系X 轴、Y 轴、Z 轴上的位移。外扩边界（Margin of Planning Target Volume，MPTV）[7]根据公式MPTV=2.5∑+0.7σ计算，其中∑为所有患者系统摆位误差的标准差，σ为所有患者每次摆位随机误差的标准差。

2 结果

2.1 2种固定方式各类误差的分布情况

2 组患者中，Fraxion 系统组在X、Y、Z 轴3 个方向上的摆位误差值均小于2 mm，优于热塑膜组，见表1。

表1 2组各误差的分布情况[n（%），次]

2.2 线性摆位误差比较

2 组在3 个方向上的摆位误差和3D 矢量位移差异均具有统计学意义（P＜0.001），具体数据如表2所示，结果显示Fraxion 系统组的各类误差值均明显小于热塑膜组。

表2 2组不同固定装置的线性误差（±s，mm）

表2 2组不同固定装置的线性误差（±s，mm）

注：d为3D矢量位移。

方向 Fraxion系统组（n=32）热塑膜组（n=60）t值P值X轴0.79±0.451.60±1.00 -11.157＜0.001 Y轴0.82±0.461.77±1.07 -12.263 ＜0.001 Z轴0.62±0.371.88±1.05 -17.217 ＜0.001 d1.42±0.453.13±1.62 -15.593 ＜0.001

2.3 各类误差及计划靶区的MPTV在两类固定装置中的比较

Fraxion 系统组在各方向的系统误差、随机误差及计划靶区（Planning Target Volume，PTV）的MPTV 均小于热塑膜组，见表3。

表3 2组间各类误差及PTV的MPTV（mm）

2.4 患者分次间误差的变化趋势

对测量误差次数≥5 的患者进行分次间摆位误差的变化趋势分析，热塑膜组患者的第1 次各方向摆位误差数据与后5 次数据相比差异均具有统计学意义（P＜0.05），Fraxion 系统组仅在第5 次、第6 次的X 轴方向摆位误差与第1 次相比差异具有统计学意义，见表4。

表4 2组间分次间摆位误差（±s，mm）

表4 2组间分次间摆位误差（±s，mm）

注：a为P＜0.05；b为P＜0.01；c为P＜0.001。

分组X轴Y轴Z轴Fraxion系统组第1次0.62±0.36 0.90±0.480.62±0.35第2次0.69±0.44 0.79±0.480.48±0.32第3次0.74±0.41 0.75±0.450.58±0.32第4次0.67±0.47 0.81±0.480.65±0.37第5次1.04±0.45c 0.88±0.450.53±0.35第6次0.89±0.46a 0.74±0.440.64±0.36热塑膜组第1次0.40±0.20 0.55±0.290.57±0.45第2次1.08±0.80a 0.86±0.39a1.22±0.84a第3次1.52±0.82c 1.90±0.93c1.90±0.90c第4次2.21±0.70c 2.05±0.61c2.32±0.78c第5次2.58±0.67c 2.60±0.80c2.74±0.64c第6次3.21±0.96c 3.01±1.61c3.16±1.36c

3 讨论

放疗或一些联合放疗的手段绝对禁忌证较少，应用范围广泛，对于头颈部肿瘤疗效显著，因此，放疗被作为最常用的治疗手段。在脑恶性肿瘤的放疗过程中，为了保证患者的最大治愈率和生存率，要尽可能减少对病变周围正常组织的照射[8]。SRT 具有剂量集中、照射精准的优势，往往被用于头部放疗中[9-10]。由于该技术对照射精度要求较高，需对病灶进行精准定位，因此，体位固定作为放疗的首要环节，对于能否实现精准定位至关重要[11]。但在实际临床工作中，患者体型的差异、病变位置的特殊性以及患者与定位框架不相适等均会影响患者在治疗前后体位的一致性[12]。因此，对于固定装置的选择，必须进行科学合理的决策。

放疗体位固定装置的评估主要在于精准度的比较，摆位误差是比较精准度的一项重要指标。摆位误差包括系统误差和随机误差，系统误差主要是由仪器等因素产生，随机误差则主要由患者本身引起[13]。本研究的误差数据结果显示，头部固定的患者使用Fraxion系统组的X、Y、Z轴上的线性摆位误差均小于热塑膜组，系统误差和随机误差也均小于热塑膜组。He等[14]对28例使用Fraxion系统与36例使用热塑膜的颅内肿瘤患者进行了摆位误分析，结果显示Fraxion系统的线性摆位误差和3D矢量位移分别为（0.82±0.69）、（0.71±0.69）、（0.71±0.68）、（1.47±0.62）mm；热塑膜对应的线性摆位误差和3D矢量位移分别为（1.39±1.05）、（1.59±1.13）、（1.73±1.26）、（3.03±1.38）mm；Fraxion系统与热塑膜在X、Y、Z轴的PTV的MPTV分别为1.26、1.36、1.23 mm和2.19、2.67、2.33 mm。该数据除PTV的MPTV外均与本研究结果相似，在PTV的MPTV方面存在差异的原因可能与装置本身、操作流程误差有关[15]。该数据也说明本研究中采用的Fraxion系统基本达到了预期的效果，但热塑膜组个别患者误差值较大，X、Y、Z轴上的线性摆位误差分别有2例次、1例次、1例次＞5 mm，经过分析和回顾实验过程，推测可能的原因包括：① 在热塑膜组中，由于患者存在不同体型的差异，贴合性的欠缺导致舒适度有所下降，造成患者体位变动；② 由于热塑膜在贴合过程中温度过高引起患者不适，部分患者出现了难以克服的心理障碍，从而出现不配合扫描的现象；③ 吴彬[16]发现热塑膜虽然正常情况下会在10 min内完成塑形，但仍有个别案例会在20 min内出现不同程度的形状改变，从而造成后续使用的治疗过程中出现误差偏大的可能。若将热塑膜的冷却时间延长至30 min将有助于改善热塑膜变形的问题。总体上，Fraxion系统固定效果优于热塑膜，有效降低了摆位误差，主要原因包括：① Fraxion系统通过制作牙垫加头枕的固定方式更加牢靠[17]；② Fraxion系统避免了因热塑膜过热产生的缺陷，可使患者更好地保持扫描体位，减少活动次数；③ 使用Fraxion系统时，准备工作较多，为心理素质较差的患者提供了充足的心理调整时间。本研究在前者研究的基础上加入了分次间误差统计，测量误差次数≥5次的Fraxion系统组患者有24例 （5次6例、6次8例、7次5例、8次5例），热塑膜组患者有11例（5次3例、6次7例、7次1例）。由于热塑膜组进行7次的患者为1例，8次为0例，无法计算标准差，所以仅与Fraxion系统组进行前6次的比较。结果表明，热塑膜组各方向线性误差随着放疗次数的增加而增大，而Fraxion系统组并无明显增大趋势，说明在多次放疗中，Fraxion系统比热塑膜具有更好的重复性。造成该区别的原因可能有：① 患者在治疗过程中不可避免地出现水肿或消瘦的情况[18]，单一采用热塑膜会由于定型难以调适，Fraxion系统则包含牙垫及头枕，可针对大小进行微调；② 多次放疗后，热塑膜上的标识线会变模糊，不利于定位；③ Fraxion系统组患者每次治疗前均进行一次CBCT扫描，有效减少了分次间摆位误差[19-20]。

本研究存在一定的局限性：① 本研究样本量较小；② 因设备和技术条件限制，未能测得旋转误差及分次内摆位误差。总之，多中心大样本量前瞻性研究以及更多不同固定技术之间的比较研究有助于进一步筛选和优化放疗计划，为选择合适的头部放疗固定技术提供依据。

4 结论

Fraxion 系统作为新型头部放疗固定装置，相较于热塑膜具有分次剂量大、摆位误差低、重复性好等优点，可提高放疗的准确性，能更好地保护脑周围的正常组织和器官，对于脑恶性肿瘤的SRT 而言，具有重要的临床价值。