吴何苟，钟鹤立，张光伟，刘剑锋，杨俊国，苏小慧
深圳市人民医院（暨南大学第二临床医学院，南方科技大学第一附属医院） 肿瘤放疗科，广东 深圳 518020
在胸部肿瘤放疗中，呼吸运动是引起靶区位移的主要原因[1]。为减小呼吸运动对放射治疗精度的影响，临床上使用包括腹部加压、实时位置管理（Realtime Package Manager，RPM）、深吸气屏气（Deep Inspiration Breath Holding，DIBH）等方法，腹部加压多用于限制腹部呼吸运动，RPM通过4D-CT扫描后挑选呼吸运动幅度较小的时相进行出束治疗，这2种方法仍受到呼吸运动影响[2]。DIBH则让患者深吸气后屏住呼吸，患者处于暂时无呼吸运动的静止状态，从而最大程度消除呼吸运动带来的影响。DIBH实现方式包括基于气量控制的主动呼吸控制（Active Breathing Control，ABC）方式和基于光学表面成像（Optical Surface Imaging，OSI）技术的表面图像引导方式，ABC方式通过吸气量来保证分次间重复性，但其对呼吸方式不敏感，而基于OSI技术引导DIBH放疗，能在不增加辐射剂量的基础上对DIBH进行全程实时表面监测，患者吸气后屏气的重复性得以提高[3-4]，为DIBH放疗的高质量实施提供了有力保证，患者的心脏及肺部辐射受量得以减少[5-6]。目前临床应用较多的光学表面引导技术有光学表面监测系统（Optical Surface Monitoring System，OSMS）[7]与Catalyst[8]2种。光学表面引导DIBH放疗，在加速器治疗环节均需要专门光学设备实现摆位和实时放疗监测，但在CT模拟定位环节对设备的要求却有不同，通过OSMS引导DIBH放疗在CT模拟定位环节无须专门光学设备，而通过Catalyst引导则需要对应的CT端光学设备Sentinel。这种设备上的不同以及由此产生定位流程的不同，可能对后续锥形束CT（Cone-Beam CT，CBCT）配准误差造成影响，虽然目前对这2种光学引导技术的报道较多[7,9-11]，但针对二者CT端差异的分析报道较少。基于此，本研究通过比较OSMS与Catalyst两者的放疗定位流程、首次放疗摆位CBCT配准数据，探讨光学表面引导左侧乳腺癌DIBH放疗时，有无CT端光学设备对摆位精度的影响。
1.1 一般资料
采用回顾性分析，选取深圳市人民医院放疗科2020年8月至2022年1月收治的左侧乳腺癌患者60例作为研究对象，所有患者均通过光学表面引导实施DIBH放疗，其中30例行无CT端光学设备定位后，通过OSMS引导实施DIBH放疗（D0组）；
其他30例用CT端光学设备Sentinel辅助定位后，通过Catalyst引导实施DIBH放疗（D1组）。D0组平均年龄45.77岁（23～62岁），D1组平均年龄45.76岁（30～60岁）。所有患者均经病理确诊，无其他并发症。
1.2 仪器设备
采用光学表面监测系统OSMS（AlignRT，VisionRT Ltd，英国），该系统无CT端设备，加速器端由悬垂于天花板的3个立体摄像单元组成，通过在患者体表投影随机斑点，摄像单元采集斑点信息，从而实时获得患者体表轮廓信息，以达到监控体表变化的目的。Catalyst光学体表引导放疗系统（C-RAD AB，瑞典）包括Sentinel和Catalyst 2个部分，Sentinel安装在CT模拟定位室，通过直径4 cm的虚拟监控点实时获取定位患者呼吸曲线，患者可通过佩戴3D眼镜实时观察自己的屏气状态；
Catalyst安装在加速器端，由3个光学发生及追踪器组成，通过采集多达30万个体表点来监控患者体表位移及形变，其监控范围可达110 cm×140 cm。放疗相关设备还包括CT模拟定位机SOMATOM Definition AS（Siemens Healthcare）、LAP激光灯、Varian EDGE直线加速器、Elekta Axesse直线加速器。以上所有设备均进行严格质控且在正常状态。
1.3 临床工作流程
1.3.1 呼吸训练
D0组患者要求胸式呼吸，D1组对呼吸方式不做特别要求。2组患者训练时，均要求屏气时间≥35 s，深吸气前保持规律平稳呼吸，肩、胸、腰、手臂均保持自然放松状态，每次深吸气的吸气速度基本保持一致，深吸气后屏气时要求不能抬腰、抬背、耸肩，屏气结束呼气时呼吸幅度不能过大。休息至自然放松状态后行下一次呼吸训练，要求患者自由呼吸状态和深吸气屏气状态能够每次重复并稳定。对于胸式呼吸训练，需对患者强调深吸气时腹部不能鼓起，维持相对固定的腹部紧张度和高度。
1.3.2 体位固定
患者均使用翼型板加真空塑形垫仰卧位固定，双手上举到头顶部抓住翼型板上的固定柱，配合真空塑形垫，将患者肩部承托固定，真空塑形垫不能太紧，以免影响深吸气屏气后身体放松复原。
1.3.3 CT模拟定位
定位时DIBH状态胸壁振幅大小（屏气级别）设为自由呼吸（Free Breathing，FB）幅度的4倍左右，结合我院工作经验，OSMS要求≥0.8 cm[11]，Catalyst门控点位于剑突位置，该位置呼吸振幅偏大，因此Catalyst的胸壁振幅要求稍大，需≥0.9 cm；
根据设备技术培训建议与临床经验及患者的可接受程度，OSMS屏气重复性及稳定性均要求在±0.1 cm，Catalyst门控窗上下阈值范围设定为0.3 cm。所有患者定位CT扫描条件为电压120 kV，电流135 mAs，层厚3 mm，螺距1。
D0组患者按体位固定要求固定于CT平板床后，根据病变部位初步估计治疗中心，将LAP激光灯移至该位置。待患者放松后，FB时呼气末的体表激光“＋”标记Mfb，嘱患者以胸式呼吸方式深吸气屏气，DIBH的激光“＋”标记Mdibh，测量患者屏气时长，患者FB与DIBH需符合以下要求：屏气时间≥35 s，Mdibh与Mfb在背腹方向上距离≥0.8 cm，屏气期间Mdibh位移在±0.1 cm以内，重复≥3次深吸气屏气，Mdibh与Mfb各自都能重复（位移在±0.1 cm以内）。以上各项均符合要求后，将铅点贴在Mdibh标记上。采用SOMAETOM Definition AS CT模拟机分别于FB和DIBH状态进行CT扫描。
D1组患者体位固定同D0组，同样根据病变部位初步估计治疗中心，将LAP激光灯移至该位置（同时记录LAP激光灯相对于CT图像“0”位的位移数据，CT扫描结束将该位移数据填入Sentinel客户端程序），在真空塑形垫上标记LAP激光灯Z方向（背腹方向）位置（Mz），同时保持LAP激光灯不再移动。待3D眼镜与Sentinel连接成功后，患者戴上3D眼镜接受视频引导，将患者送至CT扫描孔并将CT机内Z方向激光与真空塑形垫上标记Mz重合。操作Sentinel客户端程序获取患者FB参考轮廓（Sentinel会将此轮廓传送至Catalyst），放置虚拟门控点在患者剑突位置，刷新呼吸基线Baseline，设置门控窗上下阈值范围为0.3 cm，嘱患者深吸气屏气，调整门控窗位置使屏气呼吸线位于门控窗中间，基线Baseline到门控窗的幅度反映虚拟门控点位置胸部的扩张幅度，此幅度要求≥0.9 cm。重复≥3次深吸气屏气，同样要求每次屏气稳定，屏气线不超出门控窗的阈值范围。屏气时间≥35 s、屏气稳定且能重复后，移床使真空塑形垫上之前所作标记Mz与LAP激光灯Z方向激光再次重合，在患者体表作FB状态呼气末的激光“＋”标记，将铅点贴于此激光标记上，于FB及DIBH状态行CT扫描。
1.3.4 治疗摆位与采集数据
放疗计划均采用Eclipse计划系统行调强计划设计，2组患者在计划系统均由计划CT图像生成FB及DIBH状态的体表轮廓，并上传至光学引导系统加速器端工作站用于感兴趣区（Region of Interest，ROI）勾画及轮廓比对。D0组通过OSMS引导，在Varian EDGE加速器实施治疗，摆位时初步对齐FB体表标记（Mfb），随后嘱患者深吸气屏气对齐DIBH体表标记（Mdibh），并采集DIBH状态体表轮廓用于摆位参考，之后于DIBH状态分别进行CBCT扫描、移床，并在移床后立即采集DIBH状态体表轮廓用于治疗中监控。CBCT配准时选择自动配准结合治疗师手动配准，患者首次放疗摆位经CBCT配准后记录首次CBCT配准移位数据。
D1组在Elekta Axcesse加速器由Catalyst辅助实施治疗，按FB状态的体表标记初步摆位，同样辅以FB实时体表轮廓（使用Sentinel采集的FB轮廓）校准体位。深吸气屏气使呼吸线到门控窗内，采集屏气轮廓作为监控参考轮廓，如果CBCT配准需要移床则在移床后重新采集FB及DIBH轮廓作为新的参考轮廓。CBCT配准时同样选择自动配准结合治疗师手动配准，患者首次放疗摆位经CBCT配准后记录首次CBCT配准移位数据。
1.4 统计学分析
采用SPSS 25.0统计软件进行数据分析，六个维度分别是左右方向位移（x）、头脚方向位移（y）、腹背方向位移（z）、以x为轴的旋转角度（Rx）、以y为轴的旋转角度（Ry）、以z为轴的旋转角度（Rz），计量资料采用±s表示，分别行Shapiro-Wilk检验、Levene检验，再行独立样本t检验，置信区间=95%，以P＜0.05为差异有统计学意义。
2组各收集30组首次治疗时六个维度的移位数据。D0组散点图如图1所示，D1组散点图如图2所示，D0组在六维方向（x、y、z、Rx、Ry、Rz）的CBCT配准误差绝对值分别为（0.15±0.11）、（0.17±0.12）、（0.20±0.14）cm 和（0.77±0.71）°、（0.60±0.60）°、（0.66±0.62）°，D1组 为（0.13±0.08）、（0.13±0.09）、（0.20±0.11）cm 和（0.61±0.57） °、（0.50±0.52） °、（0.61±0.46） °，经Shapiro-Wilk检验、Levene检验显示2组数据均符合正态分布且符合方差齐性，2组六维移位数据经独立样本t检验（df=58，CI=95%）结果显示差异无统计学意义（P＞0.05），见表1。结果表明，无CT端光学设备与有CT端光学设备定位，均可精准实现光学表面引导的左侧乳腺癌DIBH放疗摆位，2者首次治疗摆位时CBCT配准数据无统计学差异。
表1 D0组与D1组首次放疗摆位6维方向CBCT配准误差比较（±s）
表1 D0组与D1组首次放疗摆位6维方向CBCT配准误差比较（±s）
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图1 D0组首次放疗摆位CBCT配准误差分布散点图
图2 D1组首次放疗摆位CBCT配准误差分布散点图
近年来，OSI技术在放疗领域得到越来越广泛的应用[12-14]。因OSMS与Catalyst这2种技术在CT定位端存在差异，本研究关注点在于这种差异是否会对后续治疗摆位精准度造成影响，通过比较2组患者在首次放疗摆位时的六维方向CBCT配准误差，发现无统计学差异，分析其原因为Sentinel通过虚拟监控点，获取基线Baseline和DIBH呼吸线，治疗时重复Baseline和DIBH状态，并采集体表轮廓实施监测，OSMS虽无CT端专门设备，但通过Mfb、Mdibh两套标记代表FB和DIBH状态，治疗时同样重复2种状态，并采集体表轮廓实施监测，两者均在定位时获得了患者FB与DIBH状态信息，而治疗时都保证了这2种状态的重复。从2种OSI技术的实施过程可以看出，除了必需的设备外，规范的工作流程是保证DIBH放疗精准实施的重要环节，这也表明实施OSI引导DIBH放疗时规范工作流程是相当重要的[15]。
本研究中2组患者的临床定位过程中，在呼吸方式上D0组要求胸式呼吸，部分患者对胸式呼吸的理解及操作有一定的难度，因此OSMS的呼吸训练相对会更有挑战性，D1组虽然对呼吸方式未做特别要求，但仍建议在患者条件允许的情况下使用胸式呼吸，这样有利于增加心脏胸壁间距及增大肺容量而使患者获益[16]，无论何种OSI引导DIBH，呼吸训练都是重要的，好的呼吸训练将为后续治疗带来益处[17]。D1组在呼吸门控点的选择上要考虑呼吸方式的影响，为使门控点能充分反映胸廓的扩张幅度，建议定位时将门控点放置在剑突往头端1 cm左右的位置，门控点太上则治疗时门控点位置易被加速器机架遮挡而无法顺利实施治疗，门控点太下则易受腹式呼吸的影响而使门控点不能充分反映胸廓扩张幅度。
Kügele等[18]研究Catalyst光学引导DIBH左乳腺癌放疗时，剑突位置虚拟监控点背腹方向振幅在5.4～19.6 mm（中位数10.5 mm），本研究将此位置振幅控制在≥9 mm，目的是使胸腔充分扩张以达到减少心脏和肺的受照剂量，要达到合规屏气要求，且认为充分的呼吸训练是必须的；
Lundgaard等[19]甚至在5岁以下的儿童中成功训练DIBH，本临床实践中，绝大部分患者经过充分的呼吸训练后，均能达到要求。
以上研究表明，选择OSI技术辅助实施左侧乳腺癌DIBH放疗时，有无CT端光学设备对放疗摆位精度无明显影响，通过各自流程定位后，2种光学引导系统都可以精准引导乳腺癌的DIBH放疗，且在首次CBCT配准误差方面无统计学差异。但OSI技术是局部表面监控技术，易受皮肤弹性[20]、体表形变[21]等影响，对内在变化或整体性变化可能无法准确反映，有研究关注到患者吸气时整体胸部抬高而达到类似DIBH状态的情况[11]，这种情况对心脏辐射剂量将产生何种影响，今后还需进一步研究，这也提示了光学引导DIBH放疗时呼吸训练及定期CBCT验证的重要性。
本研究结果表明，无CT端光学设备定位与有CT端光学设备定位，均可精准实现光学表面引导的左侧乳腺癌DIBH放疗，2种OSI技术在患者首次治疗时摆位误差无统计学差异。
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