光學(xué)表面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)左側(cè)乳腺癌深吸氣屏氣治療臨床應(yīng)用及評(píng)估

張光偉，鐘鶴立，吳何茍，劉劍鋒，張定，楊東，樊娟，李彬，徐廣然

深圳市人民醫(yī)院（暨南大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，南方科技大學(xué)第一附屬醫(yī)院）腫瘤放療科，廣東深圳518020

前言

左側(cè)乳腺癌自由呼吸狀態(tài)下進(jìn)行放射治療的作用可能會(huì)被心臟毒性部分抵消［1‐2］。放射治療導(dǎo)致的相關(guān)心臟疾病一直是左側(cè)乳腺癌患者的一個(gè)問題［3］，系統(tǒng)治療可能會(huì)放大這種風(fēng)險(xiǎn)［4‐5］。深吸氣屏氣（Deep Inspiration Breath Hold, DIBH）技術(shù)使心臟向下、后方移動(dòng)，既保證了靶區(qū)組織的覆蓋，也顯著降低了偶然心臟照射的風(fēng)險(xiǎn)［6‐7］。DIBH 被認(rèn)為是影響左乳腺癌術(shù)后放療后總生存率的主要因素之一［8］。

SGRT（Surface Guided Radiation Therapy）是以光學(xué)體表監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Optical Surface Monitoring System,OSMS）引導(dǎo)的放射治療。本研究通過OSMS 引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)左側(cè)乳腺癌DIBH 治療，分析擺位時(shí)間和CBCT（Cone‐Beam Computed Tomography）圖像配準(zhǔn)靶區(qū)與心臟位置的準(zhǔn)確性，以評(píng)估其實(shí)際臨床應(yīng)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 患者資料

選取2020年8月至2021年1月深圳市人民醫(yī)院腫瘤放療科30 例左側(cè)乳腺癌保乳術(shù)后患者，平均年齡43.4 歲（32～51 歲），無基礎(chǔ)心臟病史，KPS 評(píng)分≥90，既往身體健康，無其他合并癥。

1.2 臨床工作流程

1.2.1 醫(yī)生初步篩選左側(cè)乳腺癌患者，腫瘤位于中下側(cè)、靶區(qū)距離心臟近者為首選；肺功能良好，無呼吸障礙；胸式呼吸，DIBH時(shí)間大于35 s；患者能配合，無溝通障礙。

1.2.2 呼吸訓(xùn)練醫(yī)生接診后至CT 模擬定位之前，通過視頻教學(xué)引導(dǎo)患者進(jìn)行有效的呼吸訓(xùn)練?；颊咂教桑直凵吓e抱頭，用鼻子吸氣以保證胸式呼吸，主要利用胸部肋間肌肉的力量進(jìn)行DIBH，腰背和手臂放松，不可抬背挺腰。反復(fù)呼吸訓(xùn)練可增加穩(wěn)定屏氣時(shí)間。

1.2.3 CT 模擬定位定位開始前評(píng)估患者呼吸訓(xùn)練效果以作進(jìn)一步篩選，包括屏氣時(shí)長(zhǎng)、是否胸式呼吸、屏氣量以及屏氣的重復(fù)性等。定位過程中患者全程自主屏氣。所有患者均采用真空墊結(jié)合翼型板的方式進(jìn)行體位固定，真空墊不可過緊，以免影響患者屏氣到自由呼吸間的體位回復(fù)。屏氣與自由呼吸在等中心位置的前后方向變化大于0.8 cm 為佳。體表以激光紋身點(diǎn)做標(biāo)記，一套自由呼吸（Free Breath‐ing, FB）位置標(biāo)記，一套DIBH 位置標(biāo)記，鉛點(diǎn)貼在DIBH 標(biāo)記中心。先掃描FB 狀態(tài)CT 圖像，囑患者DIBH 并確認(rèn)與標(biāo)記重合后掃描DIBH 狀態(tài)CT 圖像。采用SIEMENS 公司的SOMAETOM Definition AS CT模擬機(jī)，120 kV，135 mAs，層厚3 mm。

1.2.4 治療計(jì)劃設(shè)計(jì)靶區(qū)勾畫和計(jì)劃設(shè)計(jì)在DIBH CT 圖像上進(jìn)行，評(píng)估心臟受量以做最后篩選。采用3DCRT+IMRT 混合治療技術(shù)，6 MV，600 MU/min。導(dǎo)出3 個(gè)文件到DICOM，1 個(gè)治療計(jì)劃RT plan，2 個(gè)CT（FB和DIBH）體表外輪廓RT structure。

1.2.5 治療在OSMS 工作站上依次導(dǎo)入1 個(gè)RT plan和2 個(gè)RT structure（FB 和DIBH），再重復(fù)導(dǎo)入一次DIBH 外輪廓作為監(jiān)控體表，通過對(duì)FB 和DIBH 體表SSD 的測(cè)量判斷是否導(dǎo)入錯(cuò)誤，DIBH 體表SSD 數(shù)值應(yīng)小于FB體表。依次勾畫感興趣區(qū)（ROI），見圖1。

圖1 不同體表及ROI勾畫Fig.1 Different body surface and ROI profiles

患者首次治療依據(jù)FB 體表標(biāo)記擺位，指導(dǎo)正確的屏氣后（與DIBH 體表標(biāo)記重合），抓取當(dāng)前屏氣體表作為監(jiān)控體表，用以引導(dǎo)CBCT掃描屏氣。選擇頭部掃描條件（機(jī)架旋轉(zhuǎn)200°，約35 s），床不置中，掃描從180°開始逆時(shí)針到340°結(jié)束（避免機(jī)頭和打開的CBCT 影像系統(tǒng)遮擋攝像單元從而無法引導(dǎo)屏氣）。OSMS 顯示前后（Vertical）方向在±0.05 cm 以內(nèi)開始屏氣掃描。軟組織自動(dòng)配準(zhǔn)后治療師手動(dòng)手術(shù)夾配準(zhǔn)，記錄配準(zhǔn)誤差數(shù)據(jù)。如需修正床值，移床前先讓患者屏氣，在一次屏氣內(nèi)完成移床、拍攝監(jiān)控體表和DIBH 擺位體表，待患者放松后拍攝FB 擺位體表。新拍攝的體表將作為后續(xù)治療的參考體表。治療中每次屏氣保證Vertical 方向在±0.05 cm 以內(nèi)，OSMS監(jiān)測(cè)到六維誤差超過設(shè)定閾值（±3 mm；±3°）時(shí)，控制加速器立刻停止出束。后續(xù)治療擺位先以FB擺位體表引導(dǎo)擺位，利用“Move Couch”自動(dòng)擺位功能一鍵修正床值，再以DIBH 擺位體表引導(dǎo)，患者屏氣后Vertical 方向在±0.05 cm以內(nèi)時(shí)再次使用“Move Couch”，然后拍攝新的監(jiān)控體表，用以引導(dǎo)CBCT 掃描或治療中的屏氣。每次CBCT 驗(yàn)證并修正床值后均需拍攝新的參考體表。

1.3 數(shù)據(jù)收集和分析

共得到277 組CBCT 掃描靶區(qū)配準(zhǔn)誤差數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)包括左右（x）、頭腳（y）、前后（z）方向平移誤差和Rx、Ry、Rz 方向旋轉(zhuǎn)誤差。在配準(zhǔn)好的影像上再以心臟為目標(biāo)三維平移方向手動(dòng)匹配，得到的數(shù)據(jù)與靶區(qū)誤差數(shù)據(jù)相減即為心臟位置的誤差數(shù)據(jù)，共277 組。此配準(zhǔn)由同一治療師完成以減少誤差。共記錄450個(gè)擺位時(shí)間數(shù)據(jù)，擺位時(shí)間定義為從患者接觸治療床至CBCT 掃描前或加速器出束前（無CBCT掃描分次）。采用SPSS 25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)量數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果

2.1 擺位誤差結(jié)果

絕對(duì)擺位誤差在x、y、z平移方向和Rx、Ry、Rz旋轉(zhuǎn)方向分別為（0.11±0.08）、（0.14±0.11）、（0.13±0.10）cm和（0.79±0.66）、（0.69±0.57）、（0.73±0.64）°。圖2和圖3分別為平移及旋轉(zhuǎn)誤差分布散點(diǎn)圖。

圖2 CBCT靶區(qū)配準(zhǔn)平移誤差分布散點(diǎn)圖Fig.2 Scatter plot of translation error distribution after CBCT registration for target areas

圖3 CBCT靶區(qū)配準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)誤差分布散點(diǎn)圖Fig.3 Scatter plot of rotation error distribution after CBCT registration for target areas

2.2 心臟位置誤差結(jié)果

心臟位置在x、y、z方向平移誤差分別為（0.01±0.30）、（0.05±0.34）、（0.01±0.09）cm。誤差分布散點(diǎn)圖見圖4。

圖4 心臟位置誤差分布散點(diǎn)圖Fig.4 Scatter plot of translation error distribution of cardiac position

2.3 擺位時(shí)間結(jié)果

共記錄450 個(gè)擺位時(shí)間數(shù)據(jù)，擺位時(shí)間均值±標(biāo)準(zhǔn)差為（4.1±1.2）min。

3 討論

左側(cè)乳腺癌DIBH 放療技術(shù)在不影響靶區(qū)劑量覆蓋的情況下，可明顯降低心臟、冠脈左前降支和肺的受量，減少放療后不良反應(yīng)的發(fā)生，前提是精確的擺位和良好的屏氣重復(fù)性［9‐10］。目前主流的呼吸門控 和DIBH 技術(shù)包括：ABC（Active Breathing Control）、RPM（Real‐time Position Management）、SGRT 等。ABC 通過氣泵閥門主動(dòng)控制肺的吸氣量［11］，但僅保證每次屏氣的可重復(fù)吸氣量，而不驗(yàn)證胸腔位置，患者可采用胸式或腹式呼吸，并可進(jìn)行非呼吸相關(guān)的運(yùn)動(dòng)［12］。且因?yàn)槭菑?qiáng)迫屏氣，對(duì)大多數(shù)患者來說不舒服［13］。Zellars等［14］觀察到ABC 未能預(yù)防左乳腺DIBH 放療導(dǎo)致的心臟灌注損害。RPM 通過單臺(tái)紅外攝像機(jī)監(jiān)測(cè)置于患者劍突附近的基準(zhǔn)盒形成呼吸曲線［15］，但有研究發(fā)現(xiàn)RPM 單獨(dú)應(yīng)用可能不足以定義DIBH 水平，原因是RPM 僅進(jìn)行單一表面點(diǎn)的2D 監(jiān)測(cè)以及對(duì)呼吸基線的相對(duì)測(cè)量［16‐17］。Laaksomaa 等［18］報(bào)道基于紋身的RPM 研究中，頭腳方向高達(dá)4.4 mm 的等中心隨機(jī)誤差。OSMS 通過多臺(tái)攝像機(jī)實(shí)時(shí)獲取患者體表信息，形成體表輪廓，與參考輪廓進(jìn)行實(shí)時(shí)匹配，可用于引導(dǎo)擺位和治療監(jiān)控，治療中患者六維位置誤差超過設(shè)定閾值時(shí)，加速器即刻停束，保證治療安全。SGRT 替代標(biāo)記擺位，可提高擺位準(zhǔn)確性和DIBH位置重復(fù)性［19‐21］。因?yàn)樗紤]的是體表的很多個(gè)點(diǎn)，而不是1 個(gè)或幾個(gè)點(diǎn)，因此它可以評(píng)估目標(biāo)位置的線性和旋轉(zhuǎn)的變化，同時(shí)，追蹤的表面是目標(biāo)的一部分而不是替代物［22］。

SGRT 技術(shù)可提高擺位精度和擺位速度，增加舒適度［23‐25］。Hamming 等［26］報(bào)道通過SGRT 引導(dǎo)，左乳腺DIBH 實(shí)現(xiàn)5 mm 以內(nèi)的位置誤差，且SGRT 技術(shù)可以額外獲得患者位置信息，而ABC 不能。Laaksomaa 等［27］研究結(jié)果顯示殘差3 mm 以內(nèi)，光學(xué)體表引導(dǎo)的左乳腺DIBH 可以大幅降低IGRT 次數(shù)。Zagar 等［28］利用放療后早期影像學(xué)改變判斷心臟損傷，通過對(duì)20例光學(xué)表面引導(dǎo)的左乳腺DIBH患者放療前和放療后6 個(gè)月SPECT 掃描比較，無一例出現(xiàn)心臟灌注損害。本研究以O(shè)SMS 引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)左側(cè)乳腺癌DIBH 放療技術(shù)，OSMS 實(shí)時(shí)監(jiān)控體表變化，治療中與患者呼吸相關(guān)或不相關(guān)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的六維位置誤差超過閾值（±3 mm；±3°）時(shí)，加速器即刻停束，保證治療安全，且因患者全程自主屏氣，舒適度較高。研究結(jié)果顯示很高的靶區(qū)精度，而較小的心臟位置變化則反映出治療中屏氣與CT 模擬定位屏氣有良好的重復(fù)性。

呼吸門控技術(shù)實(shí)施的重點(diǎn)是嚴(yán)格的患者篩選和有效的呼吸訓(xùn)練。在本技術(shù)應(yīng)用流程中，醫(yī)生接診時(shí)的初步篩選、CT 模擬定位時(shí)的篩選以及物理計(jì)劃評(píng)估時(shí)的篩選都是非常重要的步驟。通過有效的視頻教學(xué)引導(dǎo)和反復(fù)的自主屏氣訓(xùn)練，能增加患者屏氣的穩(wěn)定性和重復(fù)性，也能提高屏氣時(shí)間，減少治療時(shí)的屏氣次數(shù)。呼吸訓(xùn)練的另外一個(gè)重點(diǎn)是引導(dǎo)患者進(jìn)行胸式呼吸。OSMS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)患者體表，其引導(dǎo)的DIBH 放療技術(shù)主要依賴FB 和DIBH 時(shí)兩個(gè)體表輪廓的差異。胸式呼吸導(dǎo)致胸廓前后、左右方向明顯變化，F(xiàn)B 與DIBH 體表差別明顯，且DIBH 使心臟遠(yuǎn)離左胸壁，能更好地保護(hù)心臟。腹式呼吸則主要表現(xiàn)為上下方向的改變，DIBH 時(shí)心臟位置在前后方向上的改變較胸式呼吸大大降低，且此時(shí)FB 與DIBH 體表不會(huì)有太大差異，OSMS 在引導(dǎo)擺位和監(jiān)控時(shí)難以辨別。

患者CT 模擬定位時(shí)，真空墊塑形不可過緊，建議松緊度為手指可于兩側(cè)腋下與真空墊內(nèi)緣之間較輕松通過，以便于患者多次屏氣之間的體位回復(fù)，否則將影響治療流程。對(duì)FB 和DIBH 兩套體表進(jìn)行SSD 測(cè)量可判斷體表導(dǎo)入是否有誤，避免臨床差錯(cuò)，為必不可少的質(zhì)控環(huán)節(jié)。

一次屏氣完成CBCT 掃描可以保證掃描圖像的質(zhì)量，因此選擇頭部條件進(jìn)行掃描，機(jī)架只需旋轉(zhuǎn)200°，約35 s。由于頭部條件掃描直徑限制（最大直徑為26.3 cm），掃描的圖像可能不能涵括全右側(cè)胸腔，但不影響左側(cè)乳腺靶區(qū)和心臟的配準(zhǔn)。需要注意的是，圖像配準(zhǔn)后如需修正床值，需在移床前屏氣，否則移床后體表位置改變，OSMS 無法引導(dǎo)正確的屏氣。

保證治療中屏氣與定位屏氣的重復(fù)性是本技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)，這關(guān)系到對(duì)心臟等危及器官的有效保護(hù)，因此要求患者的每次屏氣均得到準(zhǔn)確的引導(dǎo)。在本技術(shù)應(yīng)用流程中，患者首次擺位時(shí)，重復(fù)確認(rèn)患者屏氣狀態(tài)下與體表DIBH 標(biāo)記重合后采集新的監(jiān)控體表以引導(dǎo)后續(xù)屏氣，后續(xù)每次屏氣均要求OSMS工作站上的Vertical方向誤差在±0.05 cm 以內(nèi)以保證屏氣重復(fù)性。DIBH 擺位體表ROI 僅包括靶區(qū)范圍以保證靶區(qū)精度，因此僅在CBCT驗(yàn)證并移床后才采集更新，但治療實(shí)施中機(jī)架旋轉(zhuǎn)到一定角度遮擋部分?jǐn)z像單元會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)跳動(dòng)從而影響治療，因此需增加一個(gè)監(jiān)控體表。監(jiān)控體表ROI擴(kuò)大到對(duì)側(cè)乳腺，出現(xiàn)遮擋時(shí)也不影響監(jiān)測(cè)，每次擺位結(jié)束后或CBCT驗(yàn)證并移床后均采集新的監(jiān)控體表，這樣既保證了擺位精度，也能準(zhǔn)確地引導(dǎo)患者的屏氣。

本技術(shù)應(yīng)用中，治療擺位需分兩個(gè)步驟完成，分別是FB 擺位與DIBH 擺位，流程較為復(fù)雜。OSMS的“Move Couch”自動(dòng)擺位功能可輕松地將患者移到等中心位置，治療擺位時(shí)僅需手動(dòng)調(diào)整患者3個(gè)旋轉(zhuǎn)方向±2°以內(nèi)，移動(dòng)治療床使3 個(gè)平移方向±2 cm 以內(nèi)，利用“Move Couch”功能一鍵使患者體位移動(dòng)到OSMS實(shí)時(shí)匹配的正確位置，此時(shí)六維監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均接近于0，既提供了很好的擺位精度，也可節(jié)約擺位時(shí)間。本研究結(jié)果顯示擺位時(shí)間為（4.1±1.2）min，是臨床可以接受的。

盡管本研究顯示心臟位置誤差均值較小，但仍有個(gè)別治療分次心臟位置在X 軸或Y 軸方向有較大誤差，可能是由屏氣量的誤差所導(dǎo)致。因此，本技術(shù)的臨床實(shí)施要求嚴(yán)格的患者篩選和呼吸訓(xùn)練以及放射治療師對(duì)治療流程的嚴(yán)格把控，以期獲得最好的臨床應(yīng)用效果。

4 結(jié)論

左側(cè)乳腺癌DIBH 放療技術(shù)可將心臟向下、后方推移，遠(yuǎn)離放療靶區(qū)，減少心臟受量?；贠SMS 引導(dǎo)實(shí)施左側(cè)乳腺癌DIBH 放療實(shí)現(xiàn)了較好的靶區(qū)和心臟位置準(zhǔn)確性，OSMS的自動(dòng)擺位功能可幫助提高擺位精度、減少擺位時(shí)間。