发泡剂泡沫垫与头颈肩低温热塑膜*在放射治疗中体位固定稳定性的比较

牛保龙 曲宝林* 金丽媛 陈 辉 戴相昆 潘隆盛

发泡剂泡沫垫与头颈肩低温热塑膜*在放射治疗中体位固定稳定性的比较

牛保龙①曲宝林①*金丽媛①陈 辉①戴相昆①潘隆盛①

目的：通过CyberKnife系统六维颅骨追踪(6D-skull)技术，研究分析发泡剂泡沫垫在头颈部肿瘤患者立体定向放射治疗中体位固定的优势。方法：选取30例接受立体定向放射治疗头部肿瘤患者，按照放射治疗中体位固定方式的不同将其分为观察组和对照组，每组15例。观察组为头颈肩低温热塑膜联合发泡剂固定，对照组为单纯头颈肩低温热塑膜固定。采用6D-skull技术获取患者治疗中体位误差值，比较两组患者分次治疗执行前体位误差、治疗中50 s采样点体位误差及体位位移量，并计算计划靶区(PTV)在X轴、Y轴和Z轴3个线性方向的外扩边界。结果：两组分次治疗执行前体位误差相比，无统计学差异(t=0.292，t=1.544，t=0.880，t=1.178，t=0.163，t=0.852；P＞0.05)；治疗中50 s采样点体位误差与体位位移量在3个线性方向有统计学差异(F=8.183，F=21.250，F=3.152，F=27.604，F=39.093，F=4.278；P＜0.05)，且观察组体位误差与体位位移量均小于对照组；两组3个旋转方向中L-R旋转和CW-CCW旋转体位误差比较有统计学差异(F=8.737，F=37.024；P＜0.05)，UP-DOWN旋转体位位移量比较有统计学差异(F=12.679；P＜0.05)。两组分次治疗执行前与治疗中50 s采样点体位误差在Y轴线性方向PTV外扩范围差别较大，观察组PTV外扩0.421 mm和0.8424 mm；对照组PTV外扩1.162 mm和1.278 mm。X轴与Z轴线性方向PTV外扩范围差别较小。计算观察组PTV外扩范围均＜1 mm。结论：发泡剂联合头颈肩低温热塑膜固定方法可以进一步提高头颈部肿瘤患者放射治疗体位固定的精确性，提升患者治疗中的舒适度，具有一定的临床应用价值。

头部肿瘤；定位发泡垫；摆位误差；立体定向放射治疗；六维颅骨追踪

随着精确放射治疗的发展，特别是立体定向放射治疗(stereotactic radiotherapy，SRT)成为热点，对临床放射治疗患者体位固定精度及舒适性提出了更高的要求。射波刀(cyberknife，CK)的出现和应用，极大推动新型体位固定方式的发展。在临床放射治疗中，六维颅骨追踪(six dimensional-skull tracking，6D-skull)技术是通过KUKA机械臂100多个节点、3000个方向对靶区实施精准聚焦照射，治疗误差控制在亚毫米级[1-2]。因SRT治疗时间较长，患者体位极易发生微小移动和耐受性差等情况，严重影响小靶区、高剂量梯度变化对靶点定位精度的要求，导致治疗精准性下降，从而影响患者的治疗效果。为此，本研究验证一种新型体位定位方式，能够对现行发展精确放射治疗具有重要意义。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2016年1-12月解放军总医院收治的30例头部肿瘤患者，按照放射治疗中体位固定方式的不同将其分为观察组和对照组，每组15例。观察组中男性10例，女性5例；中位年龄为58岁；其中恶性肿瘤11例，良性肿瘤4例；采用头颈肩低温热塑膜联合发泡剂固定，平均治疗时间为27 min。对照组中男性9例，女性6例；中位年龄61岁；其中恶性肿瘤9例，良性肿瘤6例；采用单纯头颈肩低温热塑膜固定，平均治疗时间为29 min。两组患者采用6D-skull技术获取其治疗中体位误差值，比较分次治疗执行前体位误差、治疗中50 s采样点体位误差及体位位移量，并计算计划靶区(planning target volume，PTV)在3个线性方向X轴、Y轴和Z轴的外扩边界。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①头部良、恶性肿瘤；②临床诊断治疗符合SRT及CK临床适应症要求；③经身体状态临床考核标准应用卡氏功能状态评分(Karnofsky，KPS)标准测评，患者均＞70分；④能够耐受较长时间静躺放射治疗过程。

(2)排除标准：①非头部肿瘤、多发性转移瘤及晚期癌症患者；②KPS测评分＜70分。

表1 各方向及正负号规定

1.3 仪器设备

使用Espree-1.5T超导型磁共振成像[(magnetic resonance imaging，MRI)德国SIEMENS公司]和SOMATOM Sensation Open X射线计算机断层成像[(tomography，X-ray computed，CT)德国SIEMENS公司]进行模拟定位，CyberKnife直线加速器(美国Accuray公司，第4代)进行放射治疗。

1.4 治疗方法

定位膜具、图像获取及靶区勾画。观察组患者采用发泡剂泡沫垫+头颈肩低温热塑膜+头颈肩板体位固定，对照组患者采用头颈肩低温热塑膜+头颈肩板进行体位固定，获取CT和MRI头部定位中心图像，扫描层厚1.5 mm。在MIM Software(version 6.6)系统融合两种图像，勾画肿瘤放射治疗靶区及危机器官。

1.5 治疗实施

根据临床放射治疗处方剂量，在TPS-Multi plan System(Ver 4.02)系统上设计放射治疗物理计划，追踪方式均采用6D-skull方式。治疗中实时正交X射线平片图像与对应数字重建图像(digital reconstructedly radiograph，DRR)进行对比，计算3个线性方向与3个旋转方向体位误差，并经过6轴KUKA机械臂修正加速器的照射位置予以纠正[3]。6维方向自动调整体位误差范围分别为10 mm、10 mm、10 mm，1°、1°、3°。如果超出其规定体位误差范围则无法实现自动校准并终止治疗，采用人工调整治疗床后纠正其体位误差，达到临床要求再行治疗。治疗中每隔50 s采集图像进行配准，记录体位误差。

1.6 体位误差数据记录及体位方向规定

记录患者每次开始治疗及治疗中间隔50 s时间采集图像配准体位误差，根据CK直线加速器使用说明书规定治疗体位方向及体位误差值正负号[4](见表1)。

1.7 统计学方法

采用SPSS18.0软件统计分析，其中计量资料采用均数±标准差(x-±s)表示，均数代表治疗过程中的系统体位误差(∑)，均数的标准差代表随机体位误差(δ)。根据公式M=2.5∑+0.7δ计算PTV外放范围(M)[5-6]。计数资料采用例数和百分比表示，比较两种定位方法在相同方向上的体位误差，采用F检验与t检验，以P＜0.05为差异具有统计学意义。

图1 体位误差三维空间散点图

2 结果

2.1 分次治疗可执行前体位误差分析

两组患者分别进行36次治疗，记录两组患者分次治疗开始时图像配准调整后体位误差数据，即机器系统默认误差值范围内即可执行治疗时数据，其数据符合正态分布要求。X轴、Y轴和Z轴3个方向线性体位误差与L-R旋转、UP-DOWN旋转和CW-CCW旋转3个方向旋转体位误差(均数±标准差)数据及t检验结果见表2。

2.2 治疗过程每50 s间隔采集图像配准体位误差分析

所有患者治疗中每隔50 s采集数据，50 s采样点线性与旋转体位误差三维空间散点图如图1所示。

表2 分次放射治疗可执行前体位误差分析

表3 放射治疗过程中每50 s间隔采集图像配准体位误差分析

两组各选取了1242组体位误差数据，其数据符合正态分布要求。X轴、Y轴和Z轴3个方向线性体位误差与L-R旋转、UP-DOWN旋转和CW-CCW旋转3个方向旋转体位误差(均数±标准差)数据及方差分析见表3。

2.3 治疗过程体位位移量分析

患者每次治疗时设定6D-skull方式追踪每隔50 s采集一幅正交图像进行配准，获取体位误差。以可执行治疗前体位误差为基础d0，每隔50 s体位误差d1。计算间隔50 s时刻处相对位移量，即d=d1-d0，各组分别得出1206组数据，其数据符合正态分布要求。X轴、Y轴和Z轴3个方向线性体位位移量与L-R旋转、UPDOWN旋转和CW-CCW旋转3个方向旋转体位位移量(均数±标准差)数据及方差分析见表4。

2.4 患者PTV外放范围

根据公式M=2.5∑+0.7δ计算各类数据类别CK治疗头颅肿瘤PTV外放间距3个线性方向X轴、Y轴和Z轴范围见表5。

表4 两组患者治疗过程体位位移量分析

表5 三类数据PTV外放范围

3 讨论

近年来，SRT在脑部肿瘤治疗中日益凸显出优势，对肿瘤靶区实施精准高剂量照射，靶区外物理剂量迅速递减。SRT技术可以使肿瘤得到更高的等效生物剂量，从而获得更佳的临床疗效[7-8]。治疗精准性以及剂量分布高度集中适形性是其主要特点，但前提是必须确保患者治疗过程中体位精准可靠[9]。随着放射物理剂量的逐步提高，其治疗时间也相应的增长，常规体位固定方式使患者难以耐受长时间静止状态，体位治疗状态易产生微小体位移动，从而影响治疗精准度。临床发现，3%～5%的剂量误差就会造成肿瘤放射治疗的有效率下降，并且高剂量区可能偏移至危及器官区域，造成正常组织器官严重并发症[10-11]。

本研究中，按照体位固定方式将患者分为观察组和对照组。在数据分析中，本研究提取分次之间治疗可执行前体位误差、治疗过程间隔50 s时间点体位误差及治疗过程体位位移量综合分析。观察组和对照组3个线性方向体位误差95%参考值范围集中在±1.5 mm，符合现有临床外放范围形成PTV要求；3个旋转角度体位误差95%参考值范围基本接近机器角度自动调整限值。观察组范围值优于对照组。其原因可能为头肩膜具固定中下颌部活动易引起模具空隙及辅助头颈肩板头枕的符合度存在个体差异较大，而观察组中的发泡剂泡沫垫正好弥补了个体差异等因素。在王鑫等[12]研究中也证实了体位固定方式摆位误差，等中心移动≥3 mm，Y轴方向占20%。有报道统计，应用发泡剂泡沫垫体位固定方式患者头颈部塑形固定性更好，体位舒适性明显调高[13]。

本研究在对两组各分项数据比较分析中发现，分次之间治疗可执行前体位误差，无统计学差异，可能与治疗师严格的摆位精度和图像引导功能有直接关系，保证精准放射治疗的开始。观察组和对照组在治疗中50 s采样点体位误差与体位位移量在3个线性方向数据比较有统计学差异，且观察组体位误差与体位位移量小于对照组；在3个旋转方向中L-R旋转与CWCCW旋转体位误差P＜0.05，UP-DOWN旋转体位位移量P＜0.05。分析其因素可能是观察组的头部与颈部的体位固定性更能符合个体患者身体形态；由于个体差异，患者使用单纯头颈肩低温热塑膜固定的方式，其固定作用就会减弱，定位精度大幅度降低。采用个体化制作的发泡剂发泡垫根据患者头颈形状、大小专门制作，可以更好的固定患者体位，减少了体位误差及旋转误差，从而实现个体精准化放射治疗[14]。3个线性方向PTV外扩范围方面，两组在分次治疗可执行前与治疗中50 s采样点体位误差在Y轴线性方向差别较大，观察组为0.421 mm和0.8424 mm；对照组为1.162 mm和1.278 mm。其余各组数据均在1 mm之内，并且两组数据差别较小，观察组明显优于对照组数据。三维立体空间散点图像明显观察组数据集中度优于对照组数据，线性体位误差优于旋转体位误差。这可能与观察组体位固定方式及舒适性提高有关。

4 结语

通过本研究证实发泡剂泡沫垫+头颈肩低温热塑膜+头颈肩板体位固定在头部肿瘤SRT治疗中具有以下优势：①改善长时间放射治疗患者体位舒适性，提高摆位重复及体位固定精准性；②实时影像追踪验证体位固定精准性，为临床PTV外放范围提供客观准确参数，降低体位误差对放射物理剂量梯度影响；③可减少患者在长时间的治疗过程中体位微小变化问题，进一步为临床肿瘤靶区勾画及外放范围缩小提供良好的体位固定基础。

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Comparison of stability for immobilization of position between pad of styrofoam and low temperature thermoplastic film of neck and shoulder in radiotherapy/NIU Bao-long, QU Bao-lin, JIN Li-yuan, et al// China Medical Equipment,2017,14(7):32-36.

Objective: To research and analyze the advantages of pad of styrofoam for patient with neck tumor in stereotactic radiotherapy through 6D-skull tracking technology of Cyberknife system. Methods: 30 patients with neck tumor who

stereotactic radiotherapy were divided into observation group that adopted combination mode of low temperature thermoplastic film and styrofoam for immobilization (15 cases) and control group that only adopted low temperature thermoplastic film (15 cases). The error values about position of patients were obtained by using 6D-skull technique. The error values of body position before every treatment, the error values of body position at the sampling site of every 50s during treatment and the displacement of body position between the two groups were compared. At the same time, extended boundaries of three linear directions (X-axis, Y-axis and Z-axis) of planning target volume (PTV) were calculated. Results: There were no significant differences between two groups before every treatment (t=0.292, t=1.544, t=0.880, t=1.178, t=0.163, t=0.852; P＞0.05). At the three linear directions, the error values of body position among the sampling site of every 50 s between the two groups were statistically significant and the displacement of body position among them between the two groups also were statistically significant (F=8.183, F=21.250, F=3.152. F=27.604, F=39.093, F=4.278, P＜0.05), and the observation group always smaller than control group in these comparisons. In three direction of rotation, the error values of body position in L-R rotation and CW-CCW rotation between the two groups were significant (F=8.737, F=37.024; P＜0.05). And the displacement of body position in UP-DOWM rotation between two groups was significant (F=12.679; P＜0.05). There were a great difference on the PTV extended range of the error value of body position on Y-axis linear direction before the every treatment and sampling site of every 50 s during treatment between the two groups, and observation group were 0.421 mm and 0.8424 mm, while control group were 1.162 mm and 1.278 mm. However, the differences on X-axis and Z-axis were less. Besides, the PTV extended range of observation group was within 1 mm. Conclusion: The combination of styrofoam and low thermoplastic film of neck and shoulder can increase the precision for immobilization of body position on patients with neck tumor received radiotherapy and enhance the comfort level of patient in treatment. It has the application value in clinical practice.

Head tumor; Styrofoam of positioning; Positioning error; Stereotactic radiotherapy; Six dimensional-skull tracking

Department of radiotherapy, Chinese People's Liberation Army General Hospital, Beijing 100853, China.

牛保龙,男,(1982- ),本科学历，主管技师。解放军总医院放射治疗科，从事放射治疗工作。

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.07.008

2017-04-02

1672-8270(2017)07-0032-05

R197.39

A

国家重点研发计划(2016YFC0904600)“以生物组学特征与多模态功能影像为基础的多线束精准放疗方案研究”

①解放军总医院放射治疗科 北京 100853

*通讯作者：qubl6212@sina.com