基于Sentinel/Catalyst 光學體表監測系統引導下的體表圖像引導放療技術在腫瘤放射治療中的應用研究

陳榮耀，郭順，林遠雄，羅曉，周懷恒，藍威（廣東省農墾中心醫院腫瘤放射治療區，廣東湛江 524002）

使用放射線對腫瘤患者進行治療，殺滅腫瘤細胞，實現患者的臨床治愈是腫瘤治療的重要手段之一[1]。放射治療的擺位準確度直接影響患者的治療效果。圖像引導放射治療（IGRT）可以為患者提供精確的擺位及精準的治療[2]。目前，錐形束計算機斷層掃描（CBCT）是圖像引導放射治療在腫瘤治療中應用最多的技術之一。但應用CBCT 行圖像引導容易對患者造成二次輻射傷害，并且耗時長，不利于患者耐受。所以，為保證患者接受更加精準、舒適、高效的放療方式，需采取更加科學先進的設備以提升治療效果和效率。放療中光學體表追蹤解決方案的應用可以實現對患者不同自由度的監測，提高治療的準確性、安全性和工作效率。光學體表引導放療（SGRT）能夠無輻射、無創、快速獲得患者的體表圖像，在治療中進行全過程監控，為技術員提供連續、實時圖像[3-4]。該項技術能保證技術員在患者行放療擺位時，有效節約擺位時間，降低擺位誤差，提升治療效率。本文就光學體表追蹤技術的主要應用場景、具體應用方案及技術進展等作一綜述，旨為該技術應用于臨床實踐提供參考依據。

1 SGRT 放療技術

放射治療是一種安全、有效的腫瘤治療手段。隨著科技進步和醫學發展，圖像引導、立體定向和智能控制相結合的治療方式將成為放射治療的主流技術。在治療過程中，SGRT 技術通過實時圖像與參考圖像進行對比，可以完成治療前的位置驗證等工作，有效提高放療的準確定位，盡可能減少對患者的機體損傷。SGRT 技術是以提高治療準確性為目標，將圖像引導技術應用于臨床放療中的治療方式，具有無輻射、安全、無創等特點。該技術借助三維體表成像原理，可以實時采集到患者的各種體表圖像信息，為確保治療的順利實施提供重要的參考依據。與常規放療技術相比，SGRT 技術的精確性高、安全性強，在臨床治療中具備一定的應用價值[5-6]。SGRT 技術的實施主要應用設備為瓦里安Vitalbeam 加速器、Sentinel/catalyst 光學體表監測系統及Eclipse 計劃系統。Vitalbeam 直線加速器自帶CBCT，在治療過程中能監測到腫瘤的位置，實施精準治療，正常組織可以避免受到過多傷害，同時支持三維適形放射治療（3D-CRT）、調強放射治療（IMRT）、容積調強放射治療（VMAT）、立體定向放射治療（SRT）等多種治療技術，具有高精度、高智能、低損傷的特點，簡而言之就是損傷少、痛苦小[7]。

2 腫瘤治療中SGRT 放療技術的應用

2.1 四肢腫瘤放療

放療中傳統的靶區勾畫是基于解剖結構，如體表標記、骨性標記等確定靶區范圍[8]。臨床上很多因素都會影響腫瘤治療的精確性，如患者的擺位、臨床體征及醫生的主觀因素等，光學體表追蹤技術的優勢在于既提高腫瘤靶區劑量又能減少周圍正常組織的照射量，總的原則是要求患者體位固定重復性好以及舒適度好[9]。但是，由于四肢易活動的原因，四肢放療擺位難度相對較大，擺位難以在治療床中心，四肢的放療須更加合理化才能獲得最好治療效果[10]。Gierga 等[11]使用光學體表監測系統監測了16 名骨肉瘤患者的放療擺位情況，共計擺位236 次，分析光學體表追蹤系統能否增加四肢腫瘤擺位的精確性。該研究表明分次內擺位誤差小于1.3 mm，分次間擺位誤差為3～4 mm，可見應用光學體表監測系統可降低四肢擺位誤差。Zhou等[12]研究了四肢癌癥患者的擺位精度，得出SGRT 與CBCT 的擺位有著一致的精確度，但是CBCT 輻射會對患者產生二次傷害，而SGRT 無輻射，且能夠實時監控，利于患者挪動引起的誤照射。對于四肢腫瘤無法行固定模進行固定的患者，可先行SGRT 擺位，再通過CBCT 進行擺位及六維床修正，在治療中通過光學體表監測系統進行實時監控，保證患者在治療過程中不發生意外照射。張光偉等[13]發現，對比于傳統的體表標記進行精確擺位，使用光學體表監測系統自動擺位能夠很好地提升擺位精度，縮短擺位時間，提升治療效率。

2.2 體部立體定向放療

目前腫瘤的治療手段越來越多，但手術、放療和化療依然是最有效的治療方式[14]。雖然放射治療已經步入精確放療時代，但分次放療的擺位以及器官運動均可形成靶區誤差，這些誤差的測控與校正一直是困擾放療界的難題。圖像引導放療能準確照射腫瘤所在地，避免或者降低正常組織損傷。體部立體定向放療技術作為放療領域的前沿技術，對位置和劑量精度提出了更高的要求，配合深吸氣屏氣技術（DIBH），患者屏氣時腫瘤部位保持相對靜止狀態，使定向放療更加安全有效[15]。Cui 等[16]通過研究20 例宮頸癌患者，記錄了452 次的放射治療擺位誤差，發現SGRT 組在5 個空間維度上明顯優于標記線組，可見光學體表監測系統能夠有效改善擺位的精度。Wikstr?m 等[17]通過對比40 例需在盆腔區域進行放射治療的患者行SGRT 與CBCT 檢測，并對位置進行移位比較，發現光學體表監測系統是CBCT 系統的有效補充，SGRT 技術在盆腔的腫瘤治療中具有重要的臨床應用價值。劉苗苗等[18]證實傳統的擺位技術主要使用激光燈、真空墊及膜等工具做二維擺位，擺位精度低，可重復性差。李治斌等[19]研究證明每次“照光”都由CBCT 指導精準擺位，則治療的精度會更高。俞澤炎[20]的研究表明SGRT 用敏銳的光代替侵入式框架和體表標記，能大大縮短患者的擺位時間，實現亞半毫米的高精準度，有效提高了患者體位擺位的精度，并減少了治療中對患者進行體位擺位的時間，為醫護和患者帶來極大的治療便利。

2.3 頭頸部腫瘤放療

光學體表引導放射治療可通過平面影像、容積影像、標記物定位、標記物跟蹤、患者體表跟蹤等多種技術得以實現，能減少或消除器官移動和擺位誤差等多種因素引起的治療不確定性，精確確定放療靶區，避免脫靶，同時使正常組織得到最大限度的保護[20]。開放式熱塑膜的精度被認為是可以媲美框架式的，同時也優于頭頸肩全面罩熱塑膜和頭頸全面罩熱塑膜[21-22]。張校銘等[23-25]對頭頸部腫瘤放療中4 種不同固定技術擺位的誤差情況進行了對比，發現頭頸肩塑形墊+頭頸肩面罩固定的重復性和穩定性最好，為進一步減少擺位誤差，可以對患者使用開放式面罩固定，合并聯合使用光學體表監測技術。放射治療中，還應注意對患者的位移變化情況進行動態實時監測[26-28]。Alongi 等[29]證實在放射治療過程中，使用非共面治療技術能夠很好地對腦部等正常組織進行保護。Wen 等[30]通過精確試驗，表明了使用無框架的圖像引導放射治療定位精度能達到使用框架立體定向放射治療的相同療效。采用光學體表監測系統治療在頭部腫瘤中可達到精準的治療，期間可免去面罩，減少患者不適感。Dekker 等[31]分析了30 例腫瘤患者不使用面罩直接進行全腦放療（WBRT）的治療方案，發現治療效果良好，表明無面罩的WBRT 放射治療臨床應用完全可行。

3 小結與展望

隨著患者醫療需求的不斷提升，對放療治療的精確性和安全性的要求也不斷提升。近年來，隨著計算機技術及人工智能的引入，放射治療計劃系統和智能內置多葉光柵的加速器得到了越來越多的應用[32-33]。當今圖像引導放療時代，SGRT 作為新興的技術，實現了對影像設備與直線加速器的有機結合，綜合運用多種技術手段，提高患者擺位的準確性，使誤差降至最小限度[34]。目前，SGRT 技術已經被應用到多種不同類型腫瘤患者的治療之中，在提高治療效果、安全性、患者舒適性等多個方面發揮出重要作用[35]。相信隨著醫工技術的不斷發展，該技術將得到更為廣泛的應用。目前，已有單位將SGRT 技術應用于質子的放療[36]及螺旋斷層放射治療（TOMO）[37]中。隨著影像技術和放療技術的不斷進步，分辨率更高的體表影像結合生物特征識別技術的放療模式在未來將會被更廣泛地應用于臨床之中。