基于Sentinel/Catalyst 光学体表监测系统引导下的体表图像引导放疗技术在肿瘤放射治疗中的应用研究

陈荣耀，郭顺，林远雄，罗晓，周怀恒，蓝威（广东省农垦中心医院肿瘤放射治疗区，广东湛江 524002）

使用放射线对肿瘤患者进行治疗，杀灭肿瘤细胞，实现患者的临床治愈是肿瘤治疗的重要手段之一[1]。放射治疗的摆位准确度直接影响患者的治疗效果。图像引导放射治疗（IGRT）可以为患者提供精确的摆位及精准的治疗[2]。目前，锥形束计算机断层扫描（CBCT）是图像引导放射治疗在肿瘤治疗中应用最多的技术之一。但应用CBCT 行图像引导容易对患者造成二次辐射伤害，并且耗时长，不利于患者耐受。所以，为保证患者接受更加精准、舒适、高效的放疗方式，需采取更加科学先进的设备以提升治疗效果和效率。放疗中光学体表追踪解决方案的应用可以实现对患者不同自由度的监测，提高治疗的准确性、安全性和工作效率。光学体表引导放疗（SGRT）能够无辐射、无创、快速获得患者的体表图像，在治疗中进行全过程监控，为技术员提供连续、实时图像[3-4]。该项技术能保证技术员在患者行放疗摆位时，有效节约摆位时间，降低摆位误差，提升治疗效率。本文就光学体表追踪技术的主要应用场景、具体应用方案及技术进展等作一综述，旨为该技术应用于临床实践提供参考依据。

1 SGRT 放疗技术

放射治疗是一种安全、有效的肿瘤治疗手段。随着科技进步和医学发展，图像引导、立体定向和智能控制相结合的治疗方式将成为放射治疗的主流技术。在治疗过程中，SGRT 技术通过实时图像与参考图像进行对比，可以完成治疗前的位置验证等工作，有效提高放疗的准确定位，尽可能减少对患者的机体损伤。SGRT 技术是以提高治疗准确性为目标，将图像引导技术应用于临床放疗中的治疗方式，具有无辐射、安全、无创等特点。该技术借助三维体表成像原理，可以实时采集到患者的各种体表图像信息，为确保治疗的顺利实施提供重要的参考依据。与常规放疗技术相比，SGRT 技术的精确性高、安全性强，在临床治疗中具备一定的应用价值[5-6]。SGRT 技术的实施主要应用设备为瓦里安Vitalbeam 加速器、Sentinel/catalyst 光学体表监测系统及Eclipse 计划系统。Vitalbeam 直线加速器自带CBCT，在治疗过程中能监测到肿瘤的位置，实施精准治疗，正常组织可以避免受到过多伤害，同时支持三维适形放射治疗（3D-CRT）、调强放射治疗（IMRT）、容积调强放射治疗（VMAT）、立体定向放射治疗（SRT）等多种治疗技术，具有高精度、高智能、低损伤的特点，简而言之就是损伤少、痛苦小[7]。

2 肿瘤治疗中SGRT 放疗技术的应用

2.1 四肢肿瘤放疗

放疗中传统的靶区勾画是基于解剖结构，如体表标记、骨性标记等确定靶区范围[8]。临床上很多因素都会影响肿瘤治疗的精确性，如患者的摆位、临床体征及医生的主观因素等，光学体表追踪技术的优势在于既提高肿瘤靶区剂量又能减少周围正常组织的照射量，总的原则是要求患者体位固定重复性好以及舒适度好[9]。但是，由于四肢易活动的原因，四肢放疗摆位难度相对较大，摆位难以在治疗床中心，四肢的放疗须更加合理化才能获得最好治疗效果[10]。Gierga 等[11]使用光学体表监测系统监测了16 名骨肉瘤患者的放疗摆位情况，共计摆位236 次，分析光学体表追踪系统能否增加四肢肿瘤摆位的精确性。该研究表明分次内摆位误差小于1.3 mm，分次间摆位误差为3～4 mm，可见应用光学体表监测系统可降低四肢摆位误差。Zhou等[12]研究了四肢癌症患者的摆位精度，得出SGRT 与CBCT 的摆位有着一致的精确度，但是CBCT 辐射会对患者产生二次伤害，而SGRT 无辐射，且能够实时监控，利于患者挪动引起的误照射。对于四肢肿瘤无法行固定模进行固定的患者，可先行SGRT 摆位，再通过CBCT 进行摆位及六维床修正，在治疗中通过光学体表监测系统进行实时监控，保证患者在治疗过程中不发生意外照射。张光伟等[13]发现，对比于传统的体表标记进行精确摆位，使用光学体表监测系统自动摆位能够很好地提升摆位精度，缩短摆位时间，提升治疗效率。

2.2 体部立体定向放疗

目前肿瘤的治疗手段越来越多，但手术、放疗和化疗依然是最有效的治疗方式[14]。虽然放射治疗已经步入精确放疗时代，但分次放疗的摆位以及器官运动均可形成靶区误差，这些误差的测控与校正一直是困扰放疗界的难题。图像引导放疗能准确照射肿瘤所在地，避免或者降低正常组织损伤。体部立体定向放疗技术作为放疗领域的前沿技术，对位置和剂量精度提出了更高的要求，配合深吸气屏气技术（DIBH），患者屏气时肿瘤部位保持相对静止状态，使定向放疗更加安全有效[15]。Cui 等[16]通过研究20 例宫颈癌患者，记录了452 次的放射治疗摆位误差，发现SGRT 组在5 个空间维度上明显优于标记线组，可见光学体表监测系统能够有效改善摆位的精度。Wikström 等[17]通过对比40 例需在盆腔区域进行放射治疗的患者行SGRT 与CBCT 检测，并对位置进行移位比较，发现光学体表监测系统是CBCT 系统的有效补充，SGRT 技术在盆腔的肿瘤治疗中具有重要的临床应用价值。刘苗苗等[18]证实传统的摆位技术主要使用激光灯、真空垫及膜等工具做二维摆位，摆位精度低，可重复性差。李治斌等[19]研究证明每次“照光”都由CBCT 指导精准摆位，则治疗的精度会更高。俞泽炎[20]的研究表明SGRT 用敏锐的光代替侵入式框架和体表标记，能大大缩短患者的摆位时间，实现亚半毫米的高精准度，有效提高了患者体位摆位的精度，并减少了治疗中对患者进行体位摆位的时间，为医护和患者带来极大的治疗便利。

2.3 头颈部肿瘤放疗

光学体表引导放射治疗可通过平面影像、容积影像、标记物定位、标记物跟踪、患者体表跟踪等多种技术得以实现，能减少或消除器官移动和摆位误差等多种因素引起的治疗不确定性，精确确定放疗靶区，避免脱靶，同时使正常组织得到最大限度的保护[20]。开放式热塑膜的精度被认为是可以媲美框架式的，同时也优于头颈肩全面罩热塑膜和头颈全面罩热塑膜[21-22]。张校铭等[23-25]对头颈部肿瘤放疗中4 种不同固定技术摆位的误差情况进行了对比，发现头颈肩塑形垫+头颈肩面罩固定的重复性和稳定性最好，为进一步减少摆位误差，可以对患者使用开放式面罩固定，合并联合使用光学体表监测技术。放射治疗中，还应注意对患者的位移变化情况进行动态实时监测[26-28]。Alongi 等[29]证实在放射治疗过程中，使用非共面治疗技术能够很好地对脑部等正常组织进行保护。Wen 等[30]通过精确试验，表明了使用无框架的图像引导放射治疗定位精度能达到使用框架立体定向放射治疗的相同疗效。采用光学体表监测系统治疗在头部肿瘤中可达到精准的治疗，期间可免去面罩，减少患者不适感。Dekker 等[31]分析了30 例肿瘤患者不使用面罩直接进行全脑放疗（WBRT）的治疗方案，发现治疗效果良好，表明无面罩的WBRT 放射治疗临床应用完全可行。

3 小结与展望

随着患者医疗需求的不断提升，对放疗治疗的精确性和安全性的要求也不断提升。近年来，随着计算机技术及人工智能的引入，放射治疗计划系统和智能内置多叶光栅的加速器得到了越来越多的应用[32-33]。当今图像引导放疗时代，SGRT 作为新兴的技术，实现了对影像设备与直线加速器的有机结合，综合运用多种技术手段，提高患者摆位的准确性，使误差降至最小限度[34]。目前，SGRT 技术已经被应用到多种不同类型肿瘤患者的治疗之中，在提高治疗效果、安全性、患者舒适性等多个方面发挥出重要作用[35]。相信随着医工技术的不断发展，该技术将得到更为广泛的应用。目前，已有单位将SGRT 技术应用于质子的放疗[36]及螺旋断层放射治疗（TOMO）[37]中。随着影像技术和放疗技术的不断进步，分辨率更高的体表影像结合生物特征识别技术的放疗模式在未来将会被更广泛地应用于临床之中。