两种体位固定装置在颈部放疗中的摆位误差比较研究*

许森奎，姚文燕，严惠莲，陈佩芬，陈炫光，何汇朗，刘慧，林承光

510060 广州，中山大学肿瘤防治中心 华南国家肿瘤实验室

头颈部肿瘤是全球范围内第5大常见肿瘤，其中包括颈部肿瘤、耳鼻喉肿瘤以及口腔颌面部肿瘤3大部分[1]。头颈部解剖结构复杂，危及器官剂量要求严格，其中的颈部由于活动度大，运动维度多向，难以达到一个较理想的固定效果[2]，因此颈部放疗时固定是最为关键的环节之一。目前对颈部固定最为常见的是采用面罩或者负压真空袋以及联合两者来进行固定[3-5]，本研究采用主动塑形的发泡胶材料制作的个体化头颈垫联合头颈肩面罩来进行固定，并对比了简易头架联合负压真空袋的方法，探索发泡胶个体化头颈垫在颈部固定方面的优势。

1 资料与方法

1.1 临床资料

收集了2015年1月至2016年1月在我院采用螺旋断层放疗系统(tomotherapy,Tomo)进行颈部照射的肿瘤患者20例(鼻咽癌颈部淋巴结复发照射7例，淋巴瘤颈部淋巴结照射5例，颈段食管癌8例)。其中男性15例，女性5例，平均年龄为(48±12.8)岁(最小年龄14岁，最大年龄68岁)。

1.2 体位固定

所有患者均采用自然仰卧体位。其中10例患者采用发泡胶垫联合头颈肩热塑面罩固定，如图1，称为发泡胶组；另外10例患者采用本单位自主研发设计的简易头架(含面膜)联合体部真空袋进行固定。头部的固定主要由泡沫头枕联合热塑型头部面罩来进行固定，体部的固定由常规真空袋来固定。制定固定装置时患者平躺在未塑型的真空袋上，头部摆正躺在泡沫头枕上，在真空袋和头枕之间利用真空袋的可塑性作出吻合头枕轮廓的衔接形状，再对真空袋进行抽气固定，最后完成面罩的制作，如图2，称为真空袋组。

图1 发泡胶组固定方法

Figure 1. Immobilization by Using Polyurethane Foam Sealing Agent Pillow

图2 真空袋组固定方法

Figure 2. Immobilization by Using the Vacuum Bag

1.3 图像配准及误差数据采集

两组患者都在飞利浦直径85cm的大孔径CT(Big Bore Brilliance CT)下进行定位扫描，扫描层厚3mm，重建层厚3mm。在Tomo治疗时，治疗师为患者带好模具并摆好体位后，行图像引导兆伏级CT(Megavolt CT，MVCT)扫描，扫描范围包含整个靶区，扫描层厚为2mm，CT成像能量为3.5MV。图像配准时选择超高分辨率(super fine resolution)及骨骼和软组织(bone and tissue technique)模式与定位影像进行自动配准，配准范围为扫描的范围，配准完成后观察靶区部位的影像在横断位、冠状位和矢状位三维方向上是否与定位影像重合，必要时进行手动调整，并记录患者在左右方向(left-right，LR)、头脚方向(superior-inferior，SI)、前后方向(anterior-post，AP)及头脚方向上的旋转(Roll)误差数值。

1.4 统计学处理

比较两种体位固定的摆位误差数据时，采用独立样本t检验，P<0.05差异有统计学意义，根据外扩边界margin of planning target volume(MPTV)=2.5Σ+0.7σ算出两者的外扩边界进行对比，其中Σ为患者摆位系统误差的标准差，σ为患者摆位随机误差的标准差[6]。利用IBM SPSS 24.0计算机数据统计软件对数据进行分析。

2 结 果

2.1 发泡胶组-真空袋组摆位误差比较

发泡胶组10例患者，MVCT扫描216次。真空袋组10例患者，MVCT扫描194次。两组患者的摆位误差数据进行独立样本t检验，统计结果如表1所示。

表1 两组摆位误差比较

Table 1. Setup Errors in Two Groups

VariableScanning TimesSetup errorsLR(mm)SI(mm)AP(mm)Roll(°)Foam group216-0.64±1.550.38±1.821.77±2.540.08±0.64Vacuum group194-0.20±2.020.94±2.712.58±2.62-0.22±1.11t-2.47-2.471-3.1863.344P0.0140.0140.0020.001

由表1可知，两种不同的固定方法，在三维的线性误差和SI的旋转误差上比较差异都有统计学意义。在LR方向上，真空袋组的固定效果更优，而在其他方向以及SI的旋转误差比较上，发泡胶组则取得更好的固定效果。SI方向的旋转误差对比示意见图3。

图3 SI方向旋转误差对比

Figure 3. Superior-Inferior Rotation Errors in Two Groups

2.2 发泡胶组-真空袋组靶区外扩边界比较

根据van Herk等[6]的公式MPTV=2.5Σ+0.7σ算出两者的外扩边界进行对比，详见表2。

表2 发泡胶组-真空袋组靶区外扩边界对比(mm)

Table 2. MPTV in Foam Group and Vacuum Group (mm)

GroupVariableLRSIAPFoam groupΣ1.3761.5461.726σ0.3830.6060.537MPTV3.7084.2894.692Vacuum groupΣ1.5161.7581.946σ0.5581.2141.054MPTV4.1815.2455.603

由表2可知，发泡胶组在三维方向上的PTV靶区外扩边界都比真空袋组的小。

3 讨 论

放疗是恶性肿瘤最重要的治疗手段之一，70% 的恶性肿瘤患者在治疗的不同阶段需要接受放疗，且其中 70% 为根治性放疗[7]。随着医学影像技术和计算机软、硬件技术的飞速发展，放疗技术也经历了二维普通放疗、三维适形调强放疗、四维自适应放疗的发展过程[8]。精度更高、速度更快的肿瘤放射治疗技术对放疗过程中的体位固定、计划设计、计划实施等环节都提出了更严格的要求[9]。体位固定是放疗的第一个环节，也是贯穿整个放疗过程的重要环节，而调强放射治疗相对于常规放射治疗的优势是把剂量集中到靶区，实现形状和剂量分布上的双重适形[10]，因此体位固定的精确度对放疗的精确实施有着非常重要的影响。

断层螺旋治疗系统是当前世界上最先进的放疗设备之一，其放射治疗的特点是射野小、子野多、剂量分布精细[11]，因此每次治疗前建议进行MVCT扫描，且其扫描为极低剂量的扫描[12]，Tomo的放射源与成像源采用“同源双束”的独特结构，图像配准的系统误差较低，配准更为精确[13]。本研究采用螺旋断层治疗系统的MVCT采集颈部放疗的摆位误差数据进行研究分析。

目前国内大部分放疗单位对头颈部肿瘤放疗的固定采用头颈肩面罩进行固定，有部分单位则采用发泡胶头颈垫联合头颈肩面罩来进行固定[14-15]，而胸腹部肿瘤一般采用真空袋或体模进行固定[16-18]。无论是对头颈部的照射，还是对颈胸部的照射，颈部的固定一直是一个难题，因为颈部关节多且活动度大，难以取得较为有效的固定。目前需要对颈部进行单独照射的病种有喉癌、颈段食管癌、颈部淋巴结残留或复发等。本中心对于颈部的固定，传统采用的是简易头架加上真空袋来进行固定，这种方法即考虑了面罩对头部固定优势，又结合了真空袋对体部固定的优势，取得了颈部固定较好的效果。随着本中心发泡胶技术的开发和应用，作者单位开始尝试用发泡胶来对各部位放疗进行体位固定[19]，对于颈部的固定采用发泡胶个体化头颈垫联合头颈肩面罩进行固定。

本研究对于这两种固定方式运用了Tomo来进行摆位误差数据的收集及研究，分析数据结果显示：发泡胶组在患者的头脚方向、前后方向上固定效果均优于真空袋组。发泡胶组与真空袋组比较，发泡胶垫对于头部和颈部来说属于整体固定，而真空袋组则存在真空袋与头架之间衔接的问题。衔接则容易产生虚位，进而影响了头脚方向上的摆位误差；当操作不当衔接中间产生的虚位较大时，易对颈部产生一个拉伸作用，既影响头脚方向的误差，又改变了颈部前后方向的体位。简易头架联合真空袋在左右方向上的固定效果则优于发泡胶组，头架联合真空袋(1.2米真空袋)可以从患者头顶到臀部都形成一个限制左右方向的有效固定，而发泡胶组对于双肩以下的左右方向则没有任何的有效的固定；并且真空袋组固定可以暴露出颈部和锁骨部位的皮肤，便于在皮肤上进行划线或者打激光点做纵轴的摆位参考，这样能更为有效地限制患者左右的活动，提高左右方向的固定效果。考虑到发泡胶的可塑性较强，建议制作发泡胶垫的时候加长患者头脚方向的长度，减少颈部以下部位的左右活动度，进一步改善发泡胶在颈部左右方向的固定效果。头脚方向旋转误差Roll的比较上，发泡胶组优于真空袋组，虽然平移误差对靶区剂量分布的影响远大于旋转误差[20]，但大于1°的旋转误差则会影响95%的CTV(clinical target volume, CTV)处方剂量，发泡胶组在旋转误差Roll方面较真空袋组低。薛青等[3]学者采用个体化的负压真空袋联合面罩来进行下颈部位固定的改进，和本研究采用个体化发泡胶垫联合面罩来进行固定相似，两项研究在LR以及SI方向的误差类似，而AP方向上本研究的误差相对较大，可能由于Tomo治疗机床面比较厚重，进床过程中存在下沉现象，且下沉的程度与治疗床载重以及治疗进床的长度有关[21]，因此在AP方向上本研究的误差相对较大。

根据ICRU50号报告[22]的建议，在放疗计划设计中，为了弥补内部的器官运动、外部的摆位误差等因素影响，需要将临床靶区外扩一定边界设计为计划靶区(planning target volume, PTV)，目前大部分的临床使用的计划设计系统选择在笛卡尔维方向上实现外放[9]，许多学者提出了很多基于系统误差和随机误差进行外放距离计算的方法，其中对于头颈部应用最多的是van Herk等[6]的计算公式。本研究根据van Herk的计算公式分别计算出两种固定方式的外扩边界。发泡胶组对应的三维方向LR、SI和AP的MPTV为3.708mm、4.289mm和4.692mm，真空袋组三维方向LR、SI和AP方向的MPTV为4.181mm、5.245mm和5.603mm。发泡胶组与真空袋组比较能进一步减小颈部靶区的外扩边界，减轻周边正常组织器官的受照剂量，减轻放疗并发症。调强放射治疗的广泛应用，让更多的患者获得了更长的生存期，患者的生活质量也越来越受到重视。Balter 等[23]研究显示，当摆位误差大于1cm时会导致周围靶区丢失大于6mm，且周边的危及组织和器官会卷入高剂量的照射范围内，这样会增加患者的放疗并发症，降低患者的生活质量。而调强放射治疗靶区外扩边界的大小和体位固定技术息息相关[24-25]。通过体位固定技术的改进，提高靶区准确性的同时减低正常组织的受照剂量必将成为趋势。发泡胶技术的出现，解决了以往很多特殊部位以及特殊体位的固定难题，其主动塑形的功能，让体位固定更加舒适和适形。发泡胶与真空袋相比较，发泡胶主动塑性固定适应范围更广，例如对于四肢、手指、脚趾等特殊部位，也能形成一个局部有效的固定，且无漏气的风险，重量上较同体积的真空袋更为轻便，存储也较为安全和便利。

综上所述，针对头颈部放疗的颈部固定效果，发泡胶组在更多维度的线性误差及旋转误差方面有优势，该方法所需的外放边界更小，因此运用发泡胶头颈肩垫联合头颈肩面罩的头颈部放疗固定方法值得进一步推荐。

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