光学体表监测技术引导的放射治疗应用现状与前景

光学体表监测技术(surface guided radiation therapy,SGRT)是一种在放射治疗过程中对患者进行连续体位监测的无辐射、无创性技术,通过先进的3D光学表面定位及追踪技术,快速获取患者的体表轮廓信息,生成高精度的3D体表轮廓,可在放射治疗期间对患者进行实时监测,保证放射治疗的精准性。SGRT已广泛应用于乳腺、颅内、头颈和四肢等不同部位肿瘤的放射治疗中,其优势在于减少初始摆位误差、实时监测治疗过程,并与呼吸门控和深吸气屏气治疗技术相结合。SGRT还可通过减少锥形束CT的使用进而降低辐射剂量,提高患者应用固定装置的舒适性,提升临床工作效率和安全性等。本文阐述SGRT常用系统及其临床应用,并探讨其局限性和未来发展前景。

光学体表监测系统引导VMAT技术在全身放射性治疗的应用

目的:建立光学体表监测系统(OSMS)引导容积旋转调强(VMAT)技术应用于全身放射性治疗(TBI)的基本流程,评价OSMS在放疗前分次间辅助摆位和放疗中分次内实时监测位置误差的精确性和有效性。方法:回顾分析造血干细胞移植前清髓接受OSMS引导VMAT-TBI的白血病患者15例,CT模拟定位,分别在头先进仰卧位(HFS)和脚先进仰卧位(FFS)采集全身图像数据,传输至治疗计划系统进行图像融合、多中心VMAT放疗计划设计及剂量验证,处方剂量为800 cGy/4F,一天两次。放疗前采用OSMS辅助摆位,CBCT进行位置验证,治疗中应用OSMS监控,通过分析离线日志文件获得OSMS实时监测的分次内误差。结果:HFS模式计划靶区的平均剂量和覆盖率分别为(905.4±19.0)cGy和(93.0±2.8)%;危及器官肺和肾脏平均剂量分别为(603.7±55.7)cGy和(600.4±49.6)cGy;晶体最大受照剂量为(393.9±58.9)cGy。FFS模式计划靶区的平均剂量和覆盖率分别为(888.5±58.9)cGy和(94.0±3.2)%;衔接处的最大剂量为(1148.9±72.9)cGy。单次放疗实施时间为(75.1±15.1)min。放疗前OSMS辅助摆位,CBCT三维矢量总偏差在平移方向和旋转方向分别为(2.71±1.96)mm和(0.91±0.90)°。在放疗中OSMS监测的分次内运动幅度平移方向三维矢量偏差为(1.95±1.88)mm,其中偏差在1 mm以内的在LNG、LAT和VRT方向上占比分别为57.5%、79.7%和62.1%;旋转方向三维矢量偏差为(0.76±0.72)°,其中偏差在1°以内在Rtn、Pitch和Roll方向上占比分别为93.1%、85.7%和94.3%。结论:VMAT简化TBI流程,同时提高靶区的覆盖率并较好地保护危及器官;采用OSMS可减少位移误差特别是旋转误差,为保障TBI精确实施和患者的安全性,有必要联合OSMS进行辅助摆位和分次内位置监测。

CBCT和光学体表监测系统在左侧乳腺癌深吸气屏气放疗摆位误差比较

目的:基于CBCT图像配准和光学体表监测系统(optical surface monitoring system,OSMS)比较两种体位固定方式在左侧乳腺癌深吸气屏气(deep inspiration breath hold,DIBH)调强放疗中的摆位误差。方法:选取2019年10月—2021年12月南昌大学第一附属医院收治的50例左侧乳腺癌放疗患者,采用随机数字表法分成A组和B组各25例。A组采用Klarity多功能体位固定板,B组采用Klarity多功能体位固定板结合头颈肩部塑形垫固定,两组患者均采用DIBH模式进行全乳放疗。应用CBCT在前3次放疗及以后的每周进行1次摆位验证,CBCT扫描与模拟定位CT配准记录得到误差数据,比较两组摆位误差的差异。治疗全程采用光学体表监测系统(Optical surface monitoring system,OSMS)在线监测。结果:B组在Lat(左右)、Lng(进出)、Pitch(侧倾)、Roll(纵倾)、Rtn(旋转)6个维度方向的配准误差小于A组的摆位误差,差异有统计学意义(P<0.05);两组在Vrt(升降)的摆位误差比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论:使用多功能体位固定板结合头颈肩部塑形垫固定技术能够降低左侧乳腺癌放疗患者的摆位误差,推荐使用多功能体位固定板结合头颈肩部塑形垫固定和DIBH技术对左侧乳腺癌患者进行放疗。

光学体表监测系统在乳腺癌改良根治术后放疗中的应用研究

目的利用光学体表监测系统(optical surface monitoring system,OSMS)对颈胸一体架固定下乳腺癌改良根治术后放疗患者进行辅助摆位,研究其对锁骨上下区摆位误差及肩锁关节摆位重复性的影响。方法选取2021年5月至8月于中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院接受乳腺癌改良根治术后放疗的患者32例,通过OSMS辅助摆位,应用“Treatment”功能校正患者手臂等部位位置和身体角度以提高摆位精准性。治疗过程中使用OSMS辅助摆位(OSMS辅助摆位组)和仅使用体表标记线常规摆位(常规摆位组)依次交替进行,将加速器机载锥形束CT(cone-beam CT,CBCT)扫描获取的图像与模拟定位CT图像进行配准,记录患者X(左右方向)、Y(头脚方向)和Z(腹背方向)轴以及3个绕轴旋转方向Rx、Ry和Rz的摆位误差,并分别测量肩锁关节的移动幅度和三维空间位移,对误差值进行分析计算。统计学分析采用配对样本t检验与秩和检验。结果入组32例病例,共行142次CBCT扫描和142次OSMS+CBCT扫描。OSMS辅助摆位组和常规摆位组在X、Y以及Z轴方向上的平移摆位误差分别为(0.17±0.12)cm和(0.21±0.15)cm(P=0.394)、(0.14±0.13)cm和(0.24±0.19)cm(P=0.026)以及(0.13±0.12)cm和(0.19±0.21)cm(P=0.591),在Rx、Ry和Rz方向上的旋转摆位误差分别为(0.60±0.52)°和(0.51±0.52)°(P=0.344),(0.61±0.60)°和(0.75±0.71)°(P=0.195),(0.65±0.62)°和(0.85±0.65)°(P=0.025)。两组肩锁关节的动度ΔX、ΔY以及ΔZ分别为(0.12±0.10)cm和(0.13±0.10)cm(P=0.546)、(0.10±0.13)cm和(0.10±0.12)cm(P=0.565)以及(0.11±0.12)cm和(0.12±0.13)cm(P=0.009);肩锁关节的空间位移分别为(0.16±0.14)cm和(0.17±0.13)cm(P=0.066)。结论应用OSMS光学体表摆位可以减小头脚方向的平移摆位误差,减小肩锁关节在腹背方向的动度和空间位移。

光学体表监测系统与传统体表标记线在乳腺癌术后放疗颈胸膜固定中的应用效果

目的比较光学体表监测系统(OSMS)与传统体表标记线在乳腺癌术后放疗颈胸膜固定中的应用效果。方法选取2019年9月至2020年9月于三明市第二医院行乳腺癌术后放疗的90例患者为研究对象,按照随机数字表法分为对照组(44例)和试验组(46例)。对照组行传统体表标记线颈胸膜固定摆位,试验组行OSMS颈胸膜固定摆位,比较两组的配准误差,统计误差分布频值,分析临床靶区-计划靶区(CTV-PTV)外扩程度。结果两组左右(X轴)、上下(Y轴)、旋转(Rotation)及滚动(Roll)方向的配准误差比较,差异均无统计学意义(P>0.05);试验组前后(Z轴)、前倾(Pitch)方向的配准误差均低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。两组X轴、Y轴、Rotation、Pitch及Roll方向的误差分布频值比较,差异均无统计学意义(P>0.05);试验组Z轴方向的误差分布频值高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。试验组Z轴的外扩距离显著小于对照组。结论将OSMS应用于乳腺癌术后放疗颈胸膜固定中,明显提升了Z轴、Pitch方向的摆位精度,且Z轴方向的外扩距离更短。

光学体表监测系统(OSMS)在胸部肿瘤放疗摆位中的临床应用

目的:探讨和评估光学体表监测系统(optical surface monitoring system,OSMS)在胸部肿瘤放疗摆位中的临床应用。方法:选取胸部肿瘤放疗患者40例共160例次放疗摆位(首次放疗摆位不计)。将160例次摆位分为两组:对照组80例次摆位以体表激光线标记为准进行摆位,然后行锥形束CT(cone beam,CBCT)扫描,经图像配准之后得出并记录六维摆位偏差;实验组80例次摆位在首次治疗摆位时以CBCT为基准获取OSMS体表图像(VRT)作为参考图像,在后续摆位时以VRT为准进行OSMS摆位,然后行CBCT扫描经过图像在线配准后得出并记录六个维度摆位偏差。对比并分析两组摆位的系统偏差、随机偏差、最大偏差、残余误差率以及摆位时间。结果:对照组在Vrt、Lat、Lng、Roll、Pitch、Rtn维度上的偏差分别为(0.11±0.21)cm、(0.04±0.25)cm、(0.10±0.28)cm、(0.20±1.25)°、(0.14±0.88)°、(-0.12±1.04)°,实验组则分别为(0.01±0.17)cm、(0.03±0.12)cm、(0.02±0.11)cm、(-0.04±0.79)°、(0.21±0.66)°、(0.23±0.63)°。对照组在Vrt、Lat、Lng、Roll、Pitch、Rtn维度上的最大摆位偏差分别为(0.5/-0.5)cm、(1.0/-0.7)cm、(0.8/-0.4)cm、(3.4/-3.4)°、(1.9/-2.2)°、(2.4/-2.5)°,实验组则分别为(0.24/-0.3)cm、(0.3/-0.32)cm、(0.26/-0.36)cm、(2.5/-2.0)°、(1.9/-1.7)°、(1.4/-2.7)°。在Vrt、Lng和Rtn维度上,两组间的摆位偏差差异有统计学意义(P<0.05)。结论:将OSMS技术应用于胸部肿瘤放疗之中能够改善系统偏差、随机偏差、最大偏差和残余摆位误差率,并且增加的治疗时间在可接受范围内。

光学体表监测系统在乳腺癌术后放疗颈胸膜固定中的应用

目的建立光学体表监测系统(OSMS)在乳腺癌术后患者放疗颈胸膜固定中的摆位流程,与传统体表标记线摆位方式的摆位精度及其计划靶区体积(PTV)外放边界进行比较。方法回顾性分析2019年3月至2019年8月于北京大学肿瘤医院行乳腺癌放疗的20例患者摆位数据,根据摆位方式分为OSMS摆位组和传统体表标记线摆位组,每组10例。通过锥形束CT(CBCT)刚性配准靶区微调后获取床左右(x轴向)、升降(y轴向)、进出(z轴向)、床旋转(Rtn)、进出倾斜(Pitch)、左右转动(Roll)配准误差;采用独立样本t检验和χ^2检验分别统计误差绝对值和误差分布;最后由PTV外扩公式计算CTV-PTV外扩范围。结果OSMS组和传统体表标记线组6维度配准误差取绝对值后平均值依次为0.18和0.18 cm、0.12和0.13 cm、0.13和0.23 cm、0.55°和0.74°、0.63°和0.99°、0.67°和0.68°;标准差依次为0.13和0.12 cm、0.09和0.09 cm、0.11和0.16 cm、0.37°和0.55°、0.53°和0.65°、0.42°和0.55°。两组病例摆位误差在z和Pitch方向差异均具有统计学意义(t=3.53、2.98,P<0.05),两组z方向误差分布差异具有统计学意义(χ^2=11.090,P<0.05)。OSMS组和传统体表标记线组x、y、z轴向CTV-PTV外放边界分别为0.28和0.26 cm、0.21和0.20 cm、0.24和0.35 cm。结论建立和应用OSMS引导乳腺癌术后患者摆位流程,其摆位精度整体优于传统体表标记线摆位方式,且在z、Pitch方向摆位精度提升显著,z方向PTV外扩边界明显缩小,具有临床应用价值。

一种基于光学体表监测技术的新型摆位方法在头部放疗中的应用

目的提出一种基于光学体表监测技术的新型摆位方法,并对比分析其在头部放疗中与传统摆位方法的差异。方法通过图像引导配准结果回顾性分析2018年5月至2019年4月北京大学肿瘤医院放疗科99例头部肿瘤患者358次摆位数据,其中传统摆位方法130次(41例),新型摆位方法228次(58例)。对比摆位误差分布情况、异常摆位个数、摆位时间等指标评估新型摆位法的优势。结果新型摆位方法3个线性方向即升降(Vrt)、头脚(Lng)、左右(Lat)摆位误差绝对化后分别为(0.07±0.07)、(0.08±0.06)、(0.06±0.06)cm,3个旋转方向即偏转角(Rtn)、俯仰角(Pitch)、翻滚角(Roll)摆位误差绝对化后分别为(0.53±0.41)°、(0.59±0.44)°、(0.59±0.46)°。其摆位精度相对于传统方法组均有不同程度的改善,且差异均具有显著的统计学意义(t=3.24~6.10,P<0.001)。同时,新型摆位方法与传统摆位方法比较,异常摆位次数大幅降低,差异具有显著的统计学意义(χ^2=60.66,P<0.001),且摆位时间有所降低,但差异无统计学意义(P>0.05)。结论基于光学体表监测技术的新型摆位方法有效提高了头部肿瘤放疗患者的摆位精度,显著缩小了6自由度床修正范围,大幅度降低了异常摆位概率,提示在头部放疗中具有潜在的临床获益。

AlignRT系统光学体表的验收和服役测试

目的本文主要研究AlignRT系统性能的验收和服役测试,以确保治疗过程中的患者位置和实时运动监测的精确性和可靠性。方法参考国家和国际相关标准,对AlignRT的系统配置、系统校准、性能测试以及完整的端对端试验进行检测和评估。结果各指标均符合相关标准,结果显示:①热稳定性起始800 s内在y和z轴方向有0.5 mm漂移,800 s后逐渐稳定,其他四个方向热稳定性能较好,漂移不明显;②机架旋转遮挡摄像单元最大偏差仅为0.19 mm;③环境照明性能稳定,六维方向变化均为0;④相对位移测试在y轴方向偏差最大,仅为0.03 mm;⑤治疗床角度依赖小,仅在90°时Roll方向偏差值最大,为0.3°;⑥针对多中心治疗计划,AlignRT监测精度在亚毫米级别。结论AlignRT系统的性能测试结果显示,能够保证治疗过程中的患者位置和实时监测的精确性。对于系统校准,建议每月至少一次平板校准和模体校准,每日进行日常质量控制,确保AlignRT与直线加速器辐射等中心的偏差值降到最低。根据临床需求,建议对立体定向放射外科计划进行端对端试验,确保光学体表监测系统的总体精度在阈值范围内。

Catalyst HD光学体表引导发泡胶固定乳腺癌调强放疗摆位精度的研究

目的探讨光学体表成像在发泡胶固定的保乳调强放疗中的辅助摆位功能及其观察区域对摆位精度的影响。方法选择2020年5月至2021年7月在中山大学肿瘤防治中心接受调强放射治疗的乳腺癌患者34例。每次治疗前按照体表标记线摆位后,利用光学体表监测系统(C⁃RAD Catalyst HD)辅助校正摆位,最后使用锥形束CT(Cone Beam CT,CBCT)进行体位验证。按照光学体表监测感兴趣区域(region of interest,ROI)分单患侧ROI与双侧ROI,记录按标记线摆位后的治疗床床值、Catalyst HD校正后的治疗床床值及CBCT验证后的体位误差数据。将按体表标记线摆位误差与Catalyst HD校正摆位误差、单患侧ROI摆位误差与双侧ROI摆位误差进行t检验分析。结果体表标记线摆位与光学体表辅助摆位在左右、头脚、腹背方向的摆位误差取绝对值后分别为(2.21±2.14)、(2.46±2.22)、(3.33±2.43)mm和(1.42±0.99)、(1.31±0.86)、(1.38±1.06)mm,t值为(LR:-3.473;SI:-4.895;AP:-3.438),均P<0.05。单患侧ROI和双侧ROI在左右、头脚、腹背方向三维线性误差分别为(1.59±1.23)、(1.41±1.02)、(1.50±0.93)mm和(1.71±1.22)、(1.89±1.29)、(1.31±1.71)mm;三维旋转误差分别为[Rtn:(0.53±0.49)°;Roll:(0.77±0.75)°;Pitch:(0.71±0.68)°]和[Rtn:(0.45±0.49)°;Roll:(0.95±0.75)°;Pitch:(0.71±0.69)°],其AP以及Roll中P<0.05,t值为(AP:0.005;Roll:0.003)。结论Catalyst HD可以提高发泡胶固定乳腺癌保乳术后调强放疗摆位精度,在选择光学体表监测系统监测的感兴趣区域时建议选择双侧ROI。

年龄因素对光学体表追踪系统AlignRT引导下乳腺癌术后放疗患者摆位误差影响研究

目的分析年龄因素对光学体表追踪系统AlignRT引导下乳腺癌术后放疗中摆位误差和摆位一致性的影响。方法回顾性分析52例使用AlignRT辅助摆位的乳腺癌患者病例数据。按患者中位年龄分为两组,其中低龄组(≤47岁)25例,高龄组(大于47岁)27例,将CBCT六维方向的配准误差绝对值记为摆位误差;取CBCT误差在六维方向减AlignRT误差后取绝对值用于对比摆位一致性。比较年龄因素对摆位误差和摆位一致性的影响。结果摆位误差除Z方向外低龄组均优于高龄组,X、Z方向差异有统计学意义(P<0.05)。摆位一致性除z方向外低龄组均优于高龄组,X、Y、Roll方向差异有统计学意义(P<0.05)。结论AlignRT引导乳腺癌术后放疗摆位误差符合临床要求;低龄乳腺癌病例的整体误差相对较小,且AlignRT与CBCT的一致性整体优于高龄患者,在AlignRT引导的摆位中可以获得更多治疗增益;高龄乳腺癌患者在使用AlignRT引导摆位时应合理的使用CBCT进行摆位误差监控与校准。

头部肿瘤放疗体表光学监测技术临床应用

目的 体表光学追踪技术可用于放疗中患者位置监测。本研究探讨体表光学监测技术在头部肿瘤放疗中的临床应用。方法 选取2017-11-06-2018-03-30华中科技大学同济医学院附属同济医院肿瘤科21例头部肿瘤放疗患者,在EDGE直线加速器治疗机上,采用发泡胶个体化头枕和热塑面罩实施体位固定,以激光灯和面罩标线预摆位,再调用医学数字成像和通讯(digital image and communications in medicine,DICOM)影像行体表光学系统精确摆位,采集锥形束CT(cone beam CT,CBCT)影像后行此影像与CT定位影像配准,校正后的误差在设定允许误差范围内后,获取体表参考影像定义为Vision RT影像,作为当次治疗体表光学监测参考影像,在加速器出束治疗过程中,行体表位置光学监测,治疗结束行CBCT影像验证。记录各组数据,数据采用配对t检验。结果 以DICOM影像为参考影像体表光学监测结果在X、Y和Z轴平移方向分别为(0.76±0.48)、(0.71±0.43)和(0.69±0.42)mm,旋转方向分别为(0.98±0.47)°、(0.61±0.38)°和(0.67±0.42)°,治疗前CBCT位置验证结果在X、Y和Z轴平移方向分别为(0.86±0.59)、(1.19±0.90)和(0.61±0.55)mm,旋转方向分别为(0.56±0.44)°、(0.63±0.44)°和(0.50±0.30)°,两者在X轴旋转、Y轴平移、Z轴旋转和平移t值分别为7.05、4.97、2.29和2.13,差异有统计学意义,P值分别为0、0、0.02和0.03,在X轴平移和Y轴旋转t值分别为1.4和0.72,P>0.05,差异无统计学意义;治疗过程中以Vision RT影像为参考影像行分次内体表位置光学监测,其结果与CBCT位置验证的结果t值分别为0.04、0.41和0.58,差异无统计学意义,P值分别为0.97、0.68和0.57。结论 体表光学监测性能可靠,无辐射,不增加头部肿瘤患者放疗过程中的辐射剂量,采集Vision RT影像作为参考影像有助于监测头部肿瘤放疗分次内的靶区部位的位置变化。用于指导分次间的摆位有待进一步研究。

OSMS在乳腺癌术后放疗临床应用中体位固定方式优选研究

目的光学体表监测系统(Optical Surface Monitoring System,OSMS)在乳腺癌术后放疗应用中,通过对比真空垫和颈胸膜两种固定方式条件下锥形束CT(Cone Beam CT,CBCT)的摆位误差和OSMS相对于CBCT方式的摆位一致性,确定优选固定方式。方法回顾性分析52例利用OSMS系统摆位的乳腺癌患者病例数据,其中真空垫固定组(A组)24例,颈胸膜固定组(B组)28例,将CBCT与定位CT配准误差记为摆位误差;取OSMS得到的六维配准误差与CBCT配准结果的差值,绝对化后用于量化摆位一致性。比较两种固定方式的摆位误差和摆位一致性的差异及其累积分布情况。结果摆位误差除z方向外,A组均优于B组,x、z方向差异有统计学意义(P<0.05);摆位一致性除z方向外,A组均优于B组,x、y、z、Pitch、Roll方向差异有统计学意义(P<0.05);摆位误差累积分布除z方向外,A组均优于B组,z方向具有统计学差异(P<0.05);摆位一致性累积分布除z方向外,A组均优于B组,x、y、Rtn、Pitch、Roll方向具有统计学差异(P<0.05);6维方向摆位一致性累积分布A组优于B组(P<0.05)。结论乳腺癌术后放疗OSMS摆位两种体位固定方式均可满足临床要求;相对于OSMS摆位颈胸膜固定,真空垫固定方式的摆位一致性整体优于前者,一定程度上减小了摆位误差,并可在治疗中实时监测,可使患者受益,应予以优先使用。

光学体表引导技术在放射治疗中的应用进展

摆位误差是放射治疗误差中的重要部分,也是当前精准放疗中需要重点考虑的因素。近年来,光学体表监测系统逐渐在临床放疗中作为图像引导系统使用,表现出无创、无辐射、实时的独特之处。并且其与锥形束CT引导系统结果展现出了较强的一致性。本文回顾了光学体表引导技术在临床中的主要应用方面和应用效果,为临床研究提供参考依据。

基于不同呼吸方式对左侧乳腺癌放疗摆位误差分析

目的:比较分析光学体表监测系统(OSMS)引导下的深度吸气屏气(DIBH)技术与常规自由呼吸(FB)技术在左侧乳腺癌放疗中的摆位误差。方法:选择2019年8月~2021年8月在复旦大学附属肿瘤医院放射治疗中心治疗的40例左侧乳腺癌患者并分为两组:对照组采用FB技术;观察组采用结合光学体表图像引导放疗(SGRT)的DIBH技术,采集并统计各病例前五次锥形束CT(CBCT)扫描图像配准误差。结果:对40例患者200套CBCT图像分析,对照组患者在左右方向(LAT)、头脚方向(LNG)与腹背方向(VRT)的平均误差分布为>7mm:5%、5%和5%;5~7mm:15%、20%和10%;<5mm:80%、75%和85%;观察组患者各方向的平均误差分布均<5mm。首次验证时,观察组LAT误差小于对照组(P<0.05),LNG与VRT无差异(P>0.05);第二次验证时,观察组LAT与LNG误差均小于对照组(P<0.05),VRT无差异(P>0.05);观察组后三次影像验证时,各方向误差均小于对照组(P<0.05);平均误差比较时,观察组各方向误差均小于对照组(P<0.05);全组首次与后四次影像验证误差比较均无差异(P>0.05),其中观察组误差波动更小。结论:左侧乳腺癌患者在放射治疗中使用深吸气屏气呼吸时误差小,重复性优于自由呼吸,且随着疗程进展仍然持续保持稳定。