放疗体膜是什么不同体位固定方式对肺部肿瘤主动呼吸控制放疗精准度影响的研究

新闻资讯2026-04-24 03:40:03

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2022年,我国肺癌的发病率和病死率在恶性肿瘤中均居首位,全年新确诊患者达1 060 600余例,因肺癌死亡的病例高达733 000余例,其已成为恶性肿瘤最主要的致死病种。肺部是恶性肿瘤转移的首选靶器官,全身几乎所有组织器官的肿瘤均有可能转移至肺部。在早期肺癌及肺转移癌的治疗中,放疗的应用已经十分普遍,并取得了较好的治疗效果,同时其引发严重不良反应的概率相对较低。肺部的位置较为特殊,容易受到呼吸运动的显著影响。若不对呼吸运动进行干预,放疗范围将包含肿瘤移动的整个轨迹,会导致放疗剂量大幅增加。与自由呼吸状态相比,主动呼吸控制(active breathing control,ABC)技术的应用可以合理地实施呼吸运动管理,其不仅能够缩小临床靶区(clinical target volume,CTV)的范围,还能显著降低靶区周围健康组织的辐射剂量,最大限度地减少呼吸运动导致的误差,从而减轻胸部放疗过程中发生的急性不良反应,尤其是肺部急性不良反应,同时对减轻肺、心脏和食管的晚期不良反应具有关键作用。相较于利用胸部或腹部的位置变化、体表形状变化等作为呼吸运动的监测指标,以肺的通气量作为呼吸运动的监测依据在准确性上更具优势。临床医师已使用各种患者固定装置使放疗的系统误差大幅减少,但随机误差仍然是影响放疗精准度的一个重要因素。

近年来,适用于放疗的各种体位固定装置一直是研究和讨论的焦点。体位固定装置(如热塑膜)可以限制患者的移动,但其在三维方向上对摆位误差的影响仍然存在争议。此外,体重指数(body mass index,BMI)可能通过影响胸腹部的运动造成呼吸运动变化。在BMI偏高的患者中,脂肪组织可能在气道壁内发生沉积,从而影响呼吸系统的功能。同时,体重过轻和严重肥胖均与肺功能下降存在相关性。关于BMI对多种癌症放疗期间摆位误差影响的研究已有报道。

本研究综合考虑患者体位固定和BMI的差异,分析二者在肺部肿瘤ABC系统放疗中对三维方向摆位误差的影响,以期为临床开展个体化放疗提供依据。


资料与方法

放疗选择

一般资料

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收集2022年1月至2023年6月于中国医学科学院肿瘤医院采用ABC系统进行放疗的30例肺部肿瘤患者的临床资料和影像资料并进行回顾性研究,其中肺部原发肿瘤患者13例、转移患者17例,男性23例、女性7例,中位年龄66岁,范围47~79岁。

纳入标准:患者的卡氏评分≥80分;具备完全清醒且稳定的意识状态,拥有完全的自主控制能力,能够确保身体在治疗过程中保持静止,不出现不受控制的随意动作。

排除标准:脊柱畸形;无法耐受ABC技术(患者最大屏气时间<36s)。根据是否使用体膜固定将患者分为体膜固定组和非体膜固定组。根据BMI分别将体膜固定组患者和非体膜固定组患者分为BMI正常组(18.5 kg/m2≤BMI≤24 kg/m2)和BMI超重组(>24 kg/m2)。

体位固定

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所有患者均取标准仰卧位,采用颈胸一体架进行体位固定,患者双上肢上举,分别置于专用臂部支撑托架和腕关节固定装置上,左手握立柱,右手握呼吸开关装置并靠于立柱旁。根据患者的体宽和臂展对臂托进行三维(左右、头脚、腹背)方向定位调节,对臂托的支撑角度进行微调,确保患者的上肢充分展开;依据臂托的垂直高度同步调节腕托的高度,提高双上肢的稳定性;根据手臂的舒适度动态调节握杆位置,消除肢体的旋转。结合患者的身高和颈长选用适配的头枕型号并实施个性化定位,在确保摆位精度的同时提升患者治疗的舒适度。体膜固定组患者使用颈胸一体热塑体膜(广州科莱瑞迪医疗器械有限公司)进行固定( 图1A ),非体膜固定组患者不使用任何体膜进行固定( 图1B )。

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图1 体膜固定组(A)和

非体膜固定组(B)肺部肿瘤放疗患者的体位固定图

深吸气屏气(deep inspiration breath hold,DIBH)训练

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所有患者进行DIBH训练前,由主管医师协助患者观看ABC系统的指导视频,使患者对ABC系统有初步了解。采用ABC(瑞典医科达科技有限公司)系统对患者进行DIBH训练。放疗技师向患者说明放疗过程中积极配合呼吸训练的重要性,并依据患者的肺活量及其配合程度确定摆位、吸气量的阈值和屏气时间。在DIBH训练的起始阶段,保持呼气阀开启,患者重复进行深吸气,计算4~5次吸气量的均值,选择最大吸气量均值的80%作为患者放疗时的吸气量。逐渐延长患者的屏气时间,直至达到患者的最大屏气时间。患者整个DIBH训练过程均在仰卧位下进行,确定患者吸气量的阈值和屏气时间后,要求患者连续进行多次屏气,患者呈现出稳定的呼吸模式时结束DIBH训练,安排其进行CT定位。


CT定位

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患者于设定的DIBH状态下进行摆位,保持与DIBH训练时相同的吸气量完成CT(荷兰Philips公司,Brilliance Big Bore型)模拟定位扫描,扫描范围从乳突下缘开始,延伸至横隔上方。扫描参数:管电压120 kV、管电流480 mA,层厚3 mm。将CT定位图像上传至Pinncale计划系统(荷兰Philips公司)进行放疗计划的设计。

数据的采集与分析

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所有患者均于放疗前通过直线加速器(瑞典医科达公司,Versa HD型)搭载的锥形束CT(cone-beam CT,CBCT)行图像扫描,根据图像的灰度将CBCT中的靶区与CT定位的靶区自动配准,配准完成后首先由1名具有主管技师以上职称的放疗技师对CTV的配准结果进行评估,并通过手动配准对CTV进行微调,将病灶置于CTV的中心,再由1名具有副主任医师以上职称的放疗医师对CBCT的配准结果进行评估,使靶区的配准结果符合临床需要,记录左右(left-right,LR)、头脚(superior-inferior,SI)、腹背(anterior-posterior,AP)方向的摆位误差。

统计学方法

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应用SPSS 27.0软件进行统计学分析。符合正态分布的计量资料以 Σ± σ表示【Σ为系统摆位误差(个体患者误差均值的标准差, σ为随机摆位误差(个体患者误差标准差的均方根)】,组间比较采用独立样本 t检验(方差齐);计数资料以例表示,组间比较采用卡方检验。 P<0.05为差异有统计学意义。


结 果

放疗选择

临床资料

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30例患者共获取266套CBCT图像,其中体膜固定组患者129套、非体膜固定组137套。体膜固定组患者15例,其中BMI正常组7例、BMI超重组8例;非体膜固定组患者15例,其中BMI正常组9例、BMI超重组6例。由 表1 可知,体膜固定组与非体膜固定组患者临床特征的差异均无统计学意义(均 P>0.05)。

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表1 30例使用主动呼吸控制系统进行放疗的肺部肿瘤患者的临床特征(例)

体膜固定对摆位误差的影响

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与体膜固定组比较,非体膜固定组LR方向的摆位误差更小,SI方向的摆位误差更大,且差异均有统计学意义(均 P<0.05);AP方向摆位误差的差异无统计学意义( P>0.05, 表2 )。

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表2 体膜固定组与非体膜固定组肺部肿瘤放疗患者摆位误差的比较(cm, Σ± σ)

BMI对摆位误差的影响

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由 表3 可知,非体膜固定组中,BMI超重组SI方向的摆位误差大于BMI正常组,且差异有统计学意义( P<0.001),提示患者体重的增加可能会加剧呼吸运动对纵向位移的影响。体膜固定组中,BMI正常组与BMI超重组LR、SI、AR方向摆位误差的差异均无统计学意义(均 P>0.05, 表4 )。

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非体膜固定组不同体重指数肺部肿瘤放疗患者摆位误差的比较(cm, Σ± σ)

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体膜固定组不同体重指数肺部肿瘤放疗患者摆位误差的比较(cm, Σ± σ)


讨 论

放疗选择

在常规的放疗中,患者通常处于自由呼吸状态,此时,由于呼吸运动的影响,肿瘤的位置会发生一定的变化。肺下叶肿瘤在呼吸过程中的运动幅度显著大于肺上叶、肺中叶的肿瘤。为了确保肿瘤区域在患者不同的呼吸阶段均能获得足够的放疗剂量,同时避免周围正常组织受到过多照射,本研究采用DIBH训练使肺部肿瘤在接受照射时处于相对静止状态,患者通过维持特定的吸气量并暂时屏气,能够使胸腔体积增大,从而使靶区与周围危及器官之间的距离显著增加。此外,患者在屏气状态下呼吸运动停止,肿瘤位置相对固定,其在照射过程中的位移范围明显减小,可以适当缩小照射的外扩范围,即缩小计划靶区(planning target volume,PTV)的外放边界,从而提高放疗的精准度,减轻对周围正常组织的损伤。如何有效地减小放疗的摆位误差,精准地评估其对放疗效果的影响,已成为当前研究的热点,同时也给临床医师和放疗技师开展肿瘤放疗的研究带来了诸多挑战。在临床实践中,由于肺部肿瘤患者的肿瘤位置各异,接受的治疗方式也不尽相同,因此需要放疗技师根据患者的具体情况使用多种个体化的体位固定模具,以满足不同的治疗需求。

呼吸运动管理是肺部肿瘤放疗的关键环节。在放疗过程中,呼吸运动会导致肿瘤的位置发生显著变化,从而影响放疗的精准度。肺部肿瘤放疗的个体化需求也对体位固定模具提出了更高要求。患者的体型、肿瘤位置、呼吸模式等因素均会影响体位固定模具的选择和设计。常用的体位固定模具包括头颈肩膜、体膜、颈胸一体热塑膜、真空袋、发泡胶等。与传统放疗相比,精准放疗对摆位误差的要求更高。研究结果表明,与自由呼吸状态相比,ABC系统可有效减少肺癌放疗中与呼吸运动相关的摆位误差,肺部呼吸运动的幅度可平均降低18%~25%,能够有效减少肺部正常组织的辐射剂量。

体膜固定对摆位误差的影响

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体膜固定通过约束患者身体的运动提高摆位的稳定性。相关研究结果证实,不同体膜固定装置对摆位误差存在显著影响,相较于其他体位固定装置,热塑膜具有更高的定位精准度。Khosa等指出,无论CBCT与定位CT配准时的参考基准为植入标记还是骨骼标记,放疗患者在SI方向的摆位误差均最为明显,其次为AP方向,这与Osei等的研究结果一致。Osei等发现,对于采取仰卧位并使用热塑膜固定进行放疗的患者,其SI、AP方向的摆位误差最明显。进一步的研究结果表明,SI方向的摆位误差最为明显的主要原因是热塑膜在SI方向提供的稳定性相对较差。本研究中,非体膜固定组的患者均能够确保身体在治疗过程中保持静止、无不受控制的随意动作,能够保障放疗的精准实施与良好的治疗效果。本研究结果表明,使用ABC系统进行放疗时,非体膜固定组LR方向的摆位误差显著减小,而SI方向的摆位误差增加,与上述部分研究结果一致,这可能是由于SI方向是呼吸运动的主方向,膈肌收缩会导致肺部产生SI方向的位移。呼吸时胸廓横向扩张,尤其在深吸气时肋间肌的活动也可能加大肺部的侧向位移,反复的呼吸运动会导致热塑膜材料发生变形,降低对胸廓LR、AP方向的约束力。体膜固定可能会受到热塑膜材料刚性的限制,导致LR方向的摆位误差增加,这可能与患者在LR方向的运动受到限制,导致体位的微小变化更不容易被放疗技师发现有关。此外,使用热塑膜进行体位固定时,热塑膜本身施加的压力刺激(如局部挤压)可能会使其与患者的体表接触时产生明显的温差,导致患者产生不自主的体位移动。体膜完全覆盖并固定患者的治疗部位,遮挡了实时体位监测的视野,导致放疗技师无法及时识别并校正此类体位偏移,最终造成摆位误差增大,影响放疗靶区的精准照射和剂量分布。

BMI对摆位误差的影响

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目前,研究人员对于BMI对放疗摆位误差的影响存在分歧。Johansen等认为,BMI对放疗摆位误差无显著影响。而Rao等的研究结果表明,BMI与放疗患者的总摆位误差存在相关性。事实上,BMI也是影响放疗摆位误差的重要因素。Luo等发现,随着BMI的增加,摆位误差可能会逐渐增大,超重组和肥胖组患者LR方向的摆位误差显著高于体重正常组患者。本研究结果表明,非体膜固定组中,BMI超重组患者SI方向的摆位误差高于BMI正常组,与Luo等的研究结果一致。这一现象可能与胸腹部脂肪组织对呼吸运动的缓冲效应减弱有关。研究结果表明,皮下脂肪层厚度、重力作用、肌肉张力、体位舒适度及患者自我控制能力等多种因素均可影响放疗体位的可重复性 。BMI超重及肥胖患者皮下脂肪组织增厚,在呼吸过程中,他们胸腹部的运动幅度通常更大,可能更易导致在仰卧位时SI方向发生位移。同时,较厚的皮下脂肪的移动也可能带动患者体表标记物的位置发生变化。因此,针对BMI超重患者,临床实践中需着重监测其在SI方向的位移变化,并在必要时考虑扩大PTV的外放边界,以确保放疗的精准度。

体膜固定方式和BMI对采用ABC系统的肺部肿瘤放疗患者的摆位误差在三维方向存在影响。为了提高放疗的精准度,尽量减少正常组织和危及器官的受照剂量,PTV的外放边界应根据不同医疗机构的放疗条件确定。临床医师应根据患者的个体情况动态调整PTV的外放边界。体重较大的患者应增加CBCT扫描的频次,最大程度地减少摆位误差对放疗精准度的影响。此外,ABC系统虽能抑制呼吸运动,但仍需结合影像引导技术(如CBCT)对CBCT图像与CT定位图像进行校准,并结合体表光学引导放疗进行监测,以减小摆位误差的影响。




内容来源:

陈欢,张彦新,冯鑫,等. 不同体位固定方式对肺部肿瘤主动呼吸控制放疗精准度影响的研究. 国际放射医学核医学杂志,2025,49(09):596-602. DOI:10.3760/cma.j.cn121381-202506022-00571

作者:陈欢 张彦新 冯鑫 张伟 魏国友 李朝辉 郇福奎 刘文扬 

编辑:Ricker

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