质子重离子治疗中特制口咬器对颈椎及头颈部固定效果的研究.pdf

136癌 症 2 0 2 3年 第 4 2卷 第 3 期*通讯作者：李永强，上海市质子重离子医院放射物理科，上海市放射肿瘤学重点实验室（20dz2261000），上海质子重离子放射治疗工程技术研究中心，上海 201321，中国质子重离子治疗中特制口咬器对颈椎及头颈部固定效果的研究谢文波，李永强*原创论著【摘要】背景与目的 头颈部肿瘤放疗中，颈部因活动性较大，与头部的相对位置不容易固定。本研究旨在探讨质子重离子治疗中，特制口咬器对颈椎及头颈部固定效果的影响。方法 选取40例鼻咽癌患者，其中20例使用口咬器（口咬器组），另20例不使用口咬器（对照组）。治疗前对治疗部位拍摄验证片，分别拍摄200组，与定位电子计算机断层扫描（computed tomography，CT）图像进行配准，对数据进行记录并进行t检验分析。结果 口咬器组与对照组在左右（Lat）、头脚（Long）、背腹（Vert）、偏转角（Iso）、仰俯角（Pitch）、翻滚角（Roll）6个方向上的位移均值（有正负）分别为（-0.5 2.5）mm、（-0.5 2.2）mm，P=0.48；（0.3 1.9）mm、（-2.6 1.7）mm，P=0.001；（0.4 1.3）mm、（-1.0 1.3）mm，P=0.005；（0.44 0.66）、（0.08 0.53），P=0.08；（-0.02 0.58）、（-0.63 0.45），P=0.007；（-0.08 0.60）、（0.16 0.54），P=0.07。在6个方向上的位移绝对值均值（无正负）分别为（2.6 1.7）mm、（2.6 1.7）mm，P=0.46；（2.2 1.4）mm、（3.2 1.9）mm，P=0.03；（1.4 1.0）mm、（2.1 1.6）mm，P=0.047；（0.76 0.50）、（0.72 0.43），P=0.36；（0.53 0.40）、（0.88 0.53），P=0.01；（0.54 0.41）、（0.56 0.43），P=0.38。口咬器组与对照组在左右、头脚、腹背方向 3 mm，在偏转角、仰俯角、翻滚角方向 1的患者占比分别为63.5%、63.5%，P=0.35；72.5%、61.5%，P 0.001；86.5%、79%，P=0.07；75.5%、79%，P=0.06；85.5%、69%，P=0.04；85.5%、85.5%，P=0.09。结论 质子重离子治疗中，特制口咬器可提高对颈椎及头颈部的固定效果。【关键词】质子重离子治疗；口咬器；颈椎；稳定性；鼻咽癌放射治疗作为鼻咽癌的主要治疗方法，其目的是保证杀死癌细胞的同时，最大限度地保护周围正常组织1,2。随着现代医学技术的不断发展，粒子治疗可降低鼻咽癌放疗的副作用，提高了鼻咽癌患者的5年生存率35。质子重离子具有独特的物理特性，即具有剂量梯度较为陡峭的布拉格峰和优越的放射生物学特性6。我院质子重离子治疗使用的是笔形束扫描技术，对肿瘤位置的变动非常敏感，会因照射点位置误差导致较大的剂量误差7。因此，在日常质子重离子治疗中对摆位以及模具的固定要求更高。鼻咽癌（带颈部淋巴结清扫）质子重离子治疗的难点之一是颈椎与头部相对位置的重复性。然而，在鼻咽癌粒子治疗中，口咬器对颈椎及头颈部137癌 症 2 0 2 3年 第 4 2卷 第 3期的固定效果的影响目前尚无相关报道。本研究通过分析以头部配准后颈椎的误差数据，明确口咬器对颈椎以及头颈部相对位置的固定效果的影响。1 患者与方法1.1 病例选取选 取 2 0 1 7 年 我 院 收 治 的 鼻 咽 癌 患 者 4 0例，所有患者均需进行颈部淋巴结清扫，卡氏评分（karnofsky，KPS）90，功能状态评分（performance status，PS）1，治疗计划为28次质子5次重离子，总剂量为73.5 GyE。其中，男性21例，女性19例；患者年龄1969岁，中位年龄为43.5岁，平均年龄为（45.1 12.6）岁；口咬器组平均年龄为（44.9 12.5）岁，对照组平均年龄为（45.3 12.8）岁；口咬器组拍摄kV级X线摄片200次，对照组拍摄kV级X线摄片200次，靶区均包含头部与颈部，颈部靶区均包含至下颈部。1.2 特制口咬器和体膜的制作 口咬器的材料为硅胶和Klarity的无网格热塑膜，根据患者张口程度选择不同厚度的硅胶，用Klarity的热塑膜将硅胶围绕包裹一圈（图1）。将碳纤维头颈肩板置于定位床上，防水布袋平铺于头颈肩板，将富瑞发泡剂A料和B料混合摇匀30下，10 s内将混合液从防水布袋口倒入。让患者平躺床板上，待发泡剂膨胀起来后紧贴患者，使其更适形。待发泡剂膨胀塑形后，修理其边缘使其更加规则。对于需要口咬器的患者，用67oC热水将预先准图 1 两种固定方式及特制口咬器 A：无口咬器面罩；B：有口咬器面罩；C：口咬器；D：头颈部肿瘤固定装置（发泡剂+头颈肩面罩）。138癌 症 2 0 2 3年 第 4 2卷 第 3 期备好的口咬器烫软，让患者张口咬住口咬器，确保舌体完全在口咬器下方并咬出牙印，舌尖顶至下牙槽，待冷却后，采用头颈肩面罩固定（图1）。1.3 模拟定位与实施将患者用发泡剂和头颈肩面罩固定，均为仰卧位，双手置于体侧。使用西门子电子计算机断层扫描（computed tomography，CT；Somatom Definition AS，Siemens，德国）对患者进行扫描，扫描范围为头顶至锁骨头下缘，扫描层厚为1.5 mm。查看使用口咬器的患者，确保口咬器固定于口腔中且填充口腔，将舌体往下压，舌尖顶至下牙槽。将CT图像上传至影像归档和通信系统（picture archiving and communication system，PACS），由放疗医师确定肿瘤体积和勾画靶区，物理师进行计划并验证。1.4 研究方法剂量分布图定性研究：选取不使用口咬器和使用口咬器的患者各1例，对其剂量分布进行定性研究。选取制定计划对应CT治疗计划剂量分布图和重扫CT套用原计划剂量重建后剂量分布图，比较剂量分布的变化。40例患者均采用仰卧位，在治疗前均拍摄0与90射野验证片各1张，将所拍摄的验证片与数字重建放射影像（digitally reconstructured radiograph，DRR）进行头部骨性标志的刚性配准，记录位移值为A；之后，将验证片与DRR影像进行颈椎骨性标志的配准，记录位移值为B。其中（B-A）为头部骨性标志配准后，颈部与DRR的偏差值（图2）。采用SPSS 20.0软件对所得数据进行成对二样本分析比较，数据用均数 标准差 表示，认为P 0.05差异具有统计学意义。2 结果 对40例患者共采集了400次治疗前的射野验证片，将射野验证片与DRR图像以骨性标志进行配准，并比较分析。2.1 剂量变化情况选取1例不使用口咬器患者和1例使用口咬器患者的2次CT的剂量分布图。图3所示为1例不含口咬器患者剂量分布图，图3A、B、C为治疗计划各向剂量分布图；图3D、E、F为重扫CT套用原计划重新计算后各向剂量，红色虚线箭头显示，重新计算后95%剂量变化明显。图4所示为1例使用口咬器患者的剂量分布图，治疗计划和重新计算后的剂量分布无显著变化。2.2 头部骨性标志配准后，颈椎位移值（含正负）的分析口 咬 器 组 与 对 照 组 在 左 右（L a t）、头 脚（Long）、腹背（Vert）、偏转角（Iso）、仰俯角（Pitch）、翻滚角（Roll）方向的位移值分别为（-0.5 2.5）mm、（-0.5 2.2）mm，P=0.48；（0.3 1.9）mm、（-2.6 1.7）mm，P=0.001；（0.4 1.3）mm、（-1.0 1.3）mm，P=0.005；（0.44 0.66）、（0.08 0.53），P=0.08；（-0.02 0.58）、（-0.63 0.45），P=0.007；（-0.08 0.60），（0.160.54），P=0.07。以上结果显示，在Long、Vert和Pitch这3个方向的位移值差异具有统计学意义（图5）。2.3 头部骨性标志配准后，颈椎位移绝对值的分析口咬器组与对照组在Lat、Long、Vert、Iso、Pitch、Roll方向的位移绝对值分别为（2.6 1.7）mm、（2.61.7）mm，P=0.46；（2.2 1.4）mm、（3.2 1.9）mm，P=0.03；（1.4 1.0）mm、（2.1 1.6）mm，P=0.047；（0.76 0.50）、（0.72 0.43），P=0.36；（0.53 0.40）、（0.88 0.53），P=0.01；图 2 质子重离子六维床配准后校准界面 前的黑色粗体数值为以头部骨性标志配准后的位移值A；内的数值为以颈椎骨性标志配准后的位移值B。139癌 症 2 0 2 3年 第 4 2卷 第 3期图 3 不含口咬器患者的电子计算机断层扫描（computed tomography，CT）剂量分布图A、B、C为治疗计划各向剂量分布图；D、E、F为重扫CT套用原计划重新计算（RC）后各向剂量图，红色虚线箭头显示RC后剂量变化明显处。图 4 含口咬器患者的电子计算机断层扫描（computed tomography，CT）剂量分布图A、B、C为治疗计划各向剂量分布图；D、E、F为重扫CT套用原计划重新计算（RC）后各向剂量图。140癌 症 2 0 2 3年 第 4 2卷 第 3 期（0.54 0.41）、（0.56 0.43），P=0.38。以上结果显示，在Long、Vert和Pitch这3个方向的位移绝对值差异具有统计学意义（图6）。2.4 离散度的分析口咬器组与对照组在Lat、Long、Vert、Iso、Pitch、Roll方向的离散度分别为（1.9 0.4）mm、（1.9 0.5）mm，P=0.49；（1.5 0.6）mm、（1.6 0.6）mm，P=0.36；（1.0 0.5）mm、（1.2 0.7）mm，P=0.20；（0.50 0.22）、（0.44 0.19），P=0.25；（0.44 0.16）、（0.44 0.17），P=0.49；（0.48 0.12）、（0.45 0.10），P=0.21。以上结果显示，两组数据离散度的差异无统计学意义（图7）。2.5 头部骨性标志配准后，颈椎位移值分布分析口咬器组与对照组在Lat、Long、Vert方向 3 mm，Iso、Pitch、Roll方向 1的患者占比分别为63.5%、63.5%，P=0.35；72.5%、61.5%，P 0.001；86.5%、79%，P=0.07；75.5%、79%，P=0.06；85.5%、69%，P=0.04；85.5%、85.5%，P=0.09（表1）。3 讨论图3为不使用口咬器的患者的剂量分布图，可见其95%剂量分布曲线明显缺失，表明不使用口咬器的患者的颈椎及头颈部固定效果欠佳，需重新摆位以图 5 口咬器组与对照组在左右、头脚、背腹、偏转角、仰俯角、翻滚角方向的位移均值（含正负）A:口咬器组6个方向的位移均值。B：对照组6个方向的位移均值。Lat，左右；Long，头脚；Vert，背腹；Iso，偏转角；Pitch，仰俯角；Roll，翻滚角。141癌 症 2 0 2 3年 第 4 2卷 第 3期获得最佳效果。图4为使用口咬器的患者的剂量分布图，其95%剂量分布变化不明显，定性推断表明，口咬器对患者的颈椎及头颈部固定效果更佳。头颈部骨性结构具有刚性好、易于固定的特点。目前，鼻咽癌粒子放疗的位置校正方案是基于头颈部作为刚体的假设，使用头颈肩面罩联合发泡剂的固定方式，可较好地固定患者体位，提高放疗体位的重复性810。虽然头部是不发生形变的11，但在实际粒子治疗中，颈椎会因患者体位的细微差别导致颈椎曲度发生变化。有研究1214表明，C4C6误差可达3.35.5 mm，使用口咬器在Long、Vert、Pitch这3个方向上的误差优于不使用口咬器组，这与本研究结果一致。在粒子治疗中，因其剂量梯度大1519，相对于正常的三维适形调强放射治疗更易受到体位误差的影响。因此，为了解决鼻咽癌粒子治疗中颈椎与头部相对位置重复性的问题，我院分别采用发泡剂+头颈肩面罩与发泡剂+头颈肩面罩+口咬器这两种固定方式。这两种固定方式均可确保患者的头部、颈部、肩部与膨胀后的发泡剂紧密接触，头颈肩面罩可较好地束缚头颈部的位置，控制头仰角度，减少机体扭曲程度20,21。研究22显示，发泡剂+头颈肩面罩该图 6 口咬器组与对照组在左右、头脚、背腹、偏转角、仰俯角、翻滚角方向的位移绝对值均值A:口咬器组6个方向的位移绝对值均值；B：对照组6个方向的位移绝对值均值。Lat，左右；Long，头脚；Vert，背腹；Iso，偏转角；Pitch，仰俯角；Roll，翻滚角。142癌 症 2 0 2 3年 第 4 2卷 第 3 期固定方式的放疗靶区摆位线性误差与旋转误差分别为（0.29 0.21）mm、（0.33 0.24）mm、（0.21 0.16）mm和（0.4 0.19）、（0.38 0.22）、（0.34 0.2），可有效限制活动范围。图5所示的位移值可作为剂量冷热点23与患者靶区勾画的依据，其中正负号代表方向。图6所示结果可间接表明每次治疗的摆位偏差。图7所示结果代表10次粒子治疗位置在该方向上的位移值离散度，可间接表明模具固定的稳定性。综合分析图5A、B和图6A、B与表1，对照组在Long、Vert方向超过3 mm的数值占比较口咬器组的高，其原因可能为口咬器放置在患者口腔内，可使患者头颈部曲张程度变小24。同时，口咬器有一部分位于患者口腔外，可与头颈肩面罩形成相对固定的关系25。虽然图6B中对照组病例1、2、3、6、7、8在Long、Vert、Pitch方向的平均值较大，但根据图7所示数据进行离散度分析发现，三个方向上10次治疗中的离散度变化不大，表明其稳定性良好。通过表1分析，口咬器组Long、Vert方向位移值 3 mm和Pitch 1的患者占比分别为72.5%、86.5%和85.5%，均高于对照组，表明在头颈部肿瘤粒子治疗时使用口咬器，颈椎与头部相对位置的重复性更好。图 7 口咬器组与对照组在左右、头脚、背腹、偏转角、仰俯角、翻滚角方向的离散度变化情况A:口咬器组六个方向的离散度。B：对照器组六个方向的离散度。Lat，左右；Long，头脚；Vert，背腹；Iso，偏转角；Pitch，仰俯角；Roll，翻滚角。143癌 症 2 0 2 3年 第 4 2卷 第 3期本研究结果与丛薇等26的研究结果相似。因颈部活动度相对较高，易产生摆位误差。本研究结果显示，发泡剂+头颈肩面罩+口咬器的固定方式在进行骨性标志的位置校准后，颈椎的残余误差更小，表明头部与颈部的相对位置重复性更好。同时，口咬器可将肿瘤周围的舌体、下颌骨、腮腺、口底等正常口腔组织推离放疗高剂量靶区2730，并使之在放疗过程中始终处于精确可重复的稳定位置，根据陈枫等30、Inoue等31，Verron等32的研究，在不影响剂量靶区的前提下，口咬器可减少口腔黏膜和舌的受照剂量和受照体积，保护腮腺、下颌骨、中耳、脊髓等正常组织。但是，在实际临床治疗中，因使用笔形束扫描技术，治疗通常需要2030 min，使用口咬器的患者较难坚持单次长时间的治疗；同时，对于治疗后期发生口腔溃疡的患者，使用口咬器会变得困难，增加患者治疗过程的痛苦。针对上述情况，我院物理师积极优化剂量算法，并通过更改硬件措施来调节束斑大小，减小患者单次治疗的时间。4 结论在头颈部肿瘤质子重离子治疗中，不论是否使用口咬器，颈椎与头部的相对位置的稳定性都符合我院头颈部肿瘤粒子治疗的标准（误差范围 3 mm）。但是，由于口咬器与头颈部的骨性结构形成一种相对固定的类刚性关系，使得颈椎与头部相对位置的稳定性更好。在条件允许的情况下，建议推荐患者使用口咬器，以期获得更稳定的体位重复性。作者贡献谢文波和李永强进行了数据采集、分析和稿件撰写。所有作者均阅读并同意最终稿件。利益冲突作者声明没有利益冲突。表 1 20例带口咬器患者和20例不带口咬器患者在左右、头脚、背腹、偏转角、仰俯角、翻滚角方向上椎体位移10次误差分布占比x：位移值。144癌 症 2 0 2 3年 第 4 2卷 第 3 期参考文献1.李博,陈磊,陈超敏,徐子海.放射治疗摆位误差的研究现状J.临床医学工程.2014;21(09):121921.2.薛青,陆维,张艳俊,许青.探讨不同固定方式在鼻咽癌放疗中的应用J.肿瘤预防与治疗.2019;32(01):6771.3.董清,陈勇,刘伟,辛勇.头颈部肿瘤精确放疗摆位误差的分析J.齐齐哈尔医学院学报.2012;33(02):1767.4.Kang M,Long JX,Li GS,Yan HL,Feng GS,Liu ML,et al.A new staging system for nasopharyngeal carcinoma based on intensity-modulated radiation therapy:results of a prospective multicentric clinical study.Oncotarget.2016;7(12):1525261.5.Chen YP,Ismaila N,Chua MLK,Colevas AD,Haddad R,Huang SH,et al.Chemotherapy in combination with radiotherapy for definitive-intent treatment of stage II-IVA nasopharyngeal carcinoma:CSCO and ASCO guideline.J Clin Oncol.2021;39(7):84059.6.刘玉连,赵徵鑫,张文艺,焦玲.质子放射治疗的现状与展望J.中国医学装备.2017;14(07):13943.7.He P,Li Q.Motion management with variable 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