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三种张口器在口腔放疗中的摆位误差差异

2024-12-25 56 上传者：管理员

摘要：目的对比3种张口器在头颈部肿瘤放疗中的摆位误差差异。方法回顾性分析2022年1月至12月行放射治疗的头颈部肿瘤患者(51例)的摆位误差，根据放疗时所配戴的张口器类型将患者分为3组(3D、支架、木塞),使用CBCT图像引导技术记录摆位误差(Tx、Ty、Tz、Rx、Ry、Rz),通过摆位误差均值、标准差方差分析和极值分布情况对比3组摆位误差差异。结果 3组摆位误差均值差异不具有统计学意义(P>0.05);3组标准差差异仅在Rx方向上有统计学差异(P<0.05),且3D组标准差小于木塞组和支架组；极值统计结果表明支架组平移摆位误差极值频率在Ty和Tz方向上超过了20%,均显著高于3D组和木塞组。结论根据Rx方向的标准差差异和各组间极值频率统计结果，3D组和木塞组摆位误差均优于支架组。

关键词：
头颈部肿瘤
张口器
摆位误差
放射治疗
放射治疗剂量传递
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放射治疗剂量传递到靶区的准确度和精确度是放疗的基本要求,同时也是避免对正常组织和器官进行不必要照射的重要前提[1] ｡在头､颈部肿瘤,比如鼻咽､口腔等部位放疗中伴随着一系列副反应:唾液腺功能减退及口干症[2] ,口腔､舌黏膜损伤继发感染[3] ,吞咽困难[4]等｡如何在保证靶区放疗质量的同时减轻口腔副反应是口腔及其毗邻靶区放疗研究问题的重点｡目前对此展开的研究主要有:科学使用各种放疗技术以减少周围正常组织的照射体积以及照射剂量[5⁃9] ;使用图像引导技术来减小摆位误差,使得照射区域更加精确[10⁃11] ;科学的口腔放疗副反应临床护理,包括抗感染､消炎止疼､营养饮食等[12⁃14] ;使用张口器来增大正常组织与靶区的距离,以达到治疗肿瘤的同时保护邻近组织的治疗目的[15] ｡上述 4 种途径各有优势,其中张口器通过扩张口腔､限制舌头来改变靶区与口腔正常组织的空间位置,具有不可替代的作用｡鼻咽以及口腔部位放疗应用张口器的相关研究表明:张口器能够降低正常组织受照剂量,降低口腔黏膜与舌损伤､口干､味觉减退等相关放疗副反应的发生率以及放疗副反应严重程度[15] ｡目前临床上使用张口器主要有放疗技师制作的张口器[16] ､个性化 3D 打印张口器[17]以及市面上各类厂家生产的张口器等三大类｡手工自制类张口器成本低､制作简单快速,但成品粗糙;3D 打印张口器制作成本高､加工复杂且周期长, 成品精度高,可个性化制作;市面上的各类张口器成本较低,使用方便,但不能个性化定制｡鉴于当前临床应用的张口器种类多样,各具特色,本文旨在对手工自制木制张口器､3D 打印张口器､口腔科定制的口腔支架张口器在临床应用中的放疗摆位误差进行比较,统计分析各自临床应用优势｡

1、资料与方法

1. 1 一般资料

选取2022 年 1 月至 2022 年 12 月本院收治的头颈部肿瘤放疗患者作为研究对象,纳入标准:放疗时口腔佩戴张口器;放疗实施中使用 CBCT ( Cone Beam CT)图像引导技术;CBCT 使用次数≥6 次/ 人｡入组患者根据其佩戴张口器的类型分成 3 组,CBCT 使用情况见表 1｡

表1 CBCT 使用情况

1. 2 体位固定和 CT 定位

患者体位固定采用头颈､肩热塑模结合一体化体位固定床板(四川瑞迪医疗科技有限公司),使用 Rev⁃ olution CT ES(GENERAL,ELECTRIC COMPANY,MIL⁃ WAUKEE,WICONSIN U. S. A)模拟定位机为患者进行模拟定位,层厚为 3 mm,患者定位时佩戴相应张口器, 张口器及口腔定位效果见图 1｡ 3D 张口器采用 3D 打印技术制成,可为患者个性化定制牙齿咬痕,可使张口器与患者上下牙齿精准固定,中心为通孔,可保证患者口腔呼吸,底端为平面,具有较好的压舌效果;支架张口器来源于口腔科医师定制,可为患者定制牙齿外缘轮廓以及精准地安放于患者口腔内,支架底面为平面, 可固定患者舌头;木塞张口器为本科室技师制作,通过患者咬合形成牙印来确定安放位置,相比 3D 张口器､支架张口器较为粗糙,无法为患者牙齿定制轮廓｡

1. 3 计划设计与放疗实施

计划设计系统为RayStation 4. 7(RaySearch,Stock⁃ holm,Sweden),完成的放疗计划经医生和物理师评估无误后为患者复位,复位在二维模拟定位机(Nucletr⁃on,Simulix Evolution)上完成,放疗实施在 Elekta Syn⁃ ergy 上完成,使用机载 CBCT 图像引导技术对患者进行摆位误差纠正, 扫描电压为 100 kV, 毫安秒为 73. 2 mAs,使用(F1,S20)组合滤线器,扫描方向逆时针,角度为: 45 ~ 200 °｡

图1 张口器及相应口腔扩张 CT 定位矢状面

1. 4 摆位误差的获取和统计学方法

使用XVI 5. 0. 3( Synergy,Elekta,Crawley,UK)软件回顾 CBCT 图像引导摆位误差,配准方式为(Gray + T)自动配准,再结合手动微调至理想状态,配准范围如图 1,def 虚线框:上界为鼻腔,后界至颈椎椎体前界,下界为会厌软骨,配准中心为配准范围中心点｡误差定义如下:Tx､Ty､Tz 为分别为左右､进出(头脚)和高度(前后)线性误差,Rx､Ry､Rz 分别为左右､进出和高度方向的旋转误差｡分别统计每个病例摆位误差均值(记为 M,结果以“x)､标准差(记为 SD,结果以“x表示),根据每组 M 计算其群体均值(记为 GM)以及系统误差(记为 Σ),根据 SD 计算随机误差 (记为 σ) [18] ｡采用方差分析和非参数检验分别对 3 组之间的 M､SD 误差差异进行检验,检验标准 α = 0. 05｡

2、结果

2. 1 摆位误差分布

摆位误差分布情况见图2｡平移方向:支架组 Ty 的均值､中位值相对3D 和木塞组偏低,而 Tz 的均值则偏高,但总体上各组间摆位误差四分位间距以及极值分布差异并不明显;旋转方向:中位值分布差异并不明显,均值､四分位间距和极值分布则呈现出明显差异, 其中 3D 组 Rx 的均值､四分位间距要明显小于支架与木塞组,3D 组与木塞组 Rx 的摆位误差极值侧重负方向,支架组侧重正方向,总体上 3 组张口器 Rx 极值数量明显大于 Ry 与 Rz 方向｡

图2 平移(左)和旋转(右)摆位误差 Box 分布

M ､SD､GM､Σ､σ 统计结果见表 2｡平移误差结果:M 与 GM 结果中支架组 | Ty | = 0. 12 cm, | Tz | = 0. 12 cm,相对 3D 组与木塞组偏离 0 点,结果与 Box 图一致,3 组间 SD､Σ､σ 无明显差异;旋转方向:M､GM 结果显示 3 组间均存在明显差异,其中,3D 组 Rx 的 M､GM 明显大于支架与木塞组,支架组 Ry 的 M､GM 明显大于 3D 组与木塞组,木塞组 Rz 的 M､GM 明显大于 3D 组与支架组,Σ 统计结果显示 3D 组 Rz 的 Σ 明显大于其它 2 组,σ 统计结果显示 3 组间仅 Ry 差异明显且 3D 组明显小于支架组与木塞组,SD 结果显示 3 组间 Rx 差异明显,其中 3D 组 Rx = 0. 53°,低于口腔支架组 Rx = 0. 79°和木塞组 Rx = 0. 73°,而 Ry 和 Rz 3 组间 SD 差异不明显,结果与 Box 图一致｡此外, 3 组Ry 的 SD 整体上大于 Rx 和 Rz｡上述结果表明 3 组摆位误差总体上在平移方向无明显差异,在旋转上各组在不同方向均有优势与劣势,结合 Box 图与表 2 可知 3 组在 Rx 方向摆位误差差异较为显著｡

表2 3 组摆位误差均值(M)､标准差(SD)､群体均值(GM)､系统误差(Σ)､随机误差(σ)的情况

2. 2 3 组摆位误差的差异性

为分析3 组间摆位误差差异,对 3 组 M､SD 采用方差分析｡方差分析要求统计量服从正态分布且相互独立,为此分别对摆位误差均值 M 与标准差 SD 分布进行正态性检验,结果见表 3｡ M 正态检验结果表明: 3 组 Rx 的 M 分布拒绝正态性(P < 0. 05),口腔支架组 Rz 的 M 分布拒绝正态性(P = 0. 02),但木塞组与 3D 组 Rz 的 M 分布服从正态性(P > 0. 05),因此,认为口腔支架组 Rz 的 M 近似服从正态分布,为此对 Rx 的 M 方差齐性采用 KW(Kruskal⁃Wallis)进行非参数检验, 其余方向采用 ANOVA(Analysis of variance)分析｡ SD 正态性检验结果显示:Rz 符合正态分布且方差齐(P > 0. 05),采用 ANOVA 分析,Rz 以外的 3 组 SD 分布正态检验结果表明并不完全服从正态分布,因此,对 Rz 以外的 3 组 SD 方差齐性采用 KW 非参数检验｡方差分析和非参数检验结果表明,3 组张口器平移以及旋转摆位误差 M 差异无统计学意义(P > 0. 05),3 组之间仅 Rx 的 SD 差异显著(P = 0. 04),其余方向 3 组间 SD 差异不显著(P > 0. 05)｡

表3 摆位误差均值 M､标准差 SD 分布正态检验､组间差异方差分析和非参数检验 P 值

图3 Rx 方向 SD 分布概率密度曲线和累计百分比分布曲线

由于3 组间 Rx 的 SD 差异显著,进一步采用 KW 单因素 ANOVA 检验法对 3 组张口器 Rx 的摆位误差 SD 差异进行事后两两比较,结果表明:3D 组与木塞组 (P = 0. 046)､3D 组与支架组(P = 0. 02)的 SD 差异均具有统计学意义,而木塞组与支架组之间的 SD 差异不具有统计学意义(P = 0. 71)｡为比较 SD 组间大小, 对 3 组 Rx 方向 SD 分布进行拟合,结果如图 3,概率密度分布拟合曲线显示 3D 组相比支架组和木塞组要明显左偏,且更加瘦高,对应的累计百分比曲线显示在 Rx 方向(0,1°)范围内,3D 组 SD 所占百分比显著大于支架与木塞组,即 3D 组 Rx 摆位误差 SD 相比支架与木塞更加趋近于 0,精度更高｡

由图1 可知 3 组张口器结构差异明显,对此统计 3 组张口器临床应用中口腔局部摆位误差异常极值, 本文认为各组平移误差绝对值大于 3 mm､旋转角度大于 3°时认定为极值并统计频数,结果见图 4｡平移方向极值频数差异比较明显,木塞组 Tx 和 Tz 要明显低于支架组和 3D 组, 尤其是木塞组 Tz 极值频率仅 2. 81% ,而支架组和 3D 组 Tz 极值频率分别达到了 21. 59% ､12. 59% ｡此外,支架组 Ty 极值频率也要明显高于 3D 组和木塞组｡旋转方向木塞组 Rx 和 Ry 的摆位误差极值频率要高于 3D 组和支架组,而支架组和木塞组 Rz 摆位误差极值频率趋于零｡综上,在考虑摆位误差极值时,平移方向木塞组相对 3D 组和支架组更具优势,但在旋转方向要次于 3D 组和支架组,支架组平移摆位误差极值频数较高,在 Ty 和 Tz 都达到了 20% ,应引起重视｡

图4 平移摆位误差大于 3 mm 以及旋转误差大于 3°极值频率

3、讨论

头颈部肿瘤放疗使用张口器可降低患者口腔黏膜炎､牙关紧闭症､口腔干燥等放疗副反应程度,同时可减小正常组织受照剂量[15] ｡因不同患者口腔结构以及咬合程度各有差异,往往需要根据患者个性化设计合适的张口器,随着技术进步,放疗用张口器从普通的木塞已发展到个性化设计的 3D 打印张口器[19⁃21] ｡不同类型的张口器在放疗中有各自的摆位优势与特点[19⁃20,22] ,但相互之间的误差对比以及优势鲜有报道, 对此,本文回顾分析了 3D､支架､木塞 3 种张口器在临床放疗应用中口腔局部 CBCT 图像引导摆位误差,对 3 组摆位误差均值､标准差､系统误差､随机误差进行了比较,并采用方差分析与非参数检验对均值与标准差差异进行了检验,最后对极值分布进行统计｡结果表明:总体上 3 组间摆位误差无明显差异,仅 Rx 方向标准差存在统计学差异,且 3D 组 Rx 方向标准差小于木塞和支架组,而木塞组与支架组之间无统计学差异; 考虑摆位误差极值时,平移方向木塞相对 3D 和支架更具优势,但在旋转方向要次于 3D 和支架,支架组平移摆位误差极值频数较高,尤其在 Ty 和 Tz 上都达到了 20% ｡

综上,3D 打印和木塞张口器在放疗应用中口腔局部的摆位误差均优于支架组,在仅考虑经济成本与摆位误差时,可使用木塞来替代 3D 打印张口器｡

参考文献:

[10] 邰国梅. 应用机载千伏级 CBCT 研究鼻咽癌 IMRT 的摆位误差及其对受照剂量的影响〔D〕. 苏州大学,2010.

[11] 金丹. 应用 KV⁃X 线 CBCT 对头颈部癌调强放疗摆位误差的测量与分析〔D〕. 重庆医科大学,2010.

文章来源:李蔺,刘首鹏,邓中华,等.三种张口器在口腔放疗中的摆位误差差异[J].实用癌症杂志,2024,39(12):2038-2042+2051.