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为解决肿瘤放疗体位监测难题，研究人员开发相关系统，其准确率超 90%，为放疗提供新方案。
在现代医学领域，肿瘤治疗始终是备受瞩目的焦点。恶性肿瘤作为全球范围内的第二大死因，严重威胁着人类的生命健康。放疗（Radiotherapy）作为治疗恶性肿瘤的主要手段之一，超过 70% 的癌症患者在治疗过程中都需要接受放疗，其中基于 X 射线的放疗最为常见。然而，在放疗过程中却存在着诸多挑战。
放疗时，患者的体位变化、器官的生理位移以及因不适导致的身体移动，都可能使辐射偏离临床靶区（Clinical Target Volume，CTV）和计划靶区（Planning Target Volume，PTV） 。这可不是一个小问题，举个例子，Johnson-Hart 等人发现，对于接受立体定向消融放疗（Stereotactic Ablative Radiotherapy，SABR）的肺癌患者，当高剂量区域向心脏方向偏移 1 毫米，患者的死亡风险就会增加 1.262 倍。虽然近年来，各种图像引导放疗系统，如锥形束计算机断层扫描（Cone Beam Computed Tomography，CBCT）的应用，有效提高了放疗定位的精度，但现有的患者体位监测技术，像千伏级 X 射线成像、光学表面跟踪和双目视觉等，会受到辐射、加速器机架旋转和热塑体膜等干扰因素的影响。所以，开发一种能在放疗全程实时、无创且无辐射的体位监测系统，成为了临床亟待解决的问题。
为了攻克这一难题，中国科学院合肥肿瘤医院、中国科学技术大学等机构的研究人员 Jiong Shu、Jingyuan Shao、Lingling Liu 等展开了深入研究。他们成功开发出一种基于压力传感器和人工智能的无创实时肿瘤放疗全程体位监测系统，并将研究成果发表在《npj Digital Medicine》上。这一研究成果意义重大，为肿瘤放疗体位监测提供了新的有效解决方案。
研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。首先，设计了一种压力床垫定位监测系统，该床垫由两层软 PET 聚酯膜粘合而成，有 6400 个压阻敏感点，能实时监测压力分布并计算重心位置。其次，招募了中国科学院合肥肿瘤医院接受放疗的胸腹部肿瘤患者，分为两个队列，在不同线性加速器上进行实验。最后，运用随机森林算法建立模型，并通过内部和外部验证评估模型准确性和稳健性。
下面来看看具体的研究结果：
- CT 成像和辐射剂量影响测试结果：研究人员使用大孔径 CT 和 CBCT 对放置压力床垫前后的固体水模进行扫描，结果显示压力床垫对 CT 成像的影响可忽略不计。在辐射剂量测试方面，添加压力床垫后，相对剂量减少均小于 1%，表明其对剂量传递的影响也可忽略。
- 位置监测系统的准确性分析：通过铅块测试床垫测量的准确性，发现软件计算的总轨迹长度和轨迹面积与实际值的相对误差极小，证实了该体位监测系统具有较高的测量精度。
- 数据清洗结果：对队列 1 的原始数据进行聚合和对数转换后，利用 IQR 方法排除异常值，得到非运动组和运动组的最终有效数据集。
- 建模和验证：在队列 1 的建模过程中，综合考虑计算时间和准确性，建立了具有 3 个特征和 150 个决策树的随机森林模型。该模型在内部测试中的 AUC 达到 0.995，内部验证的真阳性率（TPR）为 95.5%，准确率（ACC）为 99.5%。利用队列 2 的数据进行外部验证，AUC 为 0.969，验证结果显示 TPR 为 86.1%，ACC 为 91.6%，表明模型在不同放疗机上也具有良好的准确性和稳健性。
研究结论表明，该研究成功开发的无创实时肿瘤放疗全程体位监测系统，能够实现无辐射、无创的实时监测，在检测患者运动方面准确率超过 90%。并且该系统操作简便、成本低、可扩展性强，为肿瘤放疗患者体位变化监测提供了切实可行的方案。
在讨论部分，研究人员指出，肿瘤放疗的效果受多种因素影响，精确的放疗前定位和放疗中的体位监测至关重要。虽然现有的一些监测设备在放疗前定位方面效果良好，但放疗过程中的体位监测手段仍存在不足。随着放疗技术的发展，像超分割放疗（Ultrahypofractionated Radiotherapy，UHFRT）和高剂量率近距离放疗（High - Dose - Rate Brachytherapy，HDR - BT）等新技术的应用，对肿瘤定位和体位准确性监测提出了更高的要求。而本研究开发的系统恰好满足了这一需求，填补了相关空白，为肿瘤放疗领域带来了新的希望。不过，研究人员也表示，未来计划进一步提高压力床垫的空间分辨率，优化建模方法，深入研究患者体位位移的距离和方向，以及其与肿瘤靶区体积的相关性，不断完善这一技术，为肿瘤患者提供更精准、更有效的治疗。
