固定束流质子治疗室中的图像引导侧卧式颅脊髓照射摆位：精确性与效率

《International Journal of Particle Therapy》：Image-Guided Decubitus CSI Setup in a Fixed-Beam Proton Room: Accuracy and Efficiency

　　

目的：近期的研究进展进一步证明了使用简化射束布置（例如单一后颅脑野）实施颅脊髓照射（CSI）的可行性。在这些进展的基础上，在固定束流质子治疗室中于侧卧体位实施CSI为提高治疗室利用率和治疗可及性提供了机会，但同时也对患者摆位和图像引导提出了独特挑战。

方法：本研究比较了两种图像引导摆位工作流程用于侧卧体位CSI，以评估是否存在有意义的差异。研究人员回顾性分析了2024年至2025年间使用固定束流ProBeam系统三等中心技术在侧卧体位治疗的10例CSI患者。评估了两种摆位工作流程：（1）连续全场图像引导（Continuous Full-Field Image Guidance，CFF-IG），即在治疗实施前对所有等中心进行对齐；（2）选择性基于野的图像引导（Selective Field-Based Image Guidance，SF-IG），即仅在首次分次时应用全场成像，此后进行基于野的验证。摆位精确度通过斜向kV成像获得的平移和旋转偏差量化，剂量鲁棒性通过靶区覆盖和接野剂量梯度分析评估。摆位效率通过治疗室时间戳进行评估。

结果：在所有三个等中心中，平均平移偏差低于4mm，平均角度偏差低于1.5°。两种工作流程之间靶区覆盖（ΔD₉₅）和接野剂量梯度的差异均较小。未观察到摆位精确度或剂量质量方面的统计学显著差异。SF-IG与较短的平均摆位时间相关，大多数治疗分次在30分钟内完成。

结论：CFF-IG和SF-IG在使用质子笔束扫描（PBS）于侧卧体位实施CSI时，均实现了机构行动水平内的摆位精确度，并保持了剂量鲁棒性。缺乏显著差异表明，两种方法对于侧卧体位CSI的实施均可能在临床上可行。SF-IG在未影响治疗质量的前提下提供了更高效的工作流程，支持其作为首选默认策略，而CFF-IG可保留用于需要强调整体重新对齐的特定病例。这些发现支持侧卧体位CSI作为现代单束流和简化PBS CSI技术的实用扩展。

颅脊髓照射（craniospinal irradiation，CSI）是多种中枢神经系统恶性肿瘤（尤其是髓母细胞瘤）的标准治疗手段，其治疗目标是在覆盖整个颅脊髓轴的同时尽可能保护正常组织。质子治疗因零出口剂量和快速远端剂量跌落特性，相比光子CSI能显著降低周围正常器官和组织的积分剂量，对儿科患者尤为重要，因为晚期毒性是临床关注的主要问题。CSI实施中的一项重大技术挑战是长程颅脊髓靶区的野间衔接管理。Lin et al.证明了仰卧质子笔束扫描（pencil beam scanning，PBS）CSI采用体积梯度剂量优化可消除匹配线移动，同时保持针对摆位不确定性的剂量鲁棒性，为多等中心PBS CSI建立了现代参考框架。在此基础上，Hu et al.进一步表明，通过简化射束布置（即使用单一后颅脑野）可在不损害靶区覆盖或危及器官保护的前提下提高治疗效率。在固定束流质子室中采用侧卧体位治疗CSI是这些进展的合理延伸：侧卧体位允许整个颅脊髓轴使用单一后束方向，类似于单束PBS CSI概念，同时改善了有限机架可用性中心治疗容量的可及性。然而，侧卧体位引入了独特的摆位挑战，包括解剖参考轴改变、成像灵活性受限和患者摆位复杂性增加。固定束流室中的患者对齐必须依赖相对质子束轴固定的斜向kV成像系统，这种成像几何与旋转机架室仰卧CSI常用的正交kV成像存在本质差异，要求治疗师使用不太直观的斜向投影进行患者对齐，特别是难以直观评估平移和旋转误差，尤其是滚动（roll）方向。这种独特的成像配置引发了对摆位可重复性、效率及残余摆位不确定性潜在剂量学后果的重要问题。本研究旨在系统比较两种图像引导摆位工作流程——连续全场图像引导（continuous full-field image guidance，CFF-IG）和选择性基于野的图像引导（selective field-based image guidance，SF-IG）——在固定束流室侧卧体位PBS CSI中的应用表现，以确定这些工作流程能否安全高效地转化到侧卧体位，以及两种方法在几何精度、剂量鲁棒性或临床效率方面是否存在有意义的差异。该研究论文发表在《International Journal of Particle Therapy》。

在技术方法层面，研究人员回顾性分析了2024年至2025年间在纽约质子中心（New York Proton Center）接受侧卧体位CSI治疗的10例成人患者，所有患者均使用固定束流ProBeam系统（Varian Medical Systems）和等中心PBS技术治疗，治疗计划在RayStation 11.0中生成，每个治疗野采用单一后野，相邻野重叠≥10cm。图像引导依赖相对质子束轴约±45°的两个固定斜向kV成像系统。患者采用热塑头颈面罩和Vac-Lok垫固定。比较的两种工作流程为：CFF-IG在每个分次治疗前对所有三个等中心（脑、上段脊柱、下段脊柱）进行序列对齐；SF-IG仅在首次分次应用全场对齐，后续分次在各野照射前进行基于野的kV验证。摆位精确度通过斜向kV成像获得的平移和旋转偏差进行量化，剂量鲁棒性通过靶区覆盖（ΔD₉₅）和接野剂量梯度分析评估，效率通过治疗室时间戳衡量，统计采用Wilcoxon符号秩检验。

**摆位精确度**：在脑、上段脊柱和下段脊柱所有三个等中心中，CFF-IG和SF-IG的平均平移偏差均小于4mm，平均角度偏差均小于1.5°，均处于机构预定义行动水平（平移<5mm，旋转<2°）以内。两种工作流程之间未观察到统计学显著的摆位精确度差异，表明选择性基于野的验证在侧卧体位配置下不会损害摆位精度。

**剂量鲁棒性和接野梯度一致性**：对摆位偏差引起的剂量学影响评估显示，两种工作流程的靶区覆盖变化ΔD₉₅均较小，变化一般在±3%以内，CFF-IG为?0.87±1.38%，SF-IG为?0.19±0.29%，无统计学显著差异。接野梯度分析中，脑–上段脊柱和上段脊柱–下段脊柱接野的升梯度和降梯度差异均较小，未观察到接野鲁棒性的系统性差异，也未在接野区出现临床相关的热点或冷点。这表明两种图像引导工作流程在剂量学上具有可比性。

**摆位效率**：基于治疗室时间戳的分析显示，SF-IG与较短的平均摆位时间相关（18.5±9.3分钟对23.9±7.1分钟，p=0.069），大多数SF-IG分次（90%）在30分钟内完成，而CFF-IG更常超过30分钟。联合分析摆位精度与效率时发现，CFF-IG较长的摆位时间并未持续转化为更高的摆位精度。

讨论部分指出，既往仰卧CSI在旋转机架室中具有更熟悉的患者方向和更灵活的图像引导几何，而本研究并非直接的匹配比较，但观察到的侧卧摆位偏差保持在机构行动水平以内，未观察到靶区覆盖或接野梯度一致性的临床有意义的劣化，提示侧卧摆位在评估工作流程内是可重复且稳定的。SF-IG在临床效率上的优势支持其作为大多数侧卧CSI患者的首选默认策略；而CFF-IG在需要强调整体重新对齐的特定情况下仍有价值，例如Vac-Lok固定装置随时间变形损害可重复性，或者在下段脊柱摆位中滚动校正困难时。研究局限性包括：摆位不确定性主要通过二维斜向kV成像评估，其提供的俯仰和偏航信息是间接的，对滚动方向敏感性有限；旋转扰动未明确纳入剂量重算，因此剂量扰动分析仅涵盖野特异性平移偏差；呼吸运动和分次内稳定性未在回顾性分析中量化；样本量中等。尽管如此，结果的一致性和所有侧卧CSI患者均处于机构行动水平以内的表现支持了结论的鲁棒性。

结论：本研究证明，使用质子笔束扫描在固定束流治疗室中可安全有效地在侧卧体位实施颅脊髓照射。CFF-IG和SF-IG均实现了机构行动水平内的摆位精确度，并保持了稳健的剂量质量，包括所有治疗野接野剂量梯度的稳定性。两种摆位工作流程在几何精度和剂量鲁棒性方面未观察到统计学上或临床上有意义的差异。相比之下，SF-IG在未影响治疗质量的情况下减少了摆位时间。这些发现支持SF-IG作为常规侧卧CSI交付的首选默认工作流程，而CFF-IG仍然是需要全面多等中心重新对齐的选定病例的重要选择。总体而言，本工作支持侧卧CSI在固定束流质子治疗环境中的临床可行性，并确立了高效的图像引导摆位策略，将现代简化PBS CSI技术扩展到成像和射束角度灵活性有限的环境中。