放射治疗是癌症治疗的一种重要方式。有研究表明，放疗时摆位不准确，将大大提高患者癌症复发概率^[1]。图像引导放射治疗（Image guided radiation therapy，IGRT）在靶区及周围正常器官的准确定位，提高摆位精确性方面发挥了重要作用^[2]。目前，锥形束计算机断层扫描（Cone beam CT，CBCT）是IGRT在临床上使用最多的图像引导技术。但是CBCT进行图像引导会贡献额外的电离辐射给患者，可能诱发辐射风险，与光学体表引导放射治疗（Surface guided radiation therapy，SGRT）相比耗时较长，且不能对治疗过程进行实时监控^[3]。然而，SGRT可以无辐射、无创口地快速获取病人的体表图像，在患者治疗期间全程监控，提供连续、实时成像。本研究将介绍SGRT技术，回顾总结SGRT技术特征、应用代表产品、现状、局限性以及应用进展，并对未来的应用进行展望。

1 SGRT技术特征

光学表面监测系统(Optical surface monitoring system，OSMS)引导放射治疗技术称为SGRT。SGRT是一种无创无辐射的图像引导放疗技术，利用三维体表成像原理获取患者的三维表面点云，并将其与参考3D图像应用弹性或刚性算法进行配准，通过计算所得的偏差来纠正摆位，引导放疗。SGRT的主要优点是非电离性质，从而使其能够在整个放射治疗流程中使用。虽然实施SGRT的最初动机是为了取代激光和皮肤标记用于病人定位^[4]，但它在很大程度上仅限于少数临床应用，并没有在放射治疗中得到广泛应用。SGRT能够收集大量关于位置、表面和呼吸状态的数据，进而用来预测病人的情况，从而能引导病人的摆位、提供实时成像、监测呼吸运动、减少整体治疗时间、降低靶区周边正常组织的剂量、验证产生位移的准确性、或者使用门控或屏气技术来实现与呼吸相关的治疗。对于位置较深的肿瘤（表面偏差和目标肿瘤移动之间没有直接相关性），应谨慎使用表面成像^[5]。

目前，SGRT大多数临床应用都适用于乳房[有和没有深吸气屏气(Deep inspiration breath hold，DIBH)]、无创立体定向放射治疗(Stereotactic radio-therapy，SRS)和立体定向体部放疗(Stereotactic body radiation therapy，SBRT)治疗。

2 SGRT技术的应用产品

目前，SGRT系统使用投影仪和一个或多个摄像机单元的组合来注册患者的实时三维表面，在与参考图像（等中心位置）配准后得出患者在平移和旋转方向上位置的偏移。市场上该类装置有AlignRT^TM （Vision，英国）、Varian IDENTIFY™（Palo Alto，CA，美国）和Sentinel^TM/Catalyst HD监控与摆位验证系统（C-RAD，瑞典）等。下面是对3种类型装置的介绍。

AlignRT^TM光学成像系统：AlignRT^TM硬件系统由1个计算机工作站、3个3D摄像机单元、电缆和1个摄像机校准板组成。该系统使用立体视觉采集体表图像，采用了先进3D光学表面定位及追踪技术，实现了患者治疗前摆位、治疗中实时位置追踪与监控，及以此技术为基础而实施的深、DIBH技术和SRS固定监控技术等，且定位可重复性和系统长期稳定性都可达到亚毫米级^[6]。

Varian IDENTIFY™系统：硬件系统由光学成像系统、射频识别系统、初始验证系统和3个子系统组成，表面图像是由时间飞行相机拍摄的。可实现基于手掌扫描识别患者、帮助技术员定初始配件放置和患者初始位置、计算患者位置与计划位置的偏移量、指示患者与计划位置对齐所需的姿势变化。在治疗期间，如果患者的位置偏离了预定义的偏移阈值，则光束可以自动关闭。

C-RAD监控与摆位验证系统：C-RAD系统使用结构光测量技术采集体表图像，并用激光在采集的图像中提供几何特征。Sentinel^TM硬件系统由1套激光发射系统和能够接受激光信号的照相机组成。Sentine^TM系统具有三大应用模块：1）cPosition用于快速准确辅助患者摆位；2）cMotion用于监测治疗过程中患者体位的变化情况；3）cRespiration可应用于呼吸门控^[7]。系统精度为（0.1 ± 0.2） mm，且与CBCT在辅助监测摆位时存在一定相关性^[8]。Catalyst HD硬件系统由1个数字光处理投影仪和1个校准到相同坐标系的CCD相机组成。Sentinel安装在治疗室或模拟诊断室的天花板上，而Catalyst HD表面摄像机单元则安装在处理室的天花板上。Catalyst HD可达到亚毫米精度的高分辨率。C-RAD 系统可用于指导初始患者体位、内部运动监控和呼吸同步仿真技术以及治疗期间呼吸运动管理等^[6]。

3 SGRT临床应用 3.1 乳腺癌放射治疗

SGRT最有前途的应用之一是通过DIBH对靠近皮肤表面的肿瘤部位(如乳腺癌)进行门控放疗。DIBH是用于控制呼吸运动对放疗靶区移动产生影响的一项技术，要求患者在每次放疗时吸气至某一特定阈值，然后屏气进行定位和治疗。与自由呼吸相比，DIBH的优势：一是可有效扩大患者胸腔容积，心脏远离胸壁可有效降低心肺照射剂量,尤其是在左侧乳腺癌中^[9]；二是减少呼吸运动对照射区的影响，提高放疗精度。使用光学表面系统进行定位时，可指定患者个性化的门控窗设定，在确保吸气量前提下，同时维持较高的舒适度和可重复性。患者可佩戴视频训练眼镜，通过眼镜反馈实时吸气量和门控窗的位置，主动维持准确稳定的屏气状态。

在光学体表指导下DIBH治疗流程中，呼吸运动管理需要贯穿始终,患者需要采用胸式呼吸方法，并在治疗前需居家练习方法及要求，才能达到更好的治疗效果。一些研究表明预先训练和练习DIBH的方法能够进一步降低乳腺癌患者的心肺剂量^[10-11]。另外治疗期间工作人员要和患者充分沟通，缓解患者心理压力，避免患者受治疗床的移动、机架的旋转、影像臂的伸缩、空调和除湿机噪音等其他因素影响。

如今，使用光学体表引导技术与DIBH结合照射左侧乳腺癌已在多个机构广泛实施^[12]。Soujanya等^[13]证明了DIBH可显著降低危及器官剂量，并建议所有接受放疗的左侧乳腺癌患者使用。一些研究证明了DIBH也被应用于右侧乳腺癌，以减少肺和肝的剂量。Chloe等^[14]对20名以前接受过左侧乳腺癌放疗的患者进行了BH和DIBH CT扫描,右全乳加RNI治疗的患者，同侧肺V₂₀Gy、V₅Gy及平均剂量明显降低，RCA最大剂量明显降低。

3.2 头颈部肿瘤放射治疗

在传统治疗方法中，全脑放疗（Whole brain radiation therapy，WBRT）一直是颅内脑转移患者的推荐治疗方案，但WBRT会导致长期不良事件，如神经认知功能下降和生活质量下降^[15]。相反，对于数目有限的转移瘤，SRS在大多数情况下是首选。最近的技术进步使得基于直线加速器的无框架SRS成为一种对患者更友好的治疗选择，提供给患者更准确的定位和更短的治疗时间。调强放射治疗和容积旋转调强保护脑组织全脑放疗之间各有优劣^[16]。Along等^[17]发现在治疗计划中使用非共面治疗床可以更好地保留正常脑组织。Wen等^[18]经过实验证明了无框架图像引导系统的定位精度可与机器人或基于框架的SRS相媲美。在脑肿瘤患者中最佳治疗方案是使用SGRT系统达到使用开放式面罩，甚至不使用面罩。Dekker等^[19]描述了30例患者在不使用任何固定面罩的情况下进行WBRT治疗的结果。这项研究佐证了不戴热塑面罩进行放射治疗的临床可行性。Haraldsson等^[20]发现在头颈部患者中，使用SGRT可在减少治疗时间的情况下进行精确定位。SGRT与CBCT系统结合，可以在保证放疗精确性的同时减少CBCT扫描次数,能有效降低CBCT带来的额外辐射量^[21]。Kyu等^[22]通过直接比较光学表面成像和CBCT，评估SGRT在颅内患者设置中的准确性，然后再将 SGRT 设置应用于脑和鼻咽癌。这项研究表明SGRT有助于脑癌和鼻咽癌的放射治疗。

3.3 腹部肿瘤放射治疗

为了提高靶向治疗放射目标的准确性，检测到的表面位移和内部结构位移之间的相关性至关重要。Wikström等^[23]对40名在骨盆区域接受治疗的患者同时进行SGRT和CBCT检查的移位进行比较，发现SGRT系统是CBCT系统的一个很好的补充，SGRT对治疗骨盆内肿瘤也具有临床价值。宫颈癌是位于盆腔内最为常见的恶性肿瘤之一，膀胱位于骨盆前部，与子宫和阴道临近，膀胱充盈度的变化会引起子宫位置位移，因此需要保持患者膀胱充盈度的一致性^[24]，进而使治疗师的摆位更加准确，避免引起正常组织辐射损伤，提高患者的生存质量。Cui等^[25]选取20例宫颈癌患者，共记录452次治疗摆位，分为标记线组和SGRT组，结果显示SGRT组在5个维度上占优势，SGRT可以改善摆位的准确性。

SBRT需要采取必要的监测技术以减少呼吸运动带来的分次内误差，保证治疗的质量和安全。几乎有三分之一的SGRT临床患者在SBRT或传统的肺或腹部放疗中实施了呼吸门控，用于患者的体位和运动管理^[5]。SGRT可用于改善患者定位并根据等中心点进行准确的分次内运动监测^[26]。

3.4 特殊患者放疗

对于儿童、老人、意识不清等自主性较差的患者，SGRT因其避免电离辐射、取消皮肤标记、实时患者监测、减少治疗时间等优点，成为最佳的治疗选择。在一个病例报告中，采用SGRT联合直线加速器使用FFF模式，报告了一例18个月大的复发性肾母细胞瘤患儿，针对前纵隔大肿块进行放射治疗，引起上腔静脉综合征和严重的气道阻塞^[27]。在治疗过程中，OSMS系统持续监测患者的位置。这2种技术的结合最大限度地减少了治疗时间，并避免了对儿童进行麻醉的需要。Zhou等^[28]对儿童肿瘤患者进行分析，发现SGRT和CBCT在摆位精度上都达到几乎相同的高度，但SGRT优点在于无辐射，且可以实时监控。还有部分特殊患者状况较差，存在头颈肩面罩无法进行固定的情况，此时可以采用SGRT自动摆位，CBCT修正，治疗中利用SGRT实时监控，确保患者在治疗过程中，不受任何意外照射。张光伟等^[29]相较于体表标记引导摆位，利用OSMS自动摆位功能可明显提高摆位精度，减少摆位时间。

4 SGRT的质量保证

SGRT系统需要严格的质量保证，但放疗过程步骤繁多且还需要不同治疗、辅助治疗设备共同参加，其过程复杂、参与人员多，造成放疗准确性和安全性堪忧。放疗全流程管理及质量控制（Quality assurance，QA）能够明显提高放疗工作准确性和安全性^[30]。Twyla等^[31]制定了关于QA的第一个指导方针。然而，随着技术的发展和SGRT被广泛的使用，有必要更新QA指南。QA对于确保机器性能保持在精确的输送剂量范围内尤为重要，尤其是SRS和SBRT，这些治疗需要高度的准确性。由于SRS和SBRT的患者定位和监测在很大程度上依赖于成像精度，因此验证用于这些治疗技术的成像系统的等中心一致性至关重要^[32-33]。Zhou等^[34]提出一个精简的、多用途的、高效的、容易执行的、独立的、跨平台的、并提供本地数据存档的QA过程，使用单一的体模设置来检查患者定位引导系统的性能。该研究已经证实了定位制导系统的稳定性、跟踪性能和等中心一致性可以在所有临床图像制导RT应用中得到充分验证，包括要求最严格的SRS和SBRT。

SGRT能提高放射治疗过程中患者的安全性和治疗质量，但在临床使用中还存在一些有待改进的地方：1）放疗机头的旋转会遮挡摄像单元，影响SGRT的准确性^[35]；2）面部表情对SGRT有影响^[36]；3)皮肤发黑破损和房间照明对SGRT的影响；4）组织补偿物反光等问题应在临床运用中改进其使用方法。

5 总结与展望

SGRT无创无辐射且具有实时反馈患者定位、治疗过程中的监控以及运动管理的功能。随着SGRT在临床应用中一些问题得到解决，如遮挡摄像头会丢失患者表面数据、皮肤颜色变化会影响精度、工作流程标准化等，SGRT会有更好的发展前景。