头颈部癌放疗新突破：颈部肌肉训练显著降低摆位误差

本文通过前瞻性随机对照研究，证实颈部肌肉训练可减少头颈部癌（HNC）放疗摆位误差及计划靶区（PTV）边缘。

　　### 引言
放疗在头颈部癌（HNC）治疗中占据关键地位，像调强放疗（IMRT）、容积调强弧形放疗（VMAT）和图像引导放疗（IGRT）等技术，能更好地保护肿瘤附近的关键器官（危及器官，OARs），同时确保肿瘤得到有效照射，已成为 HNC 标准治疗手段。然而，这些技术的陡峭剂量梯度使得哪怕微小的摆位误差，都会大幅降低肿瘤靶区的辐射剂量，还会增加 OARs 的暴露，所以减少摆位误差对保证放疗的准确性和质量至关重要。

在头颈部放疗中，由于颅骨、下颌骨和 C7 椎体间存在 54° 的活动自由度，实现精准固定难度很大。即便采取了固定措施，各种不确定因素仍会影响 IMRT 的准确性，HNC 的随机变形误差范围在 0.5 - 3.6mm，不同匹配区域误差差异在 2 - 6mm，颅骨 / 下颌骨与 C4 - C6 之间误差分别为 4.7±2.5mm 和 4.4±2.5mm，颈部区域的摆位误差最为明显。

临床发现，HNC 患者放疗时常出现颈椎自然曲度变直或减小，这会增大颈部摆位误差。研究表明，针灸、按摩等辅助干预手段或许能纠正颈椎曲度变直，而颈部肌肉训练能强化颈背部肌肉，提升颈部和肩部的灵活性与稳定性，促进颈椎稳定，但它对 HNC 患者放疗摆位重复性的影响此前尚未有研究报道。基于此，开展了这项前瞻性随机对照临床研究，旨在探究颈部肌肉训练对 HNC 患者放疗摆位重复性的影响，评估其减少摆位误差的效果，并找出影响摆位误差的潜在因素。

材料和方法

• 研究设计与患者纳入：研究对象为 2021 年 2 月至 2022 年 10 月在中心接受放疗的 HNC 患者。纳入标准包括接受 HNC 放疗、采用 VMAT 技术、年龄在 18 - 65 岁、卡氏功能状态（KPS）评分≥70、排除放疗禁忌证且签署知情同意书。排除标准有既往颈椎手术致颈部肌肉活动受限、颈部疾病影响肌肉运动、沟通困难无法配合、不能有效重复颈部肌肉训练。患者被随机分为颈部肌肉训练组和常规治疗对照组，本研究是前瞻性、基于注册的随机对照试验（试验注册号：ChiCTR2000041009），并获机构审查委员会批准（批准号：KY20202071 - F - 1）。
• 颈部肌肉群训练：肌肉训练组在计划 CT 扫描前一周开始训练，每天进行 3 次颈部锻炼和 1 次按摩。颈部锻炼包括头上下、左右转动，前伸、后缩以及顺时针和逆时针旋转，各持续 5 分钟，每天 3 次。按摩时长约 6 分钟，包括沿颈部双侧横突和棘突按摩以放松上斜方肌、胸锁乳突肌等颈部肌肉群，注意力度适中；进行坐位后缩拉伸运动，下颌尽量后缩并向后缓慢拉伸，保持 3 - 5 秒后回到起始位置，连续做 3 组，每组 10 次；进行颈部对抗运动，患者收紧腹部、挺直背部，双手在颈后枕骨下方交叉，吸气时颈部向后伸展，双手向前施压并保持 3 - 5 秒，呼气时缓慢恢复，做 3 组，每组 10 次。按摩最初由康复治疗师操作，对照组则接受常规治疗，无颈部肌肉训练干预。
• 体位固定与 CT 模拟定位：所有患者均使用头肩热塑性面罩和泡沫板固定，在飞利浦大孔径 CT 扫描仪（Big Bore Brilliance CT）上进行模拟定位，确定大致等中心位置并在热塑性膜上用红色标记线标记初始等中心。扫描上界为颅骨顶部，下界为锁骨下 3cm，层厚和层距均为 3mm，扫描时使用静脉造影剂增强。
• 每日摆位与图像引导：患者在瓦里安 Clinac iX 直线加速器上接受 VMAT 治疗。首次治疗前，根据治疗计划参数将治疗床移至准确治疗位置，并在面罩上标记黑色治疗线。每日放疗时，患者先使用泡沫板和头肩热塑性面罩固定，然后将治疗激光对准黑色治疗线，每周进行锥形束 CT（CBCT）扫描以验证摆位重复性。
• 图像分析：选取斜坡、C2 - C4 和 C6 - T1（若 CBCT 未捕获 C7，则用 C6 替代）作为感兴趣区域（ROIs），用于计划 CT 和 CBCT 的自动图像配准，以确定斜坡、C4 和 C7 椎体水平的摆位误差。选择 C4 和 C7 椎体水平代表颈部中部和锁骨上区域。每次摆位验证时，CBCT 优先匹配斜坡区域。记录每位患者每个解剖段（斜坡、C4 和 C7）在治疗期间所有 CBCT 扫描的四个维度（左右（x）、头脚（y）、前后（z）和偏航（RTN））的摆位误差。通过 Van Herk 公式计算计划靶区（PTV）边缘，公式为 [2.5Σ + 0.7σ]，以确保 95% 的等剂量线覆盖 90% 患者的临床靶区（CTV）。
• 观察项目与时间点：每周进行 CBCT 验证评估斜坡、C4 和 C7 水平的摆位误差；治疗前、治疗第 3 周和治疗结束时拍摄颈椎侧位 X 线片并进行 PG - SGA 营养状况评估，以评估颈椎曲度和患者营养状况；每周进行皮肤毒性反应评估（不良事件通用术语标准 3.0 版，CTCAE V3.0）和疼痛评估（数字评分量表，NRS）。
• 统计分析：使用 SPSS 25.0 统计软件进行数据分析。计数资料以频数（n）和百分比（%）表示，组间比较采用 χ²检验；计量资料以均数（M）± 标准差（SD）表示，组间比较采用 t 检验。由于各方向摆位误差不服从正态分布，以中位数（第 25 百分位数，第 75 百分位数）即 m（p25，p75）表示，组间比较采用 Mann - Whitney U 检验。使用 Spearman 相关性分析相关性，多元线性回归分析影响摆位误差的相关因素，P＜0.05 为差异有统计学意义。

结果

• 患者基线特征：最初随机分组 230 例患者，8 例因经济原因中断治疗，1 例入组后退出，最终 221 例患者纳入分析，其中肌肉训练组 109 例，对照组 112 例。221 例患者中男性 154 例（69.68%），女性 67 例（30.32%），两组患者基线特征无显著差异（P＞0.05）。
• 摆位误差情况：221 例患者共进行 1393 次 CBCT 扫描，肌肉训练组 686 次，对照组 707 次。肌肉训练组和对照组首次治疗前分别有 3 例和 5 例患者需重复 CBCT 扫描，总体重复扫描率分别为 4.66% 和 5.23%。肌肉训练组有 14 例（12.84%）患者从斜坡到 C7 的摆位误差≥3mm，对照组有 22 例（19.64%）。肌肉训练组在 X、Y、Z 方向的误差范围分别为?7 至 + 6mm（均值 - 0.19mm）、 - 5 至 + 5mm（均值 - 0.15mm）、?7 至 + 6mm（均值 0.33mm），RTN 旋转方向误差范围为?2.5 - 3.4°；对照组相应误差范围分别为?7 至 + 9mm（均值 - 0.23mm）、 - 5 至 + 4mm（均值 - 0.08mm）、?8 至 + 6mm（均值 0.73mm）、?3.1 - 3.0°。肌肉训练组在斜坡、C4、C7 水平 X、Y、Z 方向摆位误差大于 3mm 的比例分别为 1.02%、1.31%、1.02%，3.79%、2.48%、3.21%，9.77%、3.06%、6.27%；对照组分别为 1.02%、1.70%、7.50%，7.78%、3.11%、7.35%，10.61%、3.82%、11.74%。对照组在 Z 方向摆位误差大于 3mm 的发生率是肌肉训练组的两倍。在整个治疗过程的每周摆位误差线图中，训练组在所有三个感兴趣区域的 Z 方向平均每周摆位误差均小于对照组，且随着治疗次数增加，Z 方向摆位误差有增大趋势，其他方向变化不明显。
• 不同区域摆位误差差异：肌肉训练组斜坡和 C4、斜坡和 C7、C4 和 C7（C14、C17 和 C47）在 X 方向差异＞3mm 的比例分别为 1.02% vs. 0.24%，7.43% vs. 8.20%，1.02% vs. 1.55%；在 Z 方向分别为 4.81% vs. 9.19%，8.45% vs. 19.09%，0.29% vs. 0.43%；在 RTN＞2° 时分别为 1.46% vs. 0.85%，1.89% vs. 1.98%，1.6% vs. 0.85%。Y 方向差异在所有比较组中几乎都在 3mm 以内。肌肉训练组在 Z 方向的 C14 和 C17、RTN 方向的 C14 和 C17 表现均优于对照组（P = 0.009、0.033、0.004、0.029）；对照组在 X 方向的 C17 优于肌肉训练组（P = 0.014），其他两组无统计学差异。
• 系统误差、随机误差与 PTV 边缘：解剖学水平分析显示，肌肉训练组和对照组的系统误差和随机误差均沿头尾方向逐渐增大。肌肉训练组从斜坡到 C7 在 Z 方向的系统误差分别为 0.77mm、1.05mm、1.30mm，对照组分别为 1.03mm、1.37mm、1.59mm。随着摆位误差增大，Z 方向所需 PTV 边缘也增大，肌肉训练组从斜坡的 2.13mm 到 C7 的 3.63mm，对照组从斜坡的 2.89mm 到 C7 的 4.37mm。对照组在 X 和 Z 方向误差较大，C7 处最明显，斜坡处最小；肌肉训练组在 X 方向边缘较大，C7 处最大，斜坡处最小。总体上，肌肉训练组 PTV 边缘小于对照组，仅 C4 水平 X 方向肌肉训练组边缘大于对照组。
• 相关性分析：Spearman 相关性分析显示，肌肉训练组在斜坡和 C4 水平，X 方向与 RTN 方向显著负相关（r = - 0.502、 - 0.464）；在 C4 和 C7 水平，Y 方向与 Z 方向呈中度负相关（r = - 0.248、 - 0.302）。对照组在斜坡和 C4 水平，X 方向与 RTN 方向强负相关（r = - 0.504、 - 0.451）；在斜坡、C4 和 C7 水平，Y 方向与 Z 方向弱相关（r = 0.101、 - 0.188、 - 0.226）；在斜坡和 C7 水平，Y 方向与 RTN 方向弱相关（r = 0.13、 - 0.13）。
• 其他指标变化：肌肉训练组颈椎曲度平均变化为 1.91 度（治疗前颈椎曲度减去治疗结束时颈椎曲度），对照组为 3.46 度，两组比较无统计学差异（P = 0.143），但对照组颈椎曲度变化明显大于训练组。肌肉训练组皮肤毒性分级 0 级占 0%（0 例），1 级占 26.6%（29 例），2 级占 67.0%（73 例），3 级占 6.4%（7 例）；对照组相应比例为 0.9%（1 例），20.5%（23 例），75.0%（84 例），3.6%（4 例），两组差异无统计学意义（χ² = 3.64，P = 0.303）。肌肉训练组和对照组轻、中、重度疼痛占比分别为 20.1%、5.5%、12.8% 和 24.1%、6.3%、11.6%，差异无统计学意义（χ² = 8.97，P = 0.345）。两组患者在治疗第 3 周和治疗结束时的体重指数（BMI）无显著差异，治疗前后体重和 BMI 变化也无显著差异，且两组体重和 BMI 在研究过程中均下降。
• 多因素分析：多元线性回归分析显示，肌肉群训练的有无、体重变化（使用与基线最大体重差的绝对值，包括体重减轻或增加）和颈椎曲度对 C7 Z 方向摆位误差的影响有统计学差异（b = 0.303、0.050、0.009；t = 4.196、3.080、2.721；P = 0.000、0.001、0.008）；肌肉群训练对 C4 Z 方向摆位误差的影响有统计学差异（b = 0.245，t = 3.362，P = 0.001）；性别对 C7 X 方向摆位误差的影响有统计学差异（b = - 0.223，t = 2.291，P = 0.023）；肌肉群训练对斜坡 Z 方向摆位误差的影响有统计学差异；口腔支架对斜坡 Y 方向摆位误差的影响有统计学差异（b = - 0.128，t = 2.43，P = 0.016）。

讨论

本研究通过前瞻性随机对照试验发现，颈部肌肉训练可改善 HNC 患者颈部摆位误差，尤其在 Z 方向从斜坡到颈部水平有显著改善。研究观察到摆位误差从斜坡到颈部逐渐增大，确定了斜坡、C4 和 C7 水平分别需要 3mm、3.8mm 和 4.4mm 的 PTV 边缘，肌肉训练组相应边缘为 2.2mm、3.0mm 和 3.6mm，对照组为 2.9mm、3.8mm 和 4.4mm。多因素分析表明，颈部肌肉训练、体重减轻、颈椎曲度、性别和口腔支架使用是影响摆位误差的因素。

本研究是探索通过以患者为中心、多学科方法减少颈部变形误差的开创性研究。干预措施结合运动疗法和传统按摩技术，操作简单，患者家属在康复治疗师指导下易掌握，且有望长期坚持。有研究表明，放疗后有效的按摩和系统的颈部锻炼可促进辐射产热消散，改善局部组织血液循环，消除炎症产物，抑制颈部纤维化进展，但该方法对长期毒性影响还需进一步随访研究。

头颈部癌放疗时，多个可自由移动的骨标志物给骨骼结构精确对齐带来挑战，难以实现整个颈部的最佳匹配。本研究证实了从斜坡到 C7 摆位误差逐渐增大、误差范围增加以及大于 3mm 误差频率增多的现象，肌肉训练组在 X 和 Z 方向大于 3mm 误差的比例显著低于对照组，说明其摆位误差更一致、可重复性更好。

研究还发现 Z 方向误差在斜坡水平呈正偏态分布，在 C4 和 C7 水平逐渐减小至负值，提示颈部发生变形，这与以往研究结果相符。随着治疗次数增加，两组 Z 方向摆位误差均逐渐增大，可能与治疗过程中出现的毒副作用和颈部变形误差有关。分析显示自动图像配准（ART）后两组 Z 方向平均摆位误差均小于 ART 前，表明 ART 可能有助于减少摆位误差。

在头颈部放疗摆位过程中，下颌和颈部运动带来不确定性，可能导致颈部旋转误差。本研究量化了斜坡、C4 和 C7 不同位置的摆位误差，发现肌肉训练组在前后方向从斜坡到 C7 的摆位误差显著小于对照组，在斜坡水平左右方向误差也更小。进一步分析表明，无论是否手术，肌肉训练组在前后方向摆位误差均小于对照组，说明颈部肌肉训练提高了头颈部肿瘤放疗的位置重复性。

此前研究表明，鼻咽癌放疗不同区域摆位误差存在显著差异。本研究分析了两组患者在不同匹配区域的差异，发现 X 和 Z 方向误差变化较大。在 Z 方向，对照组（C14 和 C17）差异百分比是肌肉训练组的两倍多。手术患者因颈部活动受限，肌肉训练组和对照组在 Z 方向误差差异不显著；非手术患者中，肌肉训练组在 Z 方向的 C14 和 C17 表现优于对照组。这提示需要探索减少非手术患者颈部变形误差的方法。

目前头颈部癌<目前头颈部癌放疗时颈部存在一定变形误差，且从上到下逐渐增大。大多数学者认为头颈部肿瘤应自上而下采用不同的计划靶区（ptv）边缘来解决因位置变化和不同区域变异性导致的较大误差。本研究结果与之相符，肌肉训练组在前后方向从斜坡到 c7 需要 2.13 - 3.63mm 的边缘，对照组需要 2.89 - 4.37mm。与其他研究相比，本研究使用泡沫板和九点头颈部肩膜组合固定，在 x 方向所需边缘更小。进一步分析发现，非手术患者肌肉训练时除 c7 的 x 方向需要 4mm 边缘外，3mm 边缘即可满足需求，而对照组则需要大于 3mm 甚至 4mm 的边缘；手术患者肌肉训练组与对照组相比，ptv 边缘减少不明显，这表明需要新的固定方法或干预措施来提高手术患者的治疗精度。同时，颈部肌肉训练可能减少自适应放疗（art）调整频率，但鉴于颈部区域摆位误差变化较大，每日 cbct>

目前中国不同机构在头颈部癌放疗时，并未统一采用自上而下不同的 PTV 边缘，多使用标准的 3mm 边缘，缺乏对骨结构最佳匹配的共识。而且放疗的靶区和危及器官多为软组织，测量的变形误差可能无法完全反映放疗的整体准确性，受多种因素影响，精确计算其对剂量分布的影响也较为困难。因此，治疗师需要不断创新固定装置或干预措施，将头颈部肿瘤整个靶区的摆位误差控制在 3mm 以内。未来还需对颈部摆位误差与生存、复发进行回归分析，为不同颈部 PTV 边缘提供新的可靠依据。

本研究运用 Spearman 相关性分析研究各方向摆位误差，发现 C4 和 C7 水平 Y 与 Z 方向摆位误差呈中度负相关，斜坡和 C4 水平 X 方向误差与 RTN 呈强负相关，且肌肉训练组 Y 与 Z 方向的相关系数更高，表明该组在 Y 方向误差影响下，Z 方向误差更小，进一步证明了干预措施的有效性。同时，研究还发现 X 方向误差增加会导致床角旋转误差增加，这强调了为头颈部肿瘤患者选择固定能力强、重复性高的装置以及治疗师严格遵循摆位流程的重要性。

此外，影响摆位误差的因素包括固定装置、患者一般特征（体重、性别等）和治疗师摆位时的专业水平。本研究中使用泡沫板和热塑性膜组合固定效果较好，与以往研究结果一致，这可能是本研究摆位误差较小的原因之一。本研究首次报道了患者一般特征对 HNC 摆位误差的影响，发现女性、体重减轻和颈椎曲度会增大摆位误差，颈部肌肉群训练和口腔支架则有助于减少摆位误差。由于本研究中治疗师均有 10 年以上工作经验，可忽略不同治疗师对摆位误差的影响。

不过，本研究也存在一些局限性。它是单中心随机对照试验，普适性可能受限；颈部肌肉训练从康复治疗师操作过渡到患者家属参与，可能影响患者依从性，导致干预效果被低估；颈椎曲度测量方法简单，易受多种因素影响，准确性欠佳；研究未进行每日 CBCT 容积成像，无法准确评估软组织位置的分次间变化，难以明确干预对软组织的有效性。未来计划运用双域并行深度学习网络模型结合注意力衰减机制（AWM - PNet）提高 CBCT 图像质量，研究颈椎变形误差对颈椎临床靶区（CTV）、软组织位置变化的影响，以及体育锻炼对两组患者总生存、晚期颈部毒性和颈部肌肉质量变化的影响，并开展多中心随机对照试验，提升证据水平，验证本研究结果。

结论

综上所述，本前瞻性研究有力地证明了将颈部肌肉群训练纳入头颈部癌患者放疗治疗方案的重要性。颈部肌肉群训练能够显著降低前后方向的摆位误差和计划靶区（PTV）边缘，为头颈部癌放疗提供了一种有效的辅助干预手段，具有重要的临床应用价值。