《International Journal of Radiation Oncology*Biology*Physics》：First Patient Study with Visual Biofeedback for Gating Delivery Efficiency Improvements on a 1.5 T MR-linac: Biofeedback for MR-linac Gating: Patient Study
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呼吸调控在1.5T磁共振线性加速器中的治疗效率和用户体验研究。采用图形界面与速度表界面对比测试，结果显示67%健康志愿者偏好图形界面。24名患者测试显示自由呼吸门控（SDBH）和固定呼吸门控（FBH）平均治疗效率分别为64%和63%，SDBH最高达87%。患者对生物反馈系统评价优异（SUS评分83），92%认为界面清晰，96%认为易用，8人提及 claustrophobia 减轻。研究证实BF系统可提升治疗效率且患者接受度高，需加强个体化培训。
F.P.D. 范加梅伦 | P.T.S. 博尔曼 | L.T.C. 梅耶尔斯 | R.H.A. 鲁特格斯 | J.M. 韦斯特霍夫 | A.L.H.M.W. 范利尔 | M.P.W. 因特文 | B. 斯特姆肯斯 | B.W. 拉伊马克斯 | M.F. 法斯特
荷兰乌得勒支大学医学中心放射治疗科
摘要
目的
呼吸引起的腹部和胸部病变的移动是放射治疗中一个重要的不确定性来源。束流门控技术可以提高治疗精度，但会延长治疗时间，这可以通过生物反馈（BF）来缓解。在本研究中，我们探讨了提供生物反馈是否能够提高治疗效率并改善患者体验。
方法和材料
本研究使用了一台1.5 T的MR直线加速器进行，该加速器配备了基于电影MRI的运动监测系统，用于实现门控治疗。生物反馈信息通过MRI兼容的显示器显示，该显示器通过内孔镜组件可见。36名志愿者完成了两次各5分钟的生物反馈训练。通过问卷调查评估了志愿者的体验。
在第一阶段，12名健康志愿者被纳入研究，让他们在图形用户界面（GUI）和速度计风格的用户界面之间进行选择。
在第二阶段，24名患者志愿者被纳入研究，他们使用第一阶段选择的GUI进行自主呼吸暂停（SDBH）或固定呼吸暂停（FBH）。在此过程中，我们量化了治疗效率（即门控窗口内的时间占比）和系统可用性评分（SUS）。门控窗口被定义为围绕运动监测结构的各向同性3毫米边界。
结果
三分之二的健康志愿者（n = 8）更喜欢图形用户界面。对于患者志愿者，自主呼吸暂停的平均估计治疗效率为64%（n = 12），固定呼吸暂停为63%（n = 12）。患者对图形用户界面的评价非常高，可用性评分为83分（标准差=17分）。96%的患者认为生物反馈系统易于使用，92%的患者认为用户界面清晰易懂。8名患者表示使用生物反馈后感到不那么幽闭。
结论
在1.5 T MR直线加速器上使用生物反馈进行门控治疗，平均效率达到了63%（标准差=12%），并且得到了患者的高度认可。此外，个别患者在治疗过程中的表现改善表明专门培训的重要性。
引言
呼吸运动是影响腹部和胸部外照射放射治疗定位精度的一个重要因素[1]。根据肿瘤在腹部和胸部区域的位置以及患者的生理状况，呼吸引起的运动范围可以从几毫米到几厘米不等[2]。为了防止肿瘤剂量不足或周围健康组织受到过度照射，呼吸运动管理在现代放射治疗中至关重要。磁共振成像（MRI）由于其采集灵活性和出色的软组织对比度，适用于运动估计[3]。集成式MR直线加速器系统的出现[4]使得在线MRI引导的放射治疗流程成为可能，可以在治疗过程中实时监测运动[5][6]。在CT扫描仪和圆锥束计算机断层扫描（CBCT）配备的直线加速器系统中，常用的呼吸调节技术（如呼吸暂停）可以确保治疗位置与患者的成像/治疗计划位置一致[7][8][9][10]。结合束流门控技术，呼吸调节可以确保患者在理想的解剖结构中得到高效且精确的照射。
视听（AV）生物反馈（BF）系统是一种指导患者调节呼吸的方法，以在成像和/或治疗过程中实现最佳同步性和时间效率。目前，AV BF系统主要应用于CBCT直线加速器系统，并结合使用表面摄像头、压力带或肺活量计等运动替代装置[11][12]。在混合式MR直线加速器系统中，可以直接使用实时电影MRI估计呼吸运动，从而无需依赖运动替代装置[13]。然而，患者在MRI扫描仪中的体验与CT扫描仪或CBCT直线加速器有显著差异：(a) 由于广泛的成像和计划调整程序，患者在扫描仪中的时间较长；(b) MRI扫描仪产生的噪音水平较高（>100 dB）；(c) 由于MRI内孔的限制，患者的视野可能较窄。尽管已经证明呼吸调节对CBCT直线加速器的治疗质量有益[14]，但此前1.5 T Elekta Unity MR直线加速器（Elekta AB，瑞典斯德哥尔摩）上并未配备商用BF系统。在0.35 T MRIdian MR直线加速器（Viewray Systems，美国俄亥俄州奥克伍德村）的A3i版本中，已经集成了BF系统，以辅助更高效的呼吸暂停门控治疗。多家机构报告了使用自开发的BF系统进行临床应用的情况[15][16][17]。在1.5 T Unity MR直线加速器上，一项研究性试验成功展示了BF系统在4D-MRI采集过程中调节呼吸的效果[18]。为此，我们启动了XXX试验，以评估这种研究性视觉BF系统在1.5T MR直线加速器系统上的可用性和有效性，研究对象包括12名健康志愿者和24名患者志愿者。首先，我们比较了两种BF图形用户界面（GUI）设计，以进行初步的可用性评估并选择最优设计。随后，我们使用选定的GUI设计评估了患者的依从性、预期的束流传输效率以及治疗过程中的变化情况，并通过系统可用性评分（SUS）来量化参与者的体验。
这是首次系统地比较不同BF GUI设计和工作流程在模拟治疗条件下的效果的研究，同时考虑了患者的偏好和客观性能指标。研究结果为该系统的可行性、可实现的效率提升以及患者的接受度提供了重要的临床证据。
材料与方法
XXX（XXX）是一项由研究者发起的、单机构进行的干预性试验，涉及一种研究性医疗设备。该研究获得了XXX研究伦理委员会的批准。所有参与者均签署了书面知情同意书。
结果
为了确保样本组具有代表性，我们招募了年龄范围广泛的志愿者（健康志愿者：24-79岁，患者志愿者：30-74岁），并保证了性别分布的平衡（健康志愿者：男性6/6人，女性6/6人；患者志愿者：男性10/14人，女性14/14人）（详细信息见补充材料中的表A）。
在研究的第一阶段，三分之二的健康志愿者更喜欢图形用户界面（n = 8），而不是速度计风格的用户界面。
讨论
本研究表明，在1.5 T MR直线加速器上进行模拟治疗时，使用视觉生物反馈系统将患者引导到预定义的门控窗口内，平均治疗效率为63%（标准差=12%）。指导患者进行自主呼吸暂停（SDBH）可以提高治疗效率，平均效率为64%（最低值：36%，最高值：87%）；而固定呼吸暂停（FBH）的治疗效率也为63%。
结论在1.5 T MR直线加速器上使用生物反馈进行门控治疗，平均效率为63%（标准差=12%），并且得到了患者的高度认可。虽然自主呼吸暂停的效率最高可达87%，但固定呼吸暂停和自主呼吸暂停的工作流程表现出相似的效果，这体现了系统的稳健性。生物反馈的集成提升了患者的整体体验，随着时间的推移观察到的性能提升进一步凸显了专门培训的价值。
资助情况
无。
利益冲突声明
F.P.D. 范加梅伦
1. 乌得勒支大学医学中心和Elekta AB之间的研究协议。
7. Elekta AB为2024年在新加坡举行的MRL联盟会议提供的差旅费用
P.T.S. 博尔曼：
1. Elekta AB对我所在机构的支持。
12. 为我所在机构提供的MRI兼容室内显示器。
L.T.C. 梅耶尔斯：
R.H.A. 鲁特格斯：
7. Elekta AB为2024年在新加坡举行的MRL联盟会议提供的差旅费用。
J.M. 韦斯特霍夫：
7. Elekta AB为2024年在新加坡举行的MRL联盟会议提供的差旅费用
致谢
作者感谢Elekta AB的Neil Winchester和Duncan Bourne提供的研究材料，包括室内显示器和内孔镜系统。作者还要感谢Prescilla Uijtewaal（乌得勒支大学医学中心）在内孔镜系统构思和早期原型设计方面的贡献，以及Hanneke Mandemakers（乌得勒支大学医学中心）基于其肺功能分析专长在呼吸调节指导方面的有益讨论。
