近年来，临床中应用体表追踪放射治疗（SGRT）使用光学表面扫描病人体位，分数内运动监测和呼吸门控技术已经增加。通常，SGRT系统使用投影仪的组合和一个或几个摄像机单元进行实时登记患者的三维表面。一个相对于治疗等中心位置的参考表面用于计算患者在平移和旋转方向上位置的必要修正。目前有四种主要的光学表面扫描技术用于放射治疗，激光扫描仪[1]、飞行时间系统[2,3]、立体视觉系统[4]和结构光系统[5,6]。光学表面扫描仪，因其具有高空间和时间分辨率，已被证明是放射治疗过程中的患者定位和监测的重要补充[1,7,8]。

SGRT可以被视为一个“四眼原则”的工具，其允许持续监测患者的位置，能够提高患者的安全性[9,10]和舒适性[11,12]，同时具有标准化工作流(更高精密度和重现性)[13]。此外，它还具有通过准确照射靶区同时保留正常组织[15]来改善临床结果的潜力[14]。

在患者体位方面，SGRT是一种有效的用于减少总治疗时间的工具，并且使成像剂量最小化：i）它提供了关于患者体表和位置的室内在线完整信息，ii）对于浅表肿瘤（表面偏差可以用来替代肿瘤运动）SGRT相比三点激光提供了更精准的定位并且在某些情况下可以减少每日成像的频率[16]，iii）对于位置较深的肿瘤（肿瘤运动和表面偏差没有直接联系）每日成像仍需强制，但SGRT可以减少图像配准的时间并防止多次成像需求[17]。尽管成像剂量和放疗产生的全身散射剂量相比较可以忽略不计，SGRT可以被确定为一个图像引导的步骤，可以在没有电离辐射的情况下完成，就如AAPM TG 75中提出的用以减少成像剂量。

由于SGRT系统提供了实时的运动监测，在整个治疗分次内监测病人的表面，给放射治疗增加了额外的安全水平工作流程。如果部分患者表面的变化偏离了根据计划CT设置的参考位置，或，如果计算定位的等中心偏差超过了一定的阈值，射野可以停止出束。

SGRT最有前途的应用之一是门控放疗传递的肿瘤位置接近皮肤表面（如乳腺癌）通过深呼吸屏气（DIBH）和主动-DIBH(vDIBH)。近年来发展的另一个应用是SGRT在全脑放射治疗（WBRT）或立体定向放射外科（SRS）中的应用。在这里，SGRT系统能够在共面和非共面治疗[19]中，通过开放固定面罩监测患者的表面。SGRT也应用于特殊技术，如短程局部乳腺照射（APBI）、立体定向体部放疗（SBRT），以及有限的在儿科[20]中的应用。

本文综述了SGRT的临床进展和应用于现代SGRT治疗的最新研究成果，并展望了未来的应用领域。

SGRT能够提供实时的6维患者定位和监测，已成为放射治疗的常见工具，如图 1 所示。对患者的每日成像，而不考虑辐射剂量和减少摆位时间的潜力是该技术的主要优势。为了确定表面成像对患者摆位的临床益处，已经进行了几项使用验证成像对患者摆位准确性的基准调查。当把表面作为靶区定位的替代物，即用于乳腺和其他皮肤附近的靶区时，SGRT优于基于3点激光的患者摆位，这是一个广泛的共识[13,16,21-30]。对于位置较深的目标，表面成像仍应谨慎使用[13,22,31,32]。

乳腺定位

关于乳腺癌患者的摆位，对比激光摆位和表面成像的研究报道了皮肤和银夹的定位误差平均减少约40%[23-26]，所有研究中绝对误差（1SD）小于4毫米，并且与千伏正交成像[29,30,33,34]，射野影像[16,27,30]或锥束计算机断层扫描（CBCT）[13] 进行验证。除了精确的等中心定位外，表面成像还为纠正患者的姿势，即下巴和手臂的位置提供了指导。在这种情况下有研究表明，表面引导矫正手臂姿势也改善了乳腺位置[13,16,27,30]。然而，仍有一些因素会影响表面引导的患者摆位的准确性，如患者运动[35]、表面阴影[16]、感兴趣区域（ROI）[14]的选择、患者没有解剖梯度（例如非常平坦的表面）以及整个治疗[21,28,36]过程中的解剖变化。在NAL（无动作级别）成像协议中的SGRT工作流已经显示出了降低IGRT频率的潜力，从而降低了额外的成像剂量[16,30,31]。与激光对准[26]相比，乳腺癌患者表面成像定位实现了一个无标记的工作流程，并减少了患者摆位的时间。

体内靶区的定位（腹部、骨盆、头颈部）

一些研究表明，患者表面的运动和内部靶区[13,22,37,38]的运动之间的相关性较差。腹部靶区移动多达约3厘米，骨盆和下肢[13,22,31]移动多达约2厘米。然而，表面成像至少达到了与激光对准相同的精度，并被认为是初始患者摆位的一个有价值的工具，并作为传统成像模式[13,22,38]的补充。表面和内部结构运动之间缺乏相关性并不是反对使用SGRT [32]的论据，因为SGRT并没有为图像引导提供相互矛盾相反是互补的信息。参考图像的ROI的选择影响了SGRT与图像引导定位之间的相关性。在盆腔SGRT中，通过从参考图像（[39]）中排除胃等可变形的解剖结构，发现与CBCT的一致性有所改善。相比之下，在头颈部[22,31]仅观察到轻微的移位。Haraldsson等人报道，头颈部患者使用表面成像进行患者摆位的时间显著减少，每次减少5 min[31]。

颅内肿瘤：WBRT & SRS

传统上，WBRT一直是3个以上颅内脑转移（BM）患者的推荐治疗选择，但WBRT可导致长期不良事件（如神经认知能力下降）和生活质量下降的[40]。相比之下，对于有限数量的转移瘤[1-4]，在大多数病例中，立体定向放射外科是首选。最近的技术进步使基于直线加速器的无框SRS成为一种对患者更为友好的治疗选择，允许准确的患者摆位和更短的治疗时间[41-45]。由于SRS越来越多地应用于多发性脑脊髓炎患者，因此SRS必须以最高的质量进行，以避免放射性坏死等并发症。因此，用较小的外扩来治疗BM是必要的，这需要在线CBCT和热塑性定型[46]的辅助下进行6自由度的校正。这种改进的患者摆位使得使用单等中心治疗多个病变成为可能，通过与无均整块（FFF）射束相结合可以进一步减少射束投递时间[47,48]。

在治疗计划中加入非共面床转角可以更好地保护正常的脑组织。这种方法已经被广泛地发表在[47,49]。然而，对于现代的直线加速器来说，我们不可能在非共面床转角下使用CBCT来验证患者的位置（图 2）。附加设备，如ExacTrac®x射线系统（Brainlab AG, Munich, Germany）能够提供准确的患者骨解剖分次内摆位信息——任何治疗床角度，但成像程序增加了一些额外的剂量，并延长了整体治疗时间[50,51]。Tarnavski等人表明，虽然患者被热塑面罩固定，但仍有42%的光束的定位矫正超过1 mm，9%的光束超过1度[52]。

SGRT系统的一个明显优势是没有辐射剂量，该程序仅最低限度地增加总治疗时间[8]。SGRT系统在脑肿瘤患者中需要使用开放式面罩，甚至不使用面罩。Dekker等人描述了30例接受WBRT治疗的姑息性患者的结果。基于93%的成功率，作者得出结论，没有热塑性面罩的放射治疗在临床上是可行的。在单一摄像机系统（CRAD，Uppsala，Sweden）的引导下，等中心运动平均在1.1毫米以内。该系统与直线加速器相互连接，如果病人超出了预定义的阈值，就可以执行自动停止出束。

对于非共面床转角的治疗，准确掌握辐射和治疗床旋转等中心之间的一致性变得很重要，因为不可能在治疗过程中调整治疗床。定期开展Winston-Lutz检查可以掌握关于不同机架、准直器和治疗床角度的辐射等中心的准确信息，也可以间接提供关于系统的精度的信息[19,54,55]。

屏气

由于呼吸导致的器官运动被认为是最大的分次内器官运动，因此必须考虑到受呼吸影响的肿瘤或病变的放射治疗期间的不确定性。DIBH（最大吸气）或浅BH（中等吸气）是缓解呼吸运动的有效方法[56]。这两个概念都将肿瘤运动降到最小值，并允许以相似的计划靶区体积（PTV）覆盖[57]减少对心脏的剂量。对于肺或肝的治疗，屏气水平可以使用SGRT系统进行监测，尽管该系统最多只能监测患者表面作为肿瘤运动的替代物。另一方面，呼吸运动也可以用于增加特定肿瘤部位的OAR保护，其中DIBH增加了PTV和OARs之间的距离[58]。例如，在乳腺癌中，DIBH技术会减少心脏剂量，特别是对左前降支（LAD）等放射敏感结构，任何额外的剂量都会增加冠状动脉疾病的风险和缺血性心脏病的风险[59-63]。Laaksomaa等报道了全乳DIBH在射野成像下能将剩余误差减少到≤3 mm的可能性[30]。此外，在乳腺[64]和霍奇金淋巴瘤[65]的质子治疗中，DIBH降低了相互作用效应，提升了计划稳健定性[56]，并显著降低了对LAD和心脏的剂量。左侧乳腺癌使用光学表面扫描仪的DIBH进行照射，目前已在多个机构中广泛开展[66]，该概念也适用于右侧乳房照射，以减少肺和肝剂量[67]。

SGRT系统为评估DIBH期间的稳定性提供了可能，据报道，DIBH期间的BH水平≤0.7 mm，分次内可重复性≤2.2mm[68]，中位数标准差为0.3mm[69]。Kugele 等人报道，分次内切线和局部治疗的重现性在三个方向低至1mm（中位数超过40名患者），但在一个治疗内的最大偏差高达5mm，影响了靶区覆盖和OAR剂量[70]。据报道，SGRT系统在DIBH定位和监测[71]方面的准确性在5 mm范围内，与使用基于肺活量的定位[68]的研究报告相似。

在DIBH中使用SGRT来减少治疗时间没有共识性的报道，但改进的安全方面如病人摆位， DIBH期间稳定性和分次内DIBH再现性可以得到直接测量，并且对应使用适合的外扩和射束控制。图 3 和图 4 展示了DIBH患者的摆位和监测的例子。

特殊技术

在APBI中，治疗靶区仅限于早期乳腺癌患者的术后腔，可以植入银夹通过x线成像进行靶点定位。SGRT已被证明可以改善这种软组织靶区[72]的摆位，并且患者外表面与内部切除部位的强相关性已被提及[24]。在最近的一项研究中，一个SGRT系统的靶区配准误差（TRE）与kV基于银夹的TRE一致，系统范围小于3 mm。此外，SGRT和2D x射线匹配银夹的结合可以精确对齐和摆位验证，而不需要在皮肤做标记[26]。在肿瘤切除区没有银夹的情况下，当APBI治疗的患者在计算机断层扫描（CT）模拟和治疗[21]之间的手术腔体积变化<10%时，SGRT似乎仍然是一种潜在的有价值的图像引导方法。

运动管理和SBRT

几乎三分之一的临床SGRT用户已经开展了呼吸门控用于SBRT治疗或常规肺或腹部放疗中患者体位和/或运动管理[32]。SGRT可以改善成像前的治疗摆位，减少CBCT [73]前正交kV成像的必要性，在检测SBRT [74]治疗前和治疗后摆位的偏差方面很有前景。在运动跟踪研究中，四维计算机断层扫描（4DCT）采集和治疗显示出与Varian RPM系统具有良好的时间准确性和一致性[75-77]，具有改善呼吸运动管理[78]的潜力。Kauweloa等人观察到，随着呼吸波形振幅的降低，表面引导的4DCT采集的平均位置跟踪的不确定性增加，这表明SGRT系统可能更适合4DCT [76]的相位排序，而不是振幅排序。SGRT监测与通过x射线成像[79,80]监测的肿瘤内部位置之间的强相关性，证明了SGRT在呼吸运动监测和运动管理方面的潜力。呼吸运动信号和预估的体积变化与肺活量计的测量值有很好的相关性[81-83]。然而，当执行基于SGRT的肿瘤跟踪或门控系统时，对出束和停束延迟进行仔细的界定是必要的，因为这些在SGRT和射束传递系统之间存在差异且不可忽略 [84-86]。

儿科

基于SGRT分次内监测的儿童治疗并没有得到广泛使用[32]且文献有限。在一个病例报告中，[87]使用SGRT联合直线加速器的FFF模式，报道了一个18个月大男孩的复发姑息性放射治疗。他有一个巨大的前纵隔肿块，严重阻塞了他的气道。SGRT治疗可以在足够短的时间内进行，而不需要麻醉。SGRT系统已被添加为儿科治疗中的一个安全功能，以帮助患者摆位和提供额外的错误检测[88]。

带电粒子

在质子治疗的乳房的过程中，SGRT结合初始和每周的在束x线成像，已被证明是一种安全的替代每日正交x线图像的患者定位方法，从而缩短摆位时间，并减少患者[14,58,89]的成像剂量。采用这种方法，表面和影像学检查显示乳房解剖结构的变化。在质子治疗中的进一步应用是通过气隙和源皮距（SSD）的计算来验证喷嘴设置[90]，这为治疗提供了一种确定物理目标深度的方法。

SGRT系统需要一个要求苛刻的质量保证（QA）程序，以实现亚毫米的精度和可靠的功能。不仅需要确保系统性能本身，还需要确保相关的工作流。AAPM TG 147 [91]设置了关于这个主题的第一个指导方针。然而，经过8年的技术发展和越来越多的设施更广泛地使用SGRT，需要更新的质量保证指南。

大分割RT（如SRS，SBRT）的应用需要从6自由度[92]测量静态精度，包括单个或多个等中心计划[93]之间的差异，治疗床旋转、步行效应和校准误差[19,94]的影响。

此外，最新SGRT系统的帧率增益吸引了用于治疗自由呼吸的患者，其中门控响应时间、门控窗口和直线加速器配置（如剂量率、光束保持时间）等参数需要包括在QA程序[86,95,96]中。更复杂的是，这种技术在粒子治疗中的应用，特别是在铅笔束传递中，当使用射束门控或跟踪[97,98]时，需要考虑延迟参数、空间几何形状对系统性能和潜在的预测算法的影响。同样在类似环状的直线加速器中，以及当表面追踪被用作4d获取的替代品时[101-104]，都需要执行一个对应的QA程序 [37,99,100]。

尽管大部分用户使用市面上可获得的商用模体，但目前仍有部分功能尚不能（或具有挑战性）进行测试，如变形配准算法[7,36]、延迟时间[105]、肤色和房间照明、全工作流集成[106]和热特征。

近年来，SGRT用户和应用的数量迅速增加，并预计在未来几年得到进一步增加。考虑到身体标记对患者造成的不适和情感负担（这可能是一种不断的提醒患者正在接受癌症治疗的标记），一个完全替代患者身体标记的SGRT工作流可能在不久的将来成为真正具有前景的治疗技术。

可变形的表面配准，结合对患者表面运动与内部器官和肿瘤运动的相关性的广泛研究，可以构成一种更准确的记录和监测患者运动和解剖学变化的方法。与1D替代物相比，DIBH的运动监测，门控亦或是肿瘤跟踪治疗，都可以从SGRT提供的改进数据中获益。在CT模拟过程中获得的表面数据可以帮助对患者进行运动缓解技术进行分层，例如量化患者遵循某种屏气技术所需指示的能力。此外，关于分次间的解剖变化，如乳房治疗中的体重减轻或淋巴水肿，SGRT提供了一个有潜力技术支持。随着即将到来的热跟踪的可能性（ExacTrac Dynamic, Brainlab AG, Germany），甚至对生理过程的判断，如炎症或早期皮肤毒性都会成为可能。

根据对分次内患者运动监测数据的回顾性分析，SGRT系统提供了摆位可变性的信息，结合解剖成像可以确定必要的信息，以建立部位甚至患者特异性的治疗边缘。因此，预计SGRT将越来越多地用于发展个性化患者护理和自适应放射治疗，有可能减少辐照健康组织的体积和控制分次间变化所需的验证成像（x线或CBCT）的总数。SGRT既可以替代kV成像本身，也可以在检测到超过一定阈值的变化时触发kV图像。

最近，SGRT与一个专用系统中的x射线监测的结合已经被引入（ExacTrac Dynamic, Brainlab AG, Germany）。结合的工作流程可以实现SGRT引导的患者定位和分次内运动监测，并可以根据内部解剖对患者进行定位。当病人表面超过一定的公差时，自动触发x射线图像可以验证目标的内部位置。作为对表面信息的补充，我们使用了表面的热特征来提高配准精度，如图 5 所示。

SGRT在自适应计划方面的决定作用对于粒子治疗更为重要，因为未被发现的患者解剖和姿势的变化，如炎症、体重增加或减轻，会强烈影响粒子射程[107,108]，这一变化有可能带来更实质性的剂量学影响。然而，SGRT在粒子治疗中的应用也有望进一步扩展到机器和患者特异性QA中。此外，考虑到生物识别技术和人脸识别算法的最新进展，SGRT系统可以被集成到整个临床放射治疗工作流程中。SGRT能够通过面部识别登记患者，每天验证在加速器治疗所需的治疗配件并验证患者治疗的正确位置，促进患者特异性和机器的质量保证。由于机架结构的巨大重量，大多数质子治疗系统的机械和辐射等中心性强烈依赖于复杂的算法来调整治疗床位置，用以作为机架下垂的补偿，并且这一调整在每个治疗角度下都需处理。一个通过系统特定常规QA进行过良好校准的表面成像系统，可以作为治疗床定位验证的二次验证程序，也可以作为光子束治疗的机架和治疗床位置（以及VMAT中的运动）的独立检查。

对于每个上述列举的应用，都有一个专用的QA程序，包括SGRT系统和外围设备（即TPS、直线加速器、成像系统）。开发合适的模体、在分析框架中的集成和系统质量的参数化等都尚存在一些有待探索的领域。

使用SGR可以为患者在整个放疗过程中提供更多的安全性并且提高了特定解剖部位治疗的准确性。SGRT可以被认为是一种额外的安全工具，例如用来进行分次内运动管理，并且在某些技术上，如DIBH或无体膜治疗，通过使用SGRT促进了其非凡的进展。