npj Digital Medicine：一种接触式体位监测系统在肿瘤放射治疗全过程中可实现非侵入式、无辐射、实时监测

超过70%的癌症患者需要接受放射治疗，其中以X射线为基础的放射治疗最为普遍。在放射治疗过程中，摆位误差、器官的生理位移以及患者不适导致的身体运动，均可能使射线偏离临床靶区体积（clinical target volume，CTV）和计划靶区体积（planning target volume，PTV），从而使正常组织受到过量辐射，导致放射治疗相关损伤。

目前，放疗过程中的患者体位监测技术主要包括千伏级X射线成像、光学表面追踪和双眼视觉。然而，这些方法受到辐射、加速器机架旋转和热塑性体膜等干扰因素的影响。因此，本研究开发了一种用于肿瘤放疗全过程的无创实时体位监测系统，该系统由两个压敏床垫组成，每个床垫配备6400个压阻式压力点，分别放置于肩胛骨和骶尾部区域下方，以监测用于重心计算的阻力值，并通过固体水模拟实验研究了床垫使用对计算机断层扫描成像和辐射剂量的可能影响。

压敏床垫定位监测系统的设计

应敏床垫的尺寸为30×30厘米，由两层柔软的PET聚酯薄膜（TOYOBO A4100）粘合而成。上层薄膜上印有80行导电材料（Acheson ED-430SS银墨）和应变电阻材料，与下层薄膜上印制的80列均质材料相交，形成了6400个压阻敏感点。相邻敏感点之间的距离为3.75毫米。当没有外部压力时，敏感点的电阻为无穷大；而当施加压力时，电阻会相应地减小。数据采集单元（STMicroelectronics STM32）响应时间为10毫秒，并使用TCP/IP协议将数据传输到计算机。

图1：a系统结构及压敏区域图。b, c放射治疗过程中压敏床垫使用的侧视图和俯视图

CT成像与辐射剂量影响测试结果

结果显示，不同位置固体水的亨斯菲尔德单位（hounsfield unit，HU）值介于0到20之间，且未观察到伪影。此外，在加入压力床垫后，固体水的HU值也保持在0到20的范围内，没有伪影出现。在加速器机架角度为0°和180°的条件下，与仅通过固体水后的测量剂量相比，加入压力床垫后，相对剂量分别减少了0.68%和0.72%，均小于1%。这些发现表明，压力床垫对剂量传递的影响可以忽略不计。

位置监测系统的精度分析

结果显示，随着铅块移动不同的距离，软件计算出的总轨迹长度与铅块实际移动距离的相对误差保持在0.1%以下。此外，软件导出的轨迹面积与由铅块质心位置生成的多边形面积的相对误差接近于零。这些结果证实了位置监测系统的高测量精度。

建模与验证

通过对1046个治疗环节中251名癌症患者的数据进行分析，随机森林算法显示，第一组队列内部测试集的曲线下面积（AUC）为0.995。内部验证结果显示，真正率（TPR）为95.5%，假负率（FNR）为4.5%，真负率（TNR）为97.2%，假正率（FPR）为2.8%，准确度（ACC）为99.5%，表明该模型在预测位置偏移方面具有较高的准确性。此外，第二组队列的数据的外部验证结果也表明了该模型在不同的放疗机器上具有优异的准确性和稳健性。

图2：ROC曲线用于队列1的内部验证和队列2的外部验证

综上，本研究将压力传感器技术与人工智能相结合，开发了一种放置于患者背部的接触式体位监测系统。该系统能够在整个肿瘤放射治疗过程中实现无创、无辐射、实时监测，检测患者运动的准确率超过90%。此外，该系统还具有使用方便、成本低廉和可扩展性强等优点，为监测肿瘤放射治疗过程中患者的体位变化提供了一种有效且可行的解决方案。

原始出处：

Shu, J., Shao, J., Liu, L. et al. A noninvasive realtime body position monitoring system for the entire course of tumor radiotherapy. npj Digit. Med. 8, 136 (2025). https://doi.org/10.1038/s41746-025-01537-x