螺旋断层放射治疗 (TomoTherapy) 作为当前肿瘤放疗的方法之一，集逆向调强、图像引导放疗、自适应放疗于一身，在提高放疗精度方面有其无可替代的临床优势^[1-2]。它对射线的调制能力更强，肿瘤边缘的剂量跌落更加迅速，从而可在给予肿瘤组织更高剂量、更精确照射的同时，更好地保护正常组织^[3]。因此，TomoTherapy对于靶区定位和摆位精度的要求更高，任何微小误差都可能引起靶区剂量不足和危及器官剂量的增加，而摆位不确定性又是引起剂量学误差的主要因素之一^[4-5]。本研究通过螺旋断层治疗机自带的图像引导系统，对头颈部、胸部、腹部以及盆腔肿瘤的摆位误差规律进行分析。

1.一般资料：选取2015年9月至2016年5月在山东省肿瘤医院进行TomoTherapy治疗的患者151例，其中男性92例，女性59例，年龄10~91岁，中位年龄56岁。头颈部肿瘤53例，行兆伏级CT (MVCT) 扫描1 094次；胸部肿瘤45例，行MVCT扫描960次；腹部肿瘤20例，行MVCT扫描435次；盆腔肿瘤33例，行MVCT扫描792次。

2.患者的定位及计划CT获取：头颈部肿瘤患者采用热塑性头颈肩面膜进行固定，体位为仰卧位；胸部肿瘤患者采用热塑性体膜 (18例) 和真空负压袋 (27例) 进行固定，仰卧位；腹部肿瘤患者采用真空负压袋进行固定，仰卧位；盆腔肿瘤患者采用真空负压袋进行固定，仰卧位。用荷兰飞利浦大孔径螺旋CT模拟机对患者进行扫描，扫描层厚3 mm，层间距3 mm，获得的CT图像传至螺旋断层放疗计划系统进行计划设计。

3. MVCT图像的获取：患者每次进行螺旋断层放射治疗前，按照定位时的要求进行摆位，然后行MVCT扫描，扫描层厚为4 mm，本研究共进行了3 281次MVCT扫描。

4.图像配准及摆位误差校正：MVCT图像获取完成以后，由放疗技师对在线获取的MVCT图像与计划CT图像进行配准，配准方式以骨和软组织配准为主，本研究根据治疗部位及医生要求，对骨性结构明显的部位如头颈、盆腔等进行骨配准，对于骨性结构不明显的部位如乳腺等进行软组织配准，以确保治疗时的体位与定位体位相吻合。配准后，获得x轴 (左右)、y轴 (进出)、z轴 (腹背)3个方向的摆位误差值。

5.统计学处理：本研究对平移摆位误差进行分析。统计各部位肿瘤摆位误差分布情况，95%摆位误差分布范围由均数±1.96倍标准差表示。分别计算和比较不同肿瘤在+x(左)、-x(右)、+y(进)、-y(出)、+z(腹) 和-z(背)6个方向的摆位误差，平均摆位误差由x±s表示。

摆位误差的分析比较中，根据数据是否符合正态分布及方差齐性，选择参数检验或者非参数检验。本研究中参数检验用独立样本t检验，非参数检验用Mann-Whitney U检验。采用SPSS 19.0进行分析。P < 0.05表示差异有统计学意义。

1.各部位肿瘤摆位误差分布：各部位肿瘤在x、y、z轴3个方向的摆位误差分布如图 1所示。其中，头颈部肿瘤的摆位误差分布比较集中，x、y、z轴分布范围分别为-4.2~4.8 mm、-4.4~5.7 mm、-0.8~6.9 mm (表 1)。与头颈部肿瘤相比，胸部、腹部和盆腔肿瘤的误差范围较广，三者x、y轴摆位误差分布范围，在胸部分别为-5.8~6.3 mm和-9.4~8.0 mm；在腹部分别为-6.5~8.9 mm和-9.4~7.7 mm，在盆腔分别为-5.2~7.2 mm和-9.3~8.0 mm。各部位肿瘤z轴摆位误差呈不对称分布，+z均大于-z(t=-4.119、-5.033、-3.763、-5.057, P < 0.05)。

图 1 不同部位肿瘤在x、y、z 3个方向的平移摆位误差分布A~C.头颈部x、y、z轴；D~F.胸部x、y、z轴；G~I.腹部x、y、z轴；J~L.盆腔x、y、z轴 注：x.左右；y.进出；z.腹背 Figure 1 The distribution of translation setup errors on x, y, z axes of tumors in different parts A-C. x, y, z axes for head and neck tumors; D-F. x, y, z axes for chest tumors; G-I. x, y, z axes for abdomen tumors; J-L. x, y, z axes for pelvic tumors

表 1(Table 1)

表 1 患者各部位肿瘤95%摆位误差分布范围 (mm) Table 1 The 95% distribution range of setup errors of tumors in different parts of patient (mm)  部位 例数 x y z 头颈部 53 -4.2~4.8 -4.4~5.7 -0.8~6.9 胸部 45 -5.8~6.3 -9.4~8.0 -2.5~14.3 腹部 20 -6.5~8.9 -9.4~7.7 -1.1~13.6 盆腔 33 -5.2~7.2 -9.3~8.0 -1.1~14.4 注：x.左右；y.上下；z.腹背

表 1 患者各部位肿瘤95%摆位误差分布范围 (mm) Table 1 The 95% distribution range of setup errors of tumors in different parts of patient (mm)

2.各部位肿瘤的平均摆位误差：头颈部、胸部、腹部及盆腔肿瘤的平均摆位误差列于表 2。对于头颈部肿瘤，任意方向的摆位误差均小于胸部、腹部和盆腔。对于胸部、腹部和盆腔肿瘤，+x与-x方向、+y与-y方向的摆位误差基本相当，+z和-z方向的摆位误差则差距较大 (t=-5.033、-3.763、-5.057, P < 0.05)。各部位肿瘤摆位误差最大值出现在+z方向，头颈、胸部、腹部、盆腔肿瘤在+z方向的摆位误差分别为-z方向的1.9、2.5、3.5和3.7倍。

表 2(Table 2)

表 2 患者各部位肿瘤平均摆位误差 (mm，x±s) Table 2 The average setup errors of tumors in different locations of patient (mm, x±s) 轴向 头颈部 胸部 腹部 盆腔 +x 1.61±1.21 2.43±1.88 3.67±3.06 2.92±2.13 -x 1.76±2.11 2.55±1.92 2.37±1.77 2.17±1.68 t值 -2.396 0.388 -0.365 2.385 P值 0.017 0.699 0.715 0.020 +y 2.26±1.74 3.06±2.64 3.18±1.96 3.50±2.61 -y 1.83±1.47 3.90±2.91 3.98±3.01 3.72±2.66 t值 -2.299 -0.886 -0.450 -1.746 P值 0.022 0.376 0.653 0.081 +z 3.24±1.76 6.71±3.46 6.74±3.25 7.18±3.43 -z 1.75±1.61 2.64±2.77 1.92±2.00 1.92±1.61 t值 -4.119 -5.033 -3.763 -5.057 P值 0.000 0.000 0.000 0.000 注：+x.左；-x.右；+y.进；-y.出；+z.腹；-z.背；头颈部肿瘤53例；胸部肿瘤45例；腹部肿瘤20例；盆腔肿瘤33例

表 2 患者各部位肿瘤平均摆位误差 (mm，x±s) Table 2 The average setup errors of tumors in different locations of patient (mm, x±s)

3.各部位肿瘤摆位误差发生概率：各部位肿瘤摆位误差发生概率列于表 3~6。+x、-x、+y、-y及-z 5个方向摆位误差≥5 mm的发生概率在头颈部，分别为0.55%、2.56%、5.67%、1.65%和0.18%，明显小于其他部位肿瘤，而在胸部、腹部及盆腔发生概率均 < 20%。各部位肿瘤中，+z方向误差≥5 mm的发生概率最大，在头颈、胸、腹及盆腔，分别为12.25%、59.38%、63.22%和68.56%。

表 3(Table 3)

表 3 53例患者头颈部肿瘤不同方向摆位误差发生概率 (%) Table 3 The probability of setup errors for head and neck tumors of 53 patients (%) 误差 (mm) +x -x +y -y +z -z 0a 1.73 1.19 0.37 ＜1 20.75 16.91 16.09 12.80 6.58 1.28 ≥1 39.76 20.84 43.33 26.60 89.95 1.83 ≥3 7.86 5.67 15.81 7.04 51.10 0.73 ≥5 0.55 2.56 5.67 1.65 12.25 0.18 ≥10 0.00 0.64 0.00 0.00 0.73 0.00 注：a表示摆位误差数值为0的概率；+x.左；-x.右；+y.进；-y.出；+z.腹；-z.背

表 3 53例患者头颈部肿瘤不同方向摆位误差发生概率 (%) Table 3 The probability of setup errors for head and neck tumors of 53 patients (%)

表 4(Table 4)

表 4 45例患者胸部肿瘤不同方向摆位误差发生概率 (%) Table 4 The probability of setup errors for chest tumors of 45 patients (%) 误差 (mm) +x -x +y -y +z -z 0a 1.25 0.73 0.31 ＜1 14.48 9.90 9.17 7.71 2.40 2.40 ≥1 40.73 33.65 36.35 46.04 88.85 6.04 ≥3 18.75 15.63 17.71 29.79 78.96 2.60 ≥5 5.00 5.52 7.92 15.52 59.38 1.46 ≥10 0.21 0.00 1.15 1.88 15.73 0.21 注：a表示摆位误差数值为0的概率；+x.左；-x.右；+y.进；-y.出；+z.腹；-z.背

表 4 45例患者胸部肿瘤不同方向摆位误差发生概率 (%) Table 4 The probability of setup errors for chest tumors of 45 patients (%)

表 5(Table 5)

表 5 20例患者腹部肿瘤不同方向摆位误差发生概率 (%) Table 5 The probability of setup errors for abdomen tumors of 20 patients (%) 误差 (mm) +x -x +y -y +z -z 0a 0.46 2.07 0.69 ＜1 10.34 9.43 6.67 9.43 3.45 2.07 ≥1 48.74 31.03 36.09 45.75 90.57 3.22 ≥3 31.03 11.72 23.45 32.64 80.92 1.15 ≥5 14.71 4.37 8.05 17.47 63.22 0.46 ≥10 2.99 0.00 0.00 2.53 16.55 0.00 注：a表示摆位误差数值为0的概率；+x.左；-x.右；+y.进；-y.出；+z.腹；-z.背

表 5 20例患者腹部肿瘤不同方向摆位误差发生概率 (%) Table 5 The probability of setup errors for abdomen tumors of 20 patients (%)

表 6(Table 6)

表 6 33例患者盆腔肿瘤不同方向摆位误差发生概率 (%) Table 6 The probability of setup errors for pelvis tumors of 33 patients (%) 误差 (mm) +x -x +y -y +z -z 0a 1.26 1.52 0.13 ＜1 11.74 10.35 6.06 8.33 2.65 2.15 ≥1 49.87 26.77 35.48 48.61 91.79 3.28 ≥3 26.14 10.35 20.83 32.70 83.33 1.64 ≥5 10.86 2.53 10.86 15.28 68.56 0.38 ≥10 0.25 0.13 1.14 1.39 19.57 0.00 注：a表示摆位误差数值为0的概率；+x.左；-x.右；+y.进；-y.出；+z.腹；-z.背

表 6 33例患者盆腔肿瘤不同方向摆位误差发生概率 (%) Table 6 The probability of setup errors for pelvis tumors of 33 patients (%)

4.不同固定方式下胸部肿瘤摆位误差的比较：本研究选取的45例胸部肿瘤患者中，有27例患者采用真空负压袋进行定位，18例患者为热塑性体膜，两种固定方式下，+x、-x、+y、-y、-z方向上的摆位误差基本相当 (t=-0.382、1.227、-0.389、-0.394、-0.355, P > 0.05)，而真空负压袋+z方向上的摆位误差显著大于热塑性体膜，差异具有统计学意义 (t=-2.357, P < 0.05)(表 7)。

表 7(Table 7)

表 7 不同固定方式胸部肿瘤的摆位误差比较 (mm, x±s) Table 7 The compare of setup errors of thoracic tumors in different immobilizations (mm, x±s) 固定方式 例数 +x -x +y -y +z -z 热塑性体膜定位 18 2.24±2.10 2.65±2.00 2.93±2.61 4.09±3.18 5.80±2.99 1.93±2.07 真空负压袋定位 27 2.51±1.77 2.46±1.83 3.12±2.65 3.74±2.66 7.24±3.61 3.79±3.36 t值 -0.382 1.227 -0.389 -0.394 -2.357 -0.355 P值 0.704 0.227 0.698 0.694 0.023 0.722 注：+x.左；-x.右；+y.进；-y.出；+z.腹；-z.背

表 7 不同固定方式胸部肿瘤的摆位误差比较 (mm, x±s) Table 7 The compare of setup errors of thoracic tumors in different immobilizations (mm, x±s)

TomoTherapy是一种运用MVCT进行图像引导下调强放疗的技术，将6 MV的直线加速器安装在特制的CT机架上，能够通过扇形束快速获得质量较好的MVCT图像的同时实现旋转治疗；在线MVCT图像与计划CT图像的配准可以完成摆位误差的检测与校正^[6-9]。螺旋断层放射治疗机采用的气动多叶光栅 (MLC)，其叶片运动速度可达250 cm/s，对于射线的调制能力也高于传统的MLC，这使得肿瘤与正常组织之间的剂量跌落更加明显，能够使肿瘤得到的照射剂量更高，更好地保护正常组织^[3]。这种精确的治疗方式使得治疗过程对于摆位误差的敏感性更高，因此，摆位误差在TomoTherapy中的作用不可忽视。先前的大部分研究是将摆位误差分为x、y、z 3个方向进行讨论^[10-18]。本研究发现，这种方法由于未考虑摆位误差的正负值和在同轴不同方向误差的不对称分布，会造成在某一方向上摆位误差的计算值与实际值相比存在较大差异，进而引起摆位误差和外放边界计算精度下降，为此本研究将摆位误差细化为+x、-x、+y、-y、+z和-z 6个方向进行分析。

通过对各部位肿瘤的摆位误差进行分析发现，相比于其他部位肿瘤，头颈部肿瘤摆位误差小，误差分布范围窄，摆位误差≥5 mm的发生概率较低，这与已发表的研究结果相一致^[13-15]。说明头颈部肿瘤在治疗过程中摆位的重复性较好，这可能与其固定方式有关，采用头颈肩面膜进行体位固定，更好地限制了患者的运动，从而减小了误差。在+z方向，摆位误差的发生概率最高，平均摆位误差最大，摆位误差的分布也偏向于+z方向，这可能与治疗床的下沉有关。

对于胸部肿瘤，摆位误差最大值出现在+z方向，此方向上误差≥5 mm发生概率为59.38%，高于其他任何一个方向，同样也是受治疗床下沉的影响。胸部肿瘤定位时，本研究结果表明只有在+z方向两者之间的差异具有统计学意义，可能是由于用热塑性体膜进行体位固定时，减小了患者的呼吸运动幅度，从而减小垂直方向的摆位误差，提高摆位的重复性。基于此，本研究推荐使用热塑性体膜对胸部肿瘤患者进行体位固定。

对于腹部和盆腔肿瘤，由于使用真空负压袋进行定位，患者腹侧缺少限制，呼吸运动对于摆位误差的影响增加，使得所有方向的摆位误差均大于头颈部肿瘤。其中，+z方向的摆位误差最大，且误差发生概率最高，≥5 mm的发生概率分别为63.22%和68.56%，相比头颈部和胸部肿瘤，呈增大趋势。

对于各部位肿瘤，摆位误差最大值均发生在z轴，这是因为在进行TomoTherapy治疗时，患者需在机器外进行摆位，然后随床移动进入治疗机进行治疗，床板进入治疗机时，缺少支撑，造成治疗床下沉，从而使得垂直方向摆位误差增大，这与文献结果一致^[15-18]。本研究将方向更加细化分析后发现，摆位误差最大值均发生在+z方向，头颈部、胸部、腹部及盆腔肿瘤在+z方向的摆位误差平均值分别为3.24、6.71、6.74和7.18 mm，可见随治疗部位从头向脚方向移动，摆位误差呈增加趋势，这是因为随着床伸出距离的增加，治疗床的下沉也更加严重。对各部位肿瘤同轴不同方向 (即+x与-x、+y与-y、+z与-z) 的摆位误差平均值进行比较发现，+z和-z方向的摆位误差差异均有统计学意义，这提示在进行计划设计时，必须考虑z轴正负方向摆位误差的异质性，如在进行临床靶区到计划靶区 (CTV-PTV) 的边界计算时，需将同轴不同方向分别计算，以避免不得当的边界造成靶区剂量不足或正常组织受量增加。

TomoTherapy治疗技术通过减小不良反应和增大肿瘤剂量，提高了治疗增益比，但同时这种治疗技术的临床效益也受到各方面因素的影响^[19]。本研究仅考虑了由于摆位所造成的误差，并未对误差的其他影响因素进行讨论，如靶区或危及器官勾画的不确定性、计划优化的不确定性、剂量计算的不确定性及剂量传输的不确定性^[17]。

综上所述，在螺旋断层放射治疗中，头颈部肿瘤摆位的可重复性最好；胸部肿瘤治疗过程中，采用热塑性体膜进行定位优于采用真空负压袋进行定位；在对各部位肿瘤进行计划设计和治疗时，应考虑垂直方向摆位误差的异质性。