射波刀是目前世界上新型的全身立体定向放射外科治疗系统^[1-2]，采用呼吸追踪和金标追踪技术，精确计算肿瘤的运动位置，使肿瘤区的剂量高度集中的同时，临近肿瘤边缘的正常组织器官能够得到很好的保护^[3]。在实施金标追踪治疗前，需要对患者穿刺植入金标，并且要求穿刺植入的金标间距>20 mm、45°角不共线、两两连线>15°等^[4]。3颗和3颗以上金标可以计算6维偏差；少于3颗，只能计算3个方向上的平移^[5]。但实际临床操作中，由于植入术中器官的运动、植入位置的限制、植入技术的水平、金标移位等，会使植入的金标数量和质量上无法满足追踪的使用要求^[6]。部分患者因金标植入穿刺带来的危险因素和并发症，不会再次植入金标。因此，本研究将金标追踪放疗的患者添加辅助摆位计划用于计算肿瘤的旋转偏差和使用≥3颗金标计算肿瘤的旋转偏差进行统计和对比，探讨脊柱辅助摆位在金标追踪和金标呼吸跟踪的临床应用价值。为今后采用金标植入的射波刀治疗在使用金标不足3颗时，添加脊柱辅助摆位计划计算肿瘤旋转可行性提供一定的参考依据。

1.研究对象：选取2016年1月至2018年4月在华中科技大学同济医学院附属协和医院拟采用金标追踪和金标呼吸跟踪的145例肿瘤患者，男性86例，女性59例，年龄32~71岁，平均48.5岁。

2.治疗前准备：治疗前在影像设备或者B超的引导下通过穿刺针，将金标植入肿瘤内部或周围。对于肺部肿瘤患者，植入2 h后进行CT或胸部透视观察有无气胸表现。植入金标1周以后金标周围局部出血、水肿消退，植入金标位置稳定且不再移动，此时进行CT定位扫描。植入时要求金标数目≥3颗、金标间距≥20 mm、金标连线夹角≥15°^[7-9]。实际治疗时能够使用3颗或者3颗以上金标病例数为51例，列入对照组；各种原因导致 < 3颗可使用金标数目的病例为94例，列入观察组。

3.添加脊柱摆位计划：由于射波刀VSI版本的金标追踪系统中没有脊柱定位这一步骤，因此对观察组患者在治疗前分别添加一个临近肿瘤靶区的一段脊柱摆位计划，该计划只含有患者的脊柱摆位信息，脊柱摆位阶段完成后即可退出。

4.测量金标与所选脊柱距离：射波刀治疗执行系统会对脊柱或者金标的实时X射线影像与多个DRR(数字重建图像)影像比较计算肿瘤的旋转角度。单纯的脊柱追踪只能应用于相对静止的肿瘤，且对于相对静止的肿瘤与脊柱的距离可能会对肿瘤靶区位置的修正带来不同程度的影响；因此本次研究分别统计金标与临近脊柱距离的脊柱摆位修正结果，对于金标呼吸跟踪的病例，金标到临近脊柱距离通过测量CT图像中4个呼吸时相取均值计算而来。为便于统计和比较，所有金标到所选脊柱中心的距离都取最靠近所选脊柱之间的距离。

5.分析方法：射波刀金标追踪在 < 3颗金标时可以计算3个方向的平移偏差。景生华等^[10]报道了 < 3颗金标校正误差为0.057和1.122 mm，均低于金标呼吸跟踪要求 < 1.5 mm，因此，仅对旋转偏差进行比较。考虑到治疗中金标跟踪动态的肿瘤由于身体中肝脏、肺等器官呼吸运动的影响存在旋转偏差不与脊柱一致，因此分别统计了金标跟踪动态肿瘤旋转校正误差和金标跟踪静态肿瘤旋转校正的误差。为降低金标体内移位可能带来的相对误差，观察组中尽量使用2颗金标联合脊柱辅助摆位计算旋转偏差结果。

6.治疗流程：调取患者脊柱摆位计划，在Alignment＞Align阶段锁定俯仰和左右旋转。然后匹配X射线实时影像对治疗床进行平移，之后治疗系统会计算出平移和旋转的偏移值。平移值均在1.5 mm以内时计算旋转偏移值。保持患者脊柱摆位体位一致，调取同一个患者的金标治疗计划，在Alignment＞Align阶段使用其中1颗或2颗金标进行平移方向的定位。平移值均在1.5 mm以内时，使用≥3颗金标计算旋转偏移值，使用金标治疗计划执行治疗。

7.统计学处理：观察组和对照组数据单样本的Kolmogorov-Smirnov(KS)检验结果均服从正态分布(P＞0.05)；方差方程的Levene检验分别为：P=0.114(金标追踪)，P=0.218(金标呼吸跟踪)，P＞0.05显示方差齐性，均满足独立样本t检验条件。使用SPSS 19.0软件行独立样本t检验，数据以x±s表示。以P＜0.05为差异有统计学意义。

1.金标追踪结果：金标与所选脊柱中心距离＜20、20~40、40~60、60~80和＞80 mm旋转统计偏差均值分别为(0.494±0.350)°、(1.291±0.590)°、(1.705±0.739)°、(2.512±0.761)°和(2.796±1.081)°，观察组和对照组旋转总偏差分别为(1.742±0.784)°、(1.805±0.562)°；观察组和对照组旋转方向的偏差差异无统计学意义(P＞0.05)，详见表 1。

表 1(Table 1)

表 1 金标及脊柱辅助计算旋转方向修正偏差(°，x±s) Table 1 The rotational errors recorded by fiducial marker tracking and auxiliary setup calculation(°, x±s) 追踪类型 例数 x轴 y轴 z轴 合计 ＜3颗金标+脊柱辅助 53 0.032±0.523 0.158±0.509 0.279±0.947 1.742±0.789 ≥3颗金标 28 0.295±0.463 0.174±0.486 0.253±0.938 1.805±0.562 注：x、y、z分别为俯仰、左右和平旋方向

表 1 金标及脊柱辅助计算旋转方向修正偏差(°，x±s) Table 1 The rotational errors recorded by fiducial marker tracking and auxiliary setup calculation(°, x±s)

将脊柱辅助摆位金标追踪方式的病例按照计划系统中在CT图像上测量得到的金标距断层所选脊柱中心的最小距离分为5组，录的数据录入SPSS 19.0，作出图 1。

注：°表示异常值的序号 图 1 金标与脊柱不同距离旋转方向总偏差 Figure 1 The general errors according to the distances between markers and spine center

2.金标呼吸追踪结果：金标与所选脊柱中心平均距离＜20、20~40、40~60、60~80和＞80 mm旋转统计偏差均值分别为(1.190±0.547)°、(1.956±0.735)°、(2.141±0.670)°、(2.957±0.648)°和(4.027±0.695)°，观察组和对照组旋转总偏差分别为(2.619±0.906)°，(2.233±0.763)°，(P＞0.05)，详见表 2。

表 2(Table 2)

表 2 金标及呼吸同步追踪技术旋转方向修正偏差(°，x±s) Table 2 The rotation deviations of fiducial marker tracking and combined respiratory and fiducial marker tracking(°, x±s) 追踪类型 例数 x轴 y轴 z轴 合计 ＜3颗金标+脊柱辅助 41 -0.224±0.931 -0.238±0.962 0.100±1.363 2.619±0.906 ≥3颗金标 23 -0.295±0.767 0.243±0.848 0.162±1.141 2.233±0.763 注：x、y、z分别为俯仰、左右和平旋方向

表 2 金标及呼吸同步追踪技术旋转方向修正偏差(°，x±s) Table 2 The rotation deviations of fiducial marker tracking and combined respiratory and fiducial marker tracking(°, x±s)

执行金标呼吸追踪的患者3个旋转方向的修正偏差均值结果及总偏差计算结果列于表 1。考虑到对照组3个方向旋转量的计算金标随呼吸运动的变化而出现3个方向不一致的旋转变化，在统计金标呼吸追踪对照组和观察组的旋转量偏差分布时分别列入3个方向的旋转。按照金标与所选脊柱距离旋转偏差的关系见图 2。

注：°表示异常值的序号 图 2 金标与脊柱间不同距离旋转方向总偏差 Figure 2 The general errors according to the distances between markers and spine center

射波刀金标追踪是对软组织实施高精度放射治疗的一种重要追踪方式，治疗前一对90°的kV级X射线实时影像系统获取金标组的立体空间位置，并与模拟CT重建的金标位置进行配准，计算位置偏差引导摆位^[11]。在金标植入的过程中，原则上应当在肿瘤内或旁边植入4~6颗金标，要求三维空间中能够反映肿瘤的位置变化，而实际临床工作中植入金标的弃用率较高，造成可使用金标不足3颗。金标数目 < 3颗，则只能计算平移方向修正，对于旋转方向的偏差就不能计算修正。目前，鲜有在实际治疗中 < 3颗金标采用脊柱辅助摆位方式对患者旋转方向上计算修正的报道，也没有相关的统计数据用于指导临床验证脊柱辅助摆位的临床价值。本研究利用 < 3颗金标采用脊柱辅助摆位联合金标追踪的方法，分别统计金标追踪和金标呼吸追踪脊柱辅助摆位计算的旋转偏差，并与≥3颗金标追踪方式计算旋转偏差进行对比。为获得脊柱与肿瘤位置关系的差异性，还将肿瘤靶区附近的金标与临近脊柱中心距离差异分别统计脊柱辅助修正结果。对统计结果进行检验，以期为临床治疗采用脊柱辅助摆位的金标追踪患者选择上提供参考依据。

利用脊柱辅助摆位修正金标追踪治疗中的旋转偏差考虑肿瘤与脊柱中心的距离。统计结果表明，肿瘤距离相邻脊柱越远，患者旋转方向的修正偏差略有增大，总体旋转偏差趋于平缓，可以很好地表达病例统计偏差的稳定性。在肿瘤与脊柱中心距离>60 mm，平均旋转总偏差达到2.5°。实际治疗操作中，脊柱中心与肿瘤距离>60 mm，患者体位变化或者肿瘤相对位移都会对脊柱辅助摆位的旋转修正产生较大偏差。因此，对于CT图像中测量肿瘤与脊柱中心距离>60 mm的患者，尽量保证可使用金标数目≥3颗，在需要采取脊柱辅助追踪金标的情况，靶区勾画时应适当考虑旋转偏差外放计划靶区(PTV)。外放大小可以进一步定量研究>60 mm距离在六维方向上偏差范围。在金标呼吸追踪脊柱辅助摆位治疗中，统计结果表明，旋转方向的修正总偏差随肿瘤与脊柱距离增加而增大，且距离>60 mm后总偏差表现为受脊柱与肿瘤距离影响较大总偏差为(4.027±0.695)°。并且数据的稳定性不如金标追踪，脊柱辅助定位时表现出动态追踪总体旋转修正误差结果不如金标追踪。这与本身呼吸追踪时肿瘤与脊柱空间相对关系随呼吸、心跳等生理运动变化有关。因此，在追踪运动金标治疗中，肿瘤位置与脊柱中心距离>60 mm，如果可利用金标不足3颗，不建议使用金标+脊柱辅助定位追踪治疗，应重新再次植入金标或改用其他追踪方式。

金标的呼吸同步追踪是利用同步追踪系统获取的患者体表运动幅度(外运动)与影像系统获取的体内金标运动幅度(内运动)在时间上进行关联，建立患者的呼吸模型，实现肿瘤的四维照射^[12]。呼吸追踪的观察组和对照组的3个旋转方向的修正偏差结果表明，在左右旋转和俯仰旋转方向上，脊柱辅助摆位下的金标追踪治疗与≥3颗金标追踪治疗修正结果无明显差异，而平旋方向上观察组的修正范围较对照组范围明显增大，因为平旋方向(钟摆方向)为手动摆位，在实际治疗过程中治疗系统计算的偏差范围较大。按照金标追踪统计结果看跟肿瘤与脊柱距离有关，但呼吸追踪由于其运动形式较为复杂，可以进一步研究其中关系。本研究仅统计呼吸追踪3个旋转方向观察组和对照组的修正偏差。但均在射波刀机械臂校正接受范围内(＜3°)。总体3个方向上旋转统计偏差两组差异无统计学意义，显示脊柱辅助摆位下的金标追踪治疗与≥3颗金标追踪治疗具有相同的旋转修正效果。但同时值得注意的是，本研究有几个异常值，在实际临床应用中，有少数病例脊柱修正旋转差异性很大。出现这种情况可能与膈肌呼吸运动或者胸腰椎密度差异不明显影响所选脊柱(麦氏框)计算偏移量，其表现为在很短时间段内重复拍片计算的偏移值差异很大。

总之，金标追踪治疗中，在肿瘤与临近脊柱中心距离 < 60 mm时，可以采用脊柱辅助摆位联合1~2颗金标修正旋转偏差；金标呼吸追踪治疗时，在确保患者情况稳定且肿瘤平旋方位上较脊柱无较大差异，可以考虑采用脊柱辅助金标呼吸追踪，从而解决金标数目不足的问题。