放射治疗是头部肿瘤治疗的重要手段之一，其治疗的精确度依赖于患者体位的重复性和剂量投递的准确性^[1-3]。随着放疗硬件设备和相关技术的发展，头部放射治疗的精确性正逐步得到提高。其中基于锥形束CT(CBCT)的图像引导技术和基于互信息的刚性配准工具在提高头部肿瘤放射治疗精度方面带来了积极影响^[4-6]；6自由度治疗床的应用提供了多维度、亚毫米级的误差修正手段^[7-8]；热塑膜等固定装置保证了治疗过程中患者体位的稳定性^[9-10]。尽管上述设备和技术有效减小了摆位残留误差^[11]，但并未显著改善放疗的初始摆位误差^[12]，并额外增加了图像引导的辐射剂量与验证时间^[13-14]。

近年来光学体表监测系统也已逐渐成熟并应用于临床^[15-16]。目前临床上的主要使用方式分为两类，其一是在治疗前经CBCT验证患者体位后系统获取实时光学体表图像作为参考来监测治疗过程中患者的运动，另外一种则是通过治疗计划系统获取患者定位时的外轮廓数据(也可以采集CBCT位置验证后的光学体表图像)作为参考图像，来指导整个疗程中的摆位。该装置可在不增加成像辐射剂量的前提下，实时引导放疗摆位。然而在使用过程中，光学体表系统的准确性极大的依赖于体表扫描范围及患者面部的暴露，这与头部放疗常用的全面网热塑膜有所冲突。另一方面，在光学体表摆位中，如果治疗床或固定装置没有得到良好的位置重复，仅仅依靠患者光学体表误差信息将会忽略部分系统误差，从而导致固定装置相对位移产生的剂量差异^[17]。因此，如何结合现代放疗设备，在使用头部全面网热塑膜固定装置下，进一步提高验证前的摆位精度，并保证摆位效率显得尤为重要。本中心提出了一种全新的头部摆位方法，其过程综合使用图像引导系统、高精度六自由度治疗床及光学体表监测系统，目的在于进一步减小头部肿瘤放疗图像验证前的初始摆位误差。现对此方法的摆位误差、异常摆位个数、摆位时间等方面进行临床评估。

1.病例资料：回顾性分析北京大学肿瘤医院放疗科2018年5月至2019年4月99例脑转移瘤头部放疗患者的摆位数据，其治疗设备为配有CatalystHD光学体表监测系统(瑞典C-RAD公司)和六自由度床的Varian Edge直线加速器(美国瓦里安公司)。其中男性54例、女性45例，年龄17~88岁，中位年龄56岁。所有患者均能自主活动，意识清醒。按照其摆位方法的不同将其分为传统摆位方法(41例)和新型摆位方法(58例)，获取患者前4次配准误差数据，疗程 < 4次的患者获取整个疗程的配准误差数据，共获取358次治疗前配准误差数据，其中新型摆位方法首次摆位误差数据不进行统计分析。所有患者放疗前均签署放射治疗知情同意书。

2.扫描条件及配准条件：CT定位前在碳纤维治疗床板上进行头部全面网热塑膜塑形，待其冷却时间>15 min后行CT定位扫描。CT扫描条件为320 mAs 120 kV, 容积CT剂量指数(CTDI_vol)为59.93 mGy，扫描及重建层厚均为3 mm。CBCT扫描条件为150 mAs 100 kV, 权重CT剂量学指数(CTDI_w)为32 mGy，重建层厚为3 mm。CT定位及治疗过程中，需确保碳纤维治疗床板与治疗床相对固定。配准时使用CT及CBCT影像中碳纤维板异形结构作为固定装置自动配准的目标结构，使用全颅骨骨性结构作为靶区自动配准的目标结构。

3.光学体表使用参数：CatalystHD体表成像系统的扫描范围默认为200 mm×200 mm×200 mm，可依照患者个体化对扫描范围做适当调整，以确保涵盖所有面部轮廓且无头发遮挡。系统中时间参数(Time)设置为2 500~6 000 μs，增益值(Gain)设置为200%~400%。摆位容差为线性方向± 1 mm、旋转方向为± 1°。

4.摆位方法：传统摆位方法，即临床常规摆位方法，借助激光标记线，在治疗床参考床值位置，以患者体表标记线调整患者体位实施摆位，操作流程如图 1中①框图所示。新型摆位方法，相较传统摆位方法，分两步进行：在患者初次摆位过程中，结合传统摆位的流程，按照配准固定装置的方法获取参考床值，并在靶区配准后获取理想的光学参考图像，如图 1中②框图所示。当光学体表检测系统的摆位误差线性 < 1 mm、旋转 < 1°时，方可依次对患者进行头网固定、CBCT扫描及图像配准，如图 1中③部分。该新型摆位方法强调治疗装置与治疗床的相对固定，在每次摆位时借助加速器治疗床的自动到位功能实现摆位治疗床位置的统一，然后对照理想的光学参考图像对患者进行体位调整。

图 1 头部放疗患者传统摆位方法与新型摆位方法流程示意图 Figure 1 Flowcharts of conventional and proposed new setup methods for hear radiotherapy patients

5.统计学处理：将治疗前CBCT靶区配准结果作为摆位误差，统计分析3个平移方向升降(Vrt)、头脚(Lng)、左右(Lat)和3个旋转方向偏转角(Rtn)、俯仰角(Pitch)、翻滚角(Roll)的摆位误差分布。结合本中心临床经验，将任何一个线性方向误差>3 mm、任何一个旋转方向误差>2°的摆位案例标记为异常摆位，统计两种摆位方法的异常摆位案例数。为定量评估摆位效率，将患者平卧至CBCT开始时间段定义为摆位调整时间，通过视频监控回顾性统计每次摆位时间，其单位精确到s。

本研究采用SPSS 22.0做数据统计分析，计量资料使用(x ± s)表示，数据经正态性检验符合正态分布，采用独立样本t检验；计数资料采用χ²检验比较两组构成比差异，P < 0.05为差异有统计学意义。

1.平移误差、旋转误差分布：两种摆位方法358次的平移和旋转摆位误差频次分布见图 2和表 1。从图 2可知，相较传统摆位方法，新型摆位方法在3个平移方向大部分摆位误差分布更为集中，大部分误差位于±1 mm范围内，90%误差位于±2 mm范围内。从表 1可看出类似趋势，新型摆位方法在3个旋转方向的摆位误差中有95%位于±1.5°范围内，超过±2.5°范围的摆位误差占比为0，远优于传统摆位方法。

A.升降方向; B.头脚方向; C.左右方向 图 2 头部放疗患者两种摆位方法358次平移方向摆位误差分布图 A. Vertical; B. Longitudinal; C. Lateral Figure 2 Setup Error Histogram of Translational Directions

表 1(Table 1)

表 1 头部放疗患者两种摆位方法不同旋转方向摆位误差分布(%) Table 1 Head radiotherapy patients setup error distribution in rotational directions(%) 摆位方法 例数 方向 < -2.0° -2.0~-1.6° -1.5~-1.1° -1.0~-0.6° -0.5~0.5° 0.6~1.0° 1.1~1.5° 1.6~2.0° >2.0° 传统摆位 41 Rtn 5.3 5.4 7.7 15.4 40.0 15.8 8.5 3.1 3.9 Pitch 3.1 6.2 8.4 16.1 39.1 10.8 8.5 4.7 3.1 Roll 1.6 3.0 8.4 11.5 45.4 13.1 7.7 8.4 0.8 新型摆位 58 Rtn 0 0.9 5.3 14.0 59.4 12.7 6.1 1.3 0 Pitch 0 2.4 7.4 16.6 54.0 14.9 3.5 0.8 0.4 Roll 0 3.5 9.2 16.3 53.0 12.3 4.4 1.3 0 注：Rtn.偏转角方向；Pitch.俯仰角方向；Roll.翻滚角方向

表 1 头部放疗患者两种摆位方法不同旋转方向摆位误差分布(%) Table 1 Head radiotherapy patients setup error distribution in rotational directions(%)

2.摆位误差统计分析：将两组摆位误差取绝对值，使用独立样本t检验进行统计学分析，6个方向配准误差差异均有显著的统计学意义(t=3.24~6.10，P＜0.001)，见表 2。

表 2(Table 2)

表 2 头部放疗患者两种摆位方法的6维度摆位误差(x ± s) Table 2 Six degree-of-freedom setup error in two groups patients with head radiotherapy(x ± s) 摆位方法 例数 Vrt(cm) Lng(cm) Lat(cm) Rtn(°) Pitch(°) Roll(°) 传统摆位 41 0.15±0.14 0.14±0.13 0.12±0.11 0.87±0.70 0.86±0.64 0.78±0.58 新型摆位 58 0.07±0.07 0.08±0.06 0.06±0.06 0.53±0.41 0.59±0.44 0.59±0.46 t值 6.02 4.22 6.10 4.92 4.33 3.24 P值 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 注：Vrt.升降方向；Lng.头脚方向；Lat.左右方向；Rtn.偏转旋转方向；Pitch.俯仰角方向；Roll.翻滚角方向

表 2 头部放疗患者两种摆位方法的6维度摆位误差(x ± s) Table 2 Six degree-of-freedom setup error in two groups patients with head radiotherapy(x ± s)

3.摆位时间比较结果：两组头颈放疗患者传统和新型两种摆位方法摆位时间分别为(70.41±30.35)和(66.44±15.94)s，使用独立样本t检验对两组摆位时间进行统计学分析，两者差异无显著的统计学意义(P＞0.05)。

4.摆位异常个数统计分析：使用χ²检验对两种摆位方法异常摆位误差次数进行统计学分析，两者构成比比较差异有统计学意义(χ²=60.66，P < 0.05)，见表 3。

表 3(Table 3)

表 3 头部放疗患者两种摆位方法异常摆位次数比较 Table 3 Comparison of the number of abnormal positions in two groups for patients with head radiotherapy 摆位方法 例数 总次数 正常次数 异常次数 χ2值 P值 传统摆位 41 130 89 41 60.66 0.005 新型摆位 58 228 222 6

表 3 头部放疗患者两种摆位方法异常摆位次数比较 Table 3 Comparison of the number of abnormal positions in two groups for patients with head radiotherapy

头部肿瘤放疗，治疗靶区往往较小、周围危及器官较多，对治疗精度要求严苛。摆位作为放疗临床治疗链中关键环节，其误差水平直接影响剂量交付精度，因而探究在临床摆位中快速有效提高摆位精度是放疗临床技术研究的重点和难点问题之一。本研究紧贴放疗临床需求，聚焦放疗流程中的摆位环节，力求协同运用CBCT、6维治疗床与光学体表系统等先进高精度临床装备各自优势，通过临床实践积累，探索出了一套针对头部肿瘤患者放疗的新型摆位方法，该方法的创新性重点体现在以下3个方面。

1.转换流程起点，从治疗床和固定装置做起：随着图像引导设备、高精度6自由度床的广泛应用，摆位误差的配准修正得到了明显提高。其中Dionisi等^[4]指出CBCT可以有效地评估头颈部放疗的摆位准确性。Zhang等^[7]指出6自由度床联合CBCT的应用提供了立体定向放射外科手术在内的放射治疗精度的保证。然而另一些研究者认为即使每次治疗前都使用图像引导及治疗床位移修正仍无法避免残留误差的存在^[18-19]。这些差异很有可能来源于治疗床大范围位移导致的患者不自主运动和设备的系统误差^[20-21]。针对于残留误差问题，本研究所提出的新型摆位方法，注重治疗床与固定装置相对位置的一致性，在摆位前将固定装置移动到同一位置，这大大降低了固定装置及机械运动对误差的影响。

2.优化光学体表监测系统使用，提高光学体表系统可靠性：应用光学体表系统引导放疗摆位已有国内外文献报道，但其有效性存在争议。其中Carl等^[22]认为光学体表监测系统无需任何额外的辐射照射，增加了头部摆位的精度。但是Kim等^[23]指出光学体表配准可能导致与传统影像配准不同的结果, 使用光学体表系统摆位仅可以实现患者定位的有限精确度。同时Walter等^[24]认为光学体表的配准在Lng方向上缺少可信度，应该进一步在实验设计中探究Catalyst的扫描方案和参数。这些不同的研究提示，光学体表摆位依赖于正确的摆位方案和扫描参数设置。本研究中，新型摆位方法使用光学体表系统，其扫描范围包括患者的整个面部轮廓，增大了光学体表扫描范围，提高了扫描信息的准确性, 因此在治疗床位置精确的基础上，新型摆位方法有效提高了光学体表系统对头部摆位的可靠性。

3.优化体位调节流程，有力解决曲度问题：在患者头部固定装置方面，本研究中两种摆位方法均采用热塑膜进行体位固定。虽然热塑膜有效减小了治疗分次内的移动，但却影响了光学体表扫描的准确性。在光学体表摆位结合热塑膜固定的研究中，研究者多采用先固定面网，再根据光学体表数值调整摆位的方式^{[22, 25]}。这种方式虽然减小了部分摆位误差，但忽略了患者体位与相关固定装置的相对差异。有研究报道，对于复杂的放疗计划，固定装置的相对偏差会对治疗剂量的准确性产生影响^[26-27]。亦有研究发现，头颈部患者相对于固定装置的变化，往往会造成显著曲度差异^[23]。本研究所提出的新型摆位方法，采用先调整患者头部体位、然后固定热塑膜的方式，且体位调整时重点调整曲度，既保证了摆位时光学体表系统的测量准确性，又可有效解决颈部曲度造成的位置偏差问题。

本研究所提出的应用于头部肿瘤放疗的新型摆位方法，比较传统摆位方法，其在临床的有效性重点体现在以下3个方面。

1.有效降低6个维度的初始摆位偏差，显著提高摆位精度：本研究两种摆位方法均通过治疗前获取CBCT配准信息，借助高精度治疗床修正线性及旋转方向的摆位误差。在新型摆位方法的首次摆位中，利用Varian加速器配准系统获取患者接近于理想状态下的参考床值，误差修正后，利用CatalystHD光学系统获取患者接近于理想状态下的光学参考图像。在该组患者的后续摆位中，首先将治疗床执行到理想的参考床值，在保证固定装置的完全到位情况下，对照光学参考图像手动调整患者的头部位置进行摆位。当光学体表信息线性误差 < 1 mm、旋转误差 < 1°时，进行面网的安装固定及CBCT验证。其中靶区的摆位误差各方向均小于传统摆位方法的各方向误差(P＜0.001)，这说明新型摆位方法提高了头部放疗摆位的精度，且在6个自由度上摆位偏差均显著降低。

需特别指出的是，本研究所使用的Varian治疗床具备高精度的自动到位功能，同时碳纤维治疗床板、头部固定装置对于治疗床相对固定，考虑到本研究中新型摆位方法理想床值的固定，加速器治疗床沉降、各设备间激光灯差异等系统误差已基本规避，因此新型摆位方法中的摆位误差，可近似代表患者体位与治疗装置间的残留差异。

2.有效减少异常摆位频次，显著提高摆位一致性：在摆位误差统计分析中，摆位误差的标准不仅取决于各方向的平均数值大小，还取决于误差数值是否符合PTV外扩大小。Srivastava等^[28]指出合理的PTV大小是防止靶区剂量差异的关键因素。本研究中所有患者在CTV基础上的PTV外扩范围为左右(x)、进出(y)、升降(z)各方向3 mm。结合本中心回顾性经验，将所有摆位误差中任何一个方向>3 mm，任意角度>2°作为异常摆位个数。研究结果表明，新摆位方法中异常摆位误差个数构成比远小于传统摆位方法, 有效降低了异常摆位的发生频次。

3.摆位效率相当，临床实践可行：在摆位时间方面，新摆位方法中由于使用加速器高精度治疗床的自动位置执行功能，工作人员节省了通过激光灯核对靶线的移床过程，可直接在理想的参考床值处对患者进行光学体表摆位。统计学结果显示，新型摆位方法的摆位时间与传统摆位方法相比无显著统计学差异，未造成临床摆位效率下降现象。

综上所述，本研究提出的基于光学体表监测技术的新型放疗摆位方法，充分发挥了现代放疗设备中图像引导、高精度六自由度床、高强度体位固定装置的优势和特点，成功应用在了头部肿瘤患者摆位中，在未增加摆位时间前提下，显著降低了头部肿瘤摆位误差、大幅减少了异常摆位的发生率，具备临床推广应用的潜质。目前本中心正在开展临床泛化研究，探索将该方法应用于其他部位肿瘤放疗摆位中，以期为更多放疗患者带来福音。

利益冲突  无

作者贡献声明  杜乙负责论文撰写，岳海振负责数据分析，王美娇和周舜负责方法和实验设计；于松茂负责临床实施与数据收集；吴昊负责审阅并提出修改建议