放射治疗是头部恶性肿瘤的重要治疗手段之一^[1]，减小摆位误差是提高放疗精度和保证放疗质量的重要方面^[2]。CBCT有助于纠正摆位误差，但存在非实时成像、产生辐射剂量、不能监测分次内体位移动等不足^[3-5]。近年来光学体表追踪技术已逐步用于辅助分次间摆位评估和监测分次内患者运动幅度^[6-7]，其在摆位中的优势为：大范围6维监测、实时动态误差反馈、实现无体表标记线摆位、无创、无辐射等^[8-10]。为解决全覆盖式面网与体表引导摆位之间的流程兼容性问题，北京大学肿瘤医院放疗中心前期研究提出一种基于光学体表追踪系统联合全面网的摆位流程^[11]。开放式面罩较全面网固定效果虽有所下降，但其开放区域作为AlignRT实时监测治疗的感兴趣区(region of interest，ROI)，保证了整个治疗过程中患者体位稳定性和治疗安全性^[12]，同时开放区域将患者的不适降至最低，缓解患者焦虑情绪及幽闭恐惧症的发生^[13]，减轻由于患者情绪变化对面部轮廓产生的影响和皮肤反应的发生^[14-15]，并且开放式面罩使全疗程应用体表引导摆位成为可能，既有体表引导摆位流程有待优化，光学体表追踪系统与作为评估摆位误差金标准的锥形束CT(CBCT)之间的摆位误差差异亦需探讨。

本研究提出一种基于光学体表追踪系统AlignRT联合开放式面罩的无标记线全疗程摆位流程，对比分析AlignRT与CBCT摆位误差之间的差异、相关性和一致性，评估摆位流程的临床有效性与执行效率。

1. 病例资料：回顾性分析33例2020年4月至2021年3月于北京大学肿瘤医院行头部肿瘤放疗患者资料，其中男性24例、女性9例，年龄44~77岁，中位年龄64岁，均使用头部开放面罩固定体位，并且全疗程放疗使用光学体表追踪系统AlignRT(英国VisionRT公司)引导摆位。

2. 体位固定、模拟定位与参考体表准备：所有患者闭眼仰卧平躺于碳纤维体板(比利时ORFIT公司)，体板与定位CT扫描床、加速器治疗床相对位置固定，双手握杆置于身体两侧。采用双壳式头部开放面罩(比利时MacroMedics公司)固定体位，该面罩由可塑形的枕网与面网两部分构成。面网开孔范围为：两侧延伸到耳前，上界到眉骨上1 cm，下界到鼻下方嘴唇上方。待膜具冷却定型后在德国西门子大孔径螺旋CT(SOMATOM Sensation Open)行定位CT扫描，定位CT扫描之前需在开放式面罩面网左侧、右侧和上部勾画3条CT定位十字线并在十字线中点处粘贴铅点作为坐标原点，患者头部无需额外勾画体表标记线，定位CT扫描电压120 kV，行自动曝光，扫描及重建层厚均为3 mm，扫描范围头顶至锁骨下缘，定位CT扫描结束后拍摄患者体位照片用于记录。美国Varian Eclipse治疗计划系统(treatment planning system，TPS)进行治疗计划设计，配置有6维治疗床的美国Varian VitalBeam医用直线加速器治疗。治疗前均使用AlignRT引导摆位，在TPS中通过阈值分割生成的体表轮廓结构(Body)作为参考体表^[16]。患者信息和参考体表分别导入到AlignRT系统，在参考体表上勾画ROI，ROI勾画范围为面网开孔区域，不包括头发，注意ROI与面网开孔边缘留有一定空隙。

3. 摆位流程与摆位误差获取：摆位流程分为首次治疗与后续治疗两部分，首次治疗根据定位CT照片指示对患者做体位姿势摆位后固定面网，使激光灯与面网上3条CT定位线重合，并根据Delta Couch值进行加速器复位，取下面网使用AlignRT调整体位，再次固定面网，由于固定面网时的挤压可能产生患者体位的轻微移动，使AlignRT提示6维误差值发生改变，所以使用AlignRT进一步微调体位后，获取结束摆位时AlignRT 6维摆位误差，行CBCT扫描后首先根据定位CT与CBCT影像之间体板异形结构配准获取参考床值，然后依据头部骨性标志配准取得CBCT 6维摆位误差；后续治疗患者姿势摆位后治疗床自动移至参考床值处，使用AlignRT调整体位，固定面网后采用AlignRT进一步微调体位，获取结束摆位时AlignRT摆位误差，行CBCT扫描取得CBCT摆位误差。根据CBCT摆位误差6维移床后，首次治疗与后续治疗均采集“Treatment体表”作为治疗中实时监测体表，实现门控治疗功能，摆位流程见图 1。总计33例患者前3次放疗前均行CBCT验证，随后每周进行1次CBCT验证。结合本中心临床经验^[11]，CBCT摆位误差临床容许范围线性方向、旋转方向分别为-0.30~0.30 cm、-2.0°~2.0°，AlignRT调整体位和门控治疗阈值分别为-0.10~0.10 cm、-1.0°~1.0°。

图 1 AlignRT引导全疗程摆位流程图 Figure 1 AlignRT-guided setup workflow chart for the whole-course treatment

4. 临床效率评估：从摆位时间和重复摆位频次两方面评估新摆位流程的临床效率。将患者平躺于加速器治疗床到CBCT开始的时间段记为摆位时间，统计患者每次治疗摆位时间精确到秒(s)。重复摆位由于两方面原因导致，其一是治疗前行CBCT后摆位误差超出临床容许阈值，其二是治疗中实时监测AlignRT误差超出门控治疗阈值，统计33名患者132 CBCT验证分次行重复摆位的次数并分析原因。

5. 统计学处理：统计分析使用SPSS 25.0软件，绘图使用Graph Prism 8.0。2种系统6维方向摆位误差数据经正态性检验呈非正态分布，故采用配对样本Wilcoxon符号秩和检验和Spearman法分析两者之间差异和相关性。两种系统6维方向摆位误差差值数据呈正态分布，故应用Bland-Altman法评估两系统间的摆位误差一致性，并计算95%一致性界限(95% limits of agreement，95%LoA)和95%一致性界限的95%可信区间(95% confidence interval，95%CI)。P<0.05为差异有统计学意义。

1. CBCT与AlignRT摆位误差分布：基于光学体表追踪系统AlignRT联合开放式面罩的无标记摆位流程6维方向CBCT摆位误差区间分别为：x(-0.16~0.16)cm、y(-0.13~0.13)cm、z(-0.23~0.25)cm、床旋转(Rtn，-1.1°~1.2°)、进出倾斜(Pitch，-1.3°~1.5°)、左右转动(Roll，-1.0°~1.3°)，均满足摆位误差临床要求(-0.30~0.30 cm/-2.0°~2.0°)。6维方向CBCT与AlignRT摆位误差累积分布在-0.10~0.10 cm和-1.0°~1.0°之间占比分别为92.42%(732/792)和99.37%(787/792)，见图 2。

注：Rtn. 床旋转; Pitch. 进出倾斜; Roll. 左右转动 图 2 6维方向AlignRT摆位误差分布 A. 线性方向；B. 旋转方向 Figure 2 6D-setup error distribution of AlignRT A. Linear directions; B. Rotation directions

2. AlignRT和CBCT摆位误差差异分析：AlignRT和CBCT6维摆位误差见表 1。两种系统之间x、y和Pitch方向摆位误差差异有统计学意义(Z=-7.40~-3.11，P＜0.05)；z、Rtn和Roll方向差异无统计学意义(P＞0.05)。

表 1(Table 1)

表 1 头部肿瘤放疗AlignRT和CBCT摆位误差比较[M(Q1~Q3)] Table 1 Comparison of setup errors between AlignRT and CBCT for head tumor radiotherapy [M(Q1~Q3)]. 分组 线性方向 旋转方向 x(cm) y(cm) z(cm) Rtn(°) Pitch(°) Roll(°) AlignRT 0.00(-0.04~0.04) -0.02(-0.06~0.02) 0.02(-0.03~0.05) -0.10(-0.50~0.28) -0.10(-0.40~0.30) 0.00(-0.30~0.40) CBCT -0.02(-0.04~0.02) 0.04(0.01~0.07) 0.01(-0.04~0.07) -0.10(-0.50~0.10) 0.20(-0.10~0.60) 0.10(-0.28~0.30) Z值 -3.11 -7.40 -0.22 -0.84 -4.48 -1.76 P值 0.002 0.000 0.862 0.401 0.000 0.079 注：CBCT. 锥形束CT；Rtn. 床旋转; Pitch. 进出倾斜; Roll. 左右转动

表 1 头部肿瘤放疗AlignRT和CBCT摆位误差比较[M(Q1~Q3)] Table 1 Comparison of setup errors between AlignRT and CBCT for head tumor radiotherapy [M(Q1~Q3)].

3. AlignRT和CBCT摆位误差相关性分析：Spearman相关显著性水平P<0.05为存在显著相关关系。相关系数r_s>0正相关，两者同升同降；r_s<0负相关，两者一升一降。|r_s|=0.8~1呈极强相关关系，0.6~0.8呈强相关关系，0.4~0.6呈中等相关关系，0.2~0.4呈弱相关关系。AlignRT和CBCT两种系统摆位误差除z方向外，x(r_s=0.47，P<0.001)、y(r_s=0.29，P=0.001)、Rtn(r_s=0.47，P<0.001)、Pitch(r_s=0.28，P=0.001)和Roll(r_s=0.45，P<0.001)均呈正相关。

4.AlignRT和CBCT摆位误差一致性分析：AlignRT和CBCT两种系统摆位误差应用Bland-Altman法评估一致性，两系统一致性界限(LoA)通过式(1)算出^[17-19]，6维方向摆位误差95%LoA均位于临床摆位误差容许范围之内，见表 2。6维方向摆位误差差值分别有4.55%、3.79%、3.79%、2.27%、3.79%和2.27%在95% LoA值之外，6维方向差值3.41%在95% LoA值之外。在95% LoA值范围内，差值绝对值的最大值分别为0.12、0.16、0.19 cm、0.9°、1.5°和1.0°，见图 3。

表 2(Table 2)

表 2 AlignRT和CBCT摆位误差Bland-Altman检验参数 Table 2 Parameters for the Bland-Altman analysis of the setup errors of AlignRT and CBCT 参数 线性方向(cm) 旋转方向(°) x y z Rtn Pitch Roll 差值均数 -0.01 0.05 0.00 -0.04 0.26 0.07 95%LoA -0.12~0.09 -0.07~0.17 -0.19~0.20 -1.0~0.9 -1.0~1.5 -0.9~1.0 95%CI -0.14~0.11 -0.09~0.19 -0.23~0.23 -1.2~1.1 -1.2~1.7 -1.0~1.1 临床容许范围 -0.30~0.30 -0.30~0.30 -0.30~0.30 -2.0~2.0 -2.0~2.0 -2.0~2.0 注：Rtn. 床旋转; Pitch. 进出倾斜; Roll. 左右转动

表 2 AlignRT和CBCT摆位误差Bland-Altman检验参数 Table 2 Parameters for the Bland-Altman analysis of the setup errors of AlignRT and CBCT

注：Rtn. 床旋转; Pitch. 进出倾斜; Roll. 左右转动；CBCT. 锥形束CT 图 3 AlignRT与CBCT摆位误差一致性分析Bland-Altman图 A. x方向；B. y方向；C. z方向；D. Rtn方向；E. Pitch方向；F.Roll方向 Figure 3 Bland-Altman plots for the consistency analysis of setup errors between AlignRT and CBCT A. Lateral; B. Vertical; C. Longitudinal; D. Rotation; E. Pitch; F. Roll

式中，Mean为两系统摆位误差差值的均数，SD为差值的标准差。z_1-α/2为标准正态分布分位数，当计算95%LoA时，经查标准正态分布双侧分位数表，其数值为1.96。

95%LoA只是样本统计量，考虑到抽样误差，不能直接应用于总体的统计推算，因此在进行一致性评价时需要对LoA范围进行可信区间(CI)估计，当样本含量>120时，两系统95%CI通过式(2)算出^[17-18]，6维方向摆位误差95%CI均位于临床摆位误差容许范围之内，见表 2。

式中，n为样本含量；t_{1-β/2, n-1}为自由度为n-1的t分布分位数，当计算95%CI并且n＞120时，经查t分布双侧分位数表，其数值为1.96。

5. 摆位时间与重复摆位次数：本研究摆位时间为52~174 s，平均值±标准差为(98±31)s。统计33名患者132 CBCT验证分次进行重复摆位的次数为2次，总占比为1.51%，进行重复摆位的原因为：患者治疗中咳嗽和咽喉不适造成体位移动，导致实时监测AlignRT误差超出门控误差阈值，进而出束停止治疗中断进行重复摆位。本研究并未出现因CBCT摆位误差超出临床容许阈值而进行重复摆位的情况。

光学体表追踪系统AlignRT引导摆位广泛应用于内部病变与皮肤表面位置相关性较强的头部肿瘤中^[20]，具有亚毫米级别的实时监测精度^[21]。本研究全疗程放疗均使用AlignRT引导无标记线摆位，较传统体表标记线摆位优势在于：由于头部汗液、油脂分泌丰富，体表标记线会出现模糊、移位现象，并且标记线的裸露会给患者带来一定的心理负担；体表标记线粗细不均，AlignRT定期质控，误差较低(< 0.10 cm)；固定膜具时膜具挤压造成患者体位的轻微移动，AlignRT摆位可在固定膜具后进一步微调体位，体表标记线由于被膜具遮挡固定膜具后无法微调体位。

ROI的选择对AlignRT摆位精度及一致性产生影响^[22]，开放式面罩开孔区域较小使摆位及运动追踪精度下降，面积太大则失去固定效果，开孔区域大小需慎重选择。本中心开孔区域为：两侧延伸到耳前，上界到眉骨上1 cm，下界到鼻下方嘴唇上方，本研究摆位流程6维方向CBCT摆位误差均满足临床要求，CBCT摆位误差累积分布在-0.10~0.10 cm和-1.0°~1.0°之间占比为92.42%，说明本研究面网开孔大小即ROI勾画范围均满足放疗精度要求。本研究摆位流程中可以通过手动调整体位的方式，使AlignRT 6维方向摆位误差在-0.10~0.10 cm和-1.0°~1.0°之间占比为99.37%，原因在于：采用面网和枕网均可个性化塑形的双壳式头部开放面罩固定体位，提高患者体位稳定性和重复性；将治疗床位于参考床值处作为AlignRT引导摆位的起始点，减少了由于固定装置的偏差对AlignRT摆位误差的影响。

本研究配对样本Wilcoxon符号秩和检验表明AlignRT与CBCT摆位误差在x、y和Pitch方向差异显著，Spearman相关分析表明两系统摆位误差z方向无显著相关关系。然而这种差异以及不相关性在临床上是否可以接受，以及多大程度的差异和不相关可以被接受，这两种统计方法均不能给出明确答案。本研究进一步使用Bland-Altman法进行分析，AlignRT与CBCT6维摆位误差差值均数不为0，说明两者摆位误差之间存在差异。但两者6维方向摆位误差95%LoA和95%CI的上下限均在临床摆位误差容许范围之内，并且6维方向AlignRT与CBCT摆位误差差值3.41%(< 5%)在95%LoA值之外，而且在95% LoA值范围内差值绝对值的最大值均远小于临床摆位误差容许的限值，说明AlignRT与CBCT摆位误差一致性良好。AlignRT与CBCT摆位误差在y、Pitch方向差异显著且呈弱相关关系，结论与本中心前期模体研究的结果一致，可能与TPS生成体表有关^[10]。z、Pitch方向95%CI与临床摆位误差容许范围相对接近，与本中心AlignRT在乳腺癌患者应用中的研究发现一致，可能与系统性误差有关^[23]。

本研究摆位时间均<3 min，平均摆位时间为98 s。相比本中心前期研究平均摆位时间66 s略高^[11]，分析原因为：本研究较本中心前期研究在摆位流程上增加固定膜具后AlignRT进一步微调体位的过程，但总体而言摆位效率尚可。33名患者132次CBCT验证中有2次进行重复摆位，均与治疗过程中患者咳嗽和咽喉不适有关，证明使用AlignRT监测患者分次内运动的必要性，对上述2名患者进行宣教后，后续治疗并未再次发生此类情况，进一步证明放疗前患者宣教的重要性。

本研究摆位流程注意事项：固定面网时，需要两名治疗师同时并轻柔扣膜，避免面网挤压造成面部裸露皮肤变形；固定膜具前使用AlignRT调整体位，固定膜具后由于膜具的挤压患者体位可能产生轻微移动，需通过AlignRT进一步微调体位，当膜具对患者体位影响较大时，需要取下膜具重新摆位；摆位时避免遮挡AlignRT相机与患者ROI之间的红外线通路并嘱患者闭上双眼，避免眨眼对AlignRT摆位误差及运动监测精度的影响。

本研究参考体表选用TPS导入体表而未选用治疗中获取体表原因在于：行CBCT扫描后6维移床可能带来患者体位的轻微移动，使治疗中获取体表时患者体位与参考体位产生差异，TPS导入体表与患者参考体位重合度更高；TPS导入体表引导摆位首次治疗及后续治疗均可使用，不依赖于体表标记线；治疗中获取体表需要根据CBCT配准结果6维移床后获取，加速器需要配备6维治疗床，使用TPS导入体表引导摆位4维治疗床即可。

本研究不足之处在于本研究中头部肿瘤患者治疗分次较少，普遍为10次，疗程为2周，针对治疗分次较多、疗程时间较长的头部肿瘤患者，AlignRT摆位精度需要进一步研究。后期对开放式面罩开放区域大小对摆位精度、体位稳定性的影响，AlignRT在其他部位肿瘤的应用情况，TPS导入体表与治疗中获取体表摆位精度比较以及光学体表追踪系统在首次治疗复位环节中的应用进行进一步探讨。

综上所述，基于光学体表追踪系统AlignRT联合开放式面罩的头部肿瘤无标记全疗程摆位流程在保证体位稳定性的同时，其体表暴露区域有效缓解患者焦虑情绪，提高舒适度，AlignRT与作为评估摆位误差金标准的CBCT之间摆位误差有良好的一致性，AlignRT引导摆位在一定程度上减少CBCT验证频次，同时兼顾了治疗中患者体位实时监测提高治疗安全性，克服反复勾画体表标记线带来的问题，使患者受益，具有一定临床应用价值。

利益冲突  无

作者贡献声明  李俊禹负责结果分析、论文撰写；吴昊、杨敬贤负责实验设计和论文写作指导；周舜、陈吉祥负责指导、监督实验进行；卢子红、于松茂负责具体操作和资料收集；王美娇、姚凯宁负责数据整理；杜乙负责研究设计和论文修改