鼻咽癌放疗因邻近腮腺、喉部等多处危及器官，摆位精度对治疗效果及患者安全至关重要^[1]。传统摆位方法依赖热塑膜和激光标记，但因颈椎灵活性强，仍存在2~3 mm的位置误差^[2]。锥形束CT(cone beam CT，CBCT)虽可用于位置校准，但其基于骨性配准的方法难以完全补偿因颈椎曲度及手臂姿态变化引起的位置偏差^[3-4]。既有研究表明，头颈部患者位置重复性与高颈部(C1或C2水平)配准结果相一致^[5]，在低颈部(C3到C7)、胸椎及锁骨区域重复性较差。

近年来，光学体表引导放疗技术(surface guidance radiation therapy，SGRT)可显著提高患者摆位精度^[6-9]，但在头颈部肿瘤精确摆位中的应用研究^[10-12]相对较少，其中多数研究需与开放式面罩配合使用，SGRT在鼻咽癌非开放式面罩的应用方法与有效性尚待验证。本研究回顾式评估了3D打印手握杆和SGRT的联合摆位方法在减少鼻咽癌患者位置误差中的应用价值，特别是在改善低颈部、胸椎及锁骨等区域可重复性的应用效果。

1.病例资料：回顾性分析2018年至2021年间北京大学肿瘤医院接受放疗的60例头颈部鼻咽癌患者，其中男性32例、女性28例，年龄40~65岁，中位年龄为53.5岁。根据国际辐射单位与测量委员会(International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)83号报告^[13]定义大体肿瘤靶体积(gross target volume，GTV)、临床靶体积(clinical target volume，CTV)和计划靶体积(planning target volume，PTV)。GTV包括原发灶(GTV_nx或GTV_p)和转移的区域淋巴结(GTV_nd)，也可为远处转移病灶(GTV_m)，CTV包括鼻咽原发肿瘤的CTV和阳性淋巴结的CTV以及淋巴引流区，PTV是在CTV基础上外扩4 mm得到。所有患者使用Q-Fix头-颈-肩热塑网行体位固定，在德国西门子大孔径CT行定位扫描，层厚3 mm。所有患者均在美国瓦里安Vitalbeam加速器上接受双全弧容积旋转调强放疗(volumetric modulated arc therapy，VMAT)，PTV和PGTV处方剂量分别为60 Gy/33次和70 Gy/33次。

2.3D打印手握杆参数与SGRT系统：本中心自制3D打印手握杆用于头颈部、胸部等患者的体位重复性，由手柄和固定座两部分构成(图 1)，其中手柄供患者手握，手柄下端插入固定底座上的预留插孔，固定底座下端与碳纤维床板卡槽相契合。为适配不同手型和体格，本中心共设计了3种不同半径的手柄和24个不同位置的固定底座插孔，以供患者个体化选择。

图 1 3D打印手握杆正面和侧面示意图    A.手握杆正面；B.手握杆侧面 Figure 1 Schematic diagrams showing the front and lateral sides of the 3D-printed handheld rod    A. Front side; B. Lateral side

本研究中使用的SGRT系统为AlignRT(英国Vision RT公司)，该系统由3个吊装在治疗室天花板上的摄像单元组成。该系统行常规日检和月检校准，以保证引导精度^[14]。

3.感兴趣区域(region of interest, ROI)定义：为了更具体地分析头颈部区域不同位置摆位误差的不确定性，本研究根据临床经验将13个解剖结构定义为感兴趣区域，包括PTV、7节颈椎(C1~C7)、第1胸椎(T1)、枕骨、整个口腔、左侧锁骨以及右侧锁骨。图 2显示示例患者的参考感兴趣区域示意图。

注：蓝色线为临床靶体积；橙色线为计划靶体积；C1~C7.第1~7颈椎；T1.第1胸椎 图 2 13个感兴趣区结构示意图     A.冠状面；B.矢状面 Figure 2 Schematic diagrams of 13 ROIs    A. Coronal plane; B. Sagittal plane

4.CBCT图像引导与图像配准：患者第1~3分次治疗前行CBCT扫描，之后每周行1次CBCT扫描，共计420次。左侧锁骨(共276次)和右侧锁骨(共251次)CBCT数据采集不完整，是因为颈部的整个长度没有完全包括在CBCT扫描范围内。回顾性对每个ROI结构行六维刚性配准并统计位置误差，其中PTV结构的配准范围取决于肿瘤的位置和大小，其他骨性ROI结构的配准范围仅包括相对应的骨性结构，比如C3的配准范围为仅包含C3骨性标志的最小外接立方体。

5.摆位方法分组：根据不同摆位方式将患者分为3组：传统摆位组、3D打印手握杆改进组(3D改进组)，以及联合改进组。每组分别按简单随机抽样法抽取20例患者，共60例纳入本次回顾性比较分析，3种摆位方式主要差别如图 3所示。

图 3 鼻咽癌放疗患者传统摆位组、3D打印手握杆改进组与联合改进组流程示意图 Figure 3 Flow charts showing the setup processes of nasopharyngeal carcinoma patients in the conventional, 3DP-HR-improved, and 3DP-HR+SGRT-improved groups

(1) 传统摆位组：临床常规摆位方法，自动到位至治疗床参考床值位置，借助激光灯标记线和患者体表标记线调整患者体位，方可依次对患者进行头颈肩网固定、CBCT扫描及图像配准，操作流程如图 3中a框图所示。

(2) 3D改进组：在传统摆位方法基础上，先选择适合患者手臂长度的固定位置进行摆位。根据患者手臂的不同长度，调整手握杆相对于床板的位置，调整患者体位(肩部、手臂、胸部等位置)后，按照激光辅助线和患者体表线摆位，依次对患者进行头颈肩网固定和CBCT扫描，按照固定装置的方法进行图像配准并获取参考床值，具体操作过程如图 3中b和c框图所示。3D打印手握杆强调治疗床与固定装置之间的相对固定，减少固定装置和床板的误差。

(3) 联合改进组：相较于前两种摆位方法，在患者第一次摆位过程中，结合传统摆位和3D改进组获取新的参考床值，同时在靶区配准后获取头颈部理想的光学体表参考图像，如图 3 b 、c和d框图所示。当光学体表系统的摆位误差在线性方向＜3 mm，旋转方向＜1°时，依次对患者进行头颈肩网固定和CBCT扫描，如图 3中e框图所示。联合改进组在3D打印手握杆基础上，借助治疗床自动到位功能实现治疗床与固定装置的位置统一，根据理想的光学体表对患者进行摆位。

6.统计学处理：本研究通过对比传统摆位组、3D改进组、联合改进组在PTV和多个ROI骨性标的摆位误差，量化误差分布。基于CT和CBCT图像，采用骨性配准方法自动分割骨骼解剖结构，以ROI几何中心为参考点计算六维位移(3个平移方向：升降、头脚、左右方向；3个旋转方向：俯仰角、翻滚角、偏转角方向)。

使用SPSS 26.0软件进行统计分析，符合正态分布且方差齐性的计量资料用x±s表示。多组间比较采用单因素方差分析(One-way ANOVA)检验3组在六维方向的摆位误差。对于ANOVA检验中显示差异有统计学意义的数据，进一步采用Post-hoc检验进行组间两两比较。P＜0.05为差异具有统计学意义。

1.PTV靶区：图 4显示3种摆位方法在PTV靶区3个平移方向(升降、头脚和左右方向)的摆位误差均＜2 mm，组间差异有统计学意义(F=9.32、19.66、18.48，P < 0.05)。Post-hoc两两比较发现，头脚和左右方向，传统摆位组与3D改进组、传统摆位组与联合改进组差异具有统计学意义(t=2.35、4.50、3.47、4.07，P < 0.001)；升降方向，传统摆位组仅与3D改进组差异具有统计学意义(t=2.87，P < 0.05)；3D改进组与联合改进组仅头脚方向差异具有统计学意义(t=2.34，P < 0.05)。3种摆位方法在俯仰角、翻滚角和偏转角方向的平均旋转角度均小于0.5°，且在翻滚角和偏转角方向差异有统计学意义(F=9.52、6.88，P＜0.05)。Post-hoc两两比较发现，在翻滚角方向，传统摆位组与3D改进组、传统摆位组与联合改进组组间差异均有统计学意义(t=2.83、-2.99，P < 0.05)，而3D改进组与联合改进组之间差异没有统计学意义。在偏转角方向，传统摆位组仅与联合改进组存在显著差异(t=2.81，P < 0.05)。

图 4 3种摆位方法在六维方向的摆位误差    A. 平移方向；B. 旋转方向 Figure 4 Setup errors of the three groups in six degrees of freedom (6D)    A. Translational direction; B. Rotational direction

图 5显示摆位误差分布图，3D改进组和联合改进组在平移和旋转方向分布均更集中。升降方向，3D改进组82%误差在±0.5 m内，联合改进组75%在±0.5 mm范围内；头脚方向，3D改进组64%的误差位于±0.5 mm范围内，联合改进组60%位于±0.5 mm范围内；左右方向，3D改进组89%误差在±0.5 mm范围内，联合改进组76%在±0.5 mm范围内。俯仰角方向，3D改进组45%的误差位于±0.5°范围内，联合改进组43%位于±0.5°范围内；翻滚角方向，3D改进组29%的误差位于±0.5°范围内，联合改进组52%位于±0.5°范围内；偏转角方向，3D改进组42%的误差位于±0.5°范围内，联合改进组66%位于±0.5°范围内。3D改进组和联合改进组误差分布更加集中，联合改进组在3个旋转方向的摆位误差中大部分位于±1°，3D改进组在3个旋转方向的摆位误差中大部分位于±1.5°，远优于传统摆位组。表明3D打印手握杆和SGRT技术能够有效提高摆位精度。

图 5 3种摆位方法在六维方向的摆位误差分布图    A.升降方向；B.头脚方向；C.左右方向；D.俯仰角方向；E.翻滚角方向；F.偏转角方向 Figure 5 Distributions of 6D setup errors of the three groups    A. Vertical; B. Longitudinal; C. Lateral; D. Pitch; E. Roll; F. Rotation

2.ROI：表 1结果显示，关于平移方向的摆位误差，3D改进组和联合改进组在所有ROI中的表现均优于传统摆位组。其中在T1、口腔、左侧锁骨和右侧锁骨区域，3D改进组和联合改进组均优于传统摆位组，组间差异具有统计学意义(F=58.16、11.13、57.08、35.92，P＜0.05)。在旋转方向的摆位误差方面，C1~C7区域(除C6外)中，联合改进组的摆位误差小于其他两组，在C3、C4和C7区域，3组摆位方法之间的差异具有统计学意义(F=11.13、13.49、6.58，P＜0.05)。对于T1区域，3D改进组的摆位误差显著低于其他两组，组间差异具有统计学意义(F=9.03，P＜0.05)。在口腔和颅底区域，传统摆位组和联合改进组的摆位误差相近，均优于3D改进组，但组间差异没有统计学意义。此外，在左侧和右侧锁骨区域，联合改进组的摆位误差均优于其他两组，组间差异具有统计学意义(F=5.47、27.14，P＜0.05)。

表 1(Table 1)

表 1 不同感兴趣区3种摆位方法在六维方向上60例鼻咽癌患者的摆位误差(x±s) Table 1 6D setup errors in ROIs for 60 nasopharyngeal carcinoma patients in three groups (x±s) 感兴趣区 传统摆位组(n=20) 3D改进组(n=20) 联合改进组(n=20) 平移方向(cm) 旋转方向(°) 平移方向(cm) 旋转方向(°) 平移方向(cm) 旋转方向(°) C1 0.11±0.13 0.77±0.92 0.05±0.05 0.85±0.79 0.05±0.05 0.59±0.58 C2 0.12±0.13 1.01±1.28 0.06±0 1.09±1.06 0.05±0.05 1.00±0.99 C3 0.17±0.13 1.70±1.46 0.06±0.05 1.34±1.19b 0.05±0.06 1.10±0.89d C4 0.13±0.07 1.18±1.42 0.07±0.06 1.25±1.17b 0.07±0.06 1.09±0.89d C5 0.21±0.17 1.67±1.55 0.09±0.08 1.15±1.05 0.09±0.08 1.09±0.93 C6 0.16±0.19 0.99±1.37 0.10±0.10 1.05±1.37 0.11±0.92 1.05±0.90 C7 0.26±0.21 1.29±1.30 0.11±0.09 0.95±0.79b 0.11±0.09 0.93±0.81b T1 0.21±0.20 0.95±0.95 0.10±0.10a 0.86±0.84 0.11±0.10a 1.00±0.89bd 口腔 0.12±0.14 0.66±0.86 0.08±0.08 0.77±0.69 0.08±0.08c 0.67±0.67 颅底 0.11±0.13 0.78±0.94 0.09±0.09 0.85±0.82 0.09±0.09 0.72±0.78 左侧锁骨 0.33±0.32 1.46±1.50 0.17±0.17a 1.22±1.02 0.14±0.13a 1.07±0.94b 右侧锁骨 0.37±0.37 1.70±1.80 0.22±0.23a 1.37±1.37b 0.17±0.20ac 1.23±1.12b 注：a与传统摆位组平移方向相比，t =6.95、7.90、5.85、5.27、9.20、8.60，P < 0.05；b与传统摆位组旋转方向相比，t=3.60、4.16、2.32、2.27、3.56、-2.10、0.01、2.88，P < 0.05；c与3D打印手握杆组平移方向相比较，t =3.25、2.75，P < 0.05；d与3D打印手握杆组旋转方向相比较，t=-3.99、0、-2.79，P < 0.05

表 1 不同感兴趣区3种摆位方法在六维方向上60例鼻咽癌患者的摆位误差(x±s) Table 1 6D setup errors in ROIs for 60 nasopharyngeal carcinoma patients in three groups (x±s)

本研究对比传统摆位组、3D改进组和联合改进组在鼻咽癌患者多感兴趣区的摆位误差，结果显示基于手握杆和SGRT的联合改进方法可显著提升摆位精度。Zhang等^[15]研究针对摆位不确定性的三大主要来源包括固定装置系统差异、日常摆位随机误差和放疗期间解剖变化。

尽管CBCT联合六维治疗床修正已广泛应用，但治疗床位移引发的患者不自主运动和系统误差仍会导致残留误差^[16-17]。针对这一现状，本研究通过优化固定装置与治疗床的相对位置一致性，显著降低了机械运动对摆位精度的干扰。鼻咽区独特的骨性解剖特征使CT骨性配准成为金标准，然而椎体相对位移导致的靶区形变仍是临床难题。研究显示，肩部位置与锁骨上淋巴结靶区剂量间缺乏确定性关联^[18]，且肩颈部移位显著影响低颈部剂量分布^[19-20]。本研究发现，传统摆位组垂直方向最大偏移达8 mm，旋转误差高达5°，常规十字线标记法难以实现精准纠正。临床经验表明，低颈部、胸椎及锁骨等结构的位置变化与手臂姿态、手臂肌肉状态有关，本研究据此提出研究假设：提高手臂固定的可重复性，可显著减少低颈部、胸椎及锁骨等区域的位置误差。基于以上假设，本中心自2018年起通过3D打印方式设计了多尺寸可调节的手握杆，以保证患者手臂位置的重复性。肩颈部位生理活动度较大，在临床中经常会遇到肩颈部骨性结构仅能部分配准、靶区配准结果与肩颈骨结构配准差异大的病例，这与国外研究结果一致^[21]，也是开展本项固定方式持续改进工作的临床背景。

与CBCT相比，SGRT具有零辐射和快速响应的优势，但在鼻咽癌患者中的应用研究较少，可能是热塑膜固定限制了摄像机对皮肤的观察。Zhao等^[12]证实SGRT引导下真空垫固定较传统热塑膜更具优势，Gopan和Wu^[22]验证了SGRT在头颈部放疗刚性摆位中的可靠性，同时强调非刚性配准仍需进一步研究。传统热塑膜固定后调整体位的方法虽可部分降低摆位误差，但难以完全消除患者体位与固定装置间的相对差异，可能导致头部微动和颈部曲度变化，进而影响复杂放疗计划的剂量准确性^[23-24]。

本研究创新性地将SGRT与3D打印手握杆技术相结合，通过扩展扫描范围至面胸联合区域，显著提升了光学体表信息的采集精度。优化后的摆位流程首先利用手握杆实现颈胸部和手臂的位置重复性，随后通过SGRT进行头部旋转的精确调整，最后完成热塑膜固定。该方法不仅显著提高了摆位重复性，更有效降低了颈部曲度变化导致的定位偏差，特别是在旋转方向上的精度提升尤为突出。

本研究回顾性分析3D打印手握杆和SGRT的联合改进方法，显著降低了鼻咽癌患者在多个感兴趣区的摆位误差，特别是在低颈部、胸椎及锁骨区域的摆位精度得到显著提高，为鼻咽癌患者提供了更可靠的临床支持。

利益冲突  无

作者贡献声明  王美娇负责数据采集整理、论文撰写；周舜、刘嘉城参与数据采集和实验设计；姚凯宁、蒲亦晨负责前期数据采集；杜乙负责实验设计并指导论文修改