图像引导的调强放射治疗已成为现代精确放疗的标准配置，其要求精确定位、精确计划和精确治疗。精确的体位固定方式是精确放疗的关键^[1]。而放疗摆位引入的误差导致肿瘤及其周围正常组织实际接受的照射剂量与计划优化的剂量不一致。为弥补摆位误差等不确定因素引起的位置误差，物理师设定了PTV边界的外扩。近几年，国内外放疗肿瘤学家一直致力于减少摆位误差，提高摆位精度的研究^[2-3]。很多文献对此进行了报告，给出了不少解决方法和措施^[4-8]。本研究通过对30例头颈部、42例胸部和31例腹盆部肿瘤患者每次放疗前行MV级扇形束CT的螺旋扫描（共计2593人·次），分析摆位误差大小，为勾画靶区外扩边界提供数据支撑。

1 材料与方法 1.1 临床资料

选取2015年11月—2020年7月在安阳市肿瘤医院放射治疗中心采用TOMO-HD治疗的30例（756人·次）头颈部肿瘤、42例（1023人·次）胸部肿瘤和31例（814人·次）腹盆部肿瘤患者，其中男性59例、女性44例，年龄14～84岁。

1.2 体位固定

热塑成型膜放入70 ℃水箱中5 min，头颈部组采用头颈肩膜：患者平躺在头颈肩固定板，依据患者具体情况选取合适的头枕，双手放于体部两侧，将经过恒温浸泡过的头颈肩热塑成型膜完全敷贴于患者体表，晾干20 min后完成体位固定。胸部与腹盆部组采用体部热塑成型膜（体膜）：患者平躺于体部固定板，双手抱肘置于额前，将经过恒温浸泡过的体膜完全敷贴于患者体表，晾干20 min后完成体位固定。

1.3 计划CT图像采集

患者体位固定结束后，标记定位线于热塑成型膜上，按照临床治疗要求在荷兰飞利浦大孔径16排CT扫描机上进行摆位和图像采集。头颈肩组扫描及重建层厚均取3 mm，胸部组和腹盆部组扫描及重建层厚均取5 mm。CT扫描图像经过网络传输至Oncentra计划系统，主治医师在此系统上勾画靶区，主任医师进行靶区勾画确认后把图像传至TOMO计划系统，物理师在此系统上进行计划优化并进行剂量验证，剂量验证通过后，最后经过计划批准把其传入TOMO治疗机上等待治疗。

1.4 图像采集和数据收集

患者在每次治疗前进行图像扫描及配准，具体做法：在每次治疗前，选择治疗的患者计划，在Scan菜单下选择患者图像的扫描范围，然后进入治疗室按摆位要求将患者置于加速器治疗床上，其姿势最大程度与模拟定位姿势一致，将红激光灯对准体膜上的标记线，然后开始扫描，扫描后的图像经过分辨率的图像重建，将重建后的图像与计划CT图像进行融合配准。图像配准采用骨和软组织配准模式，图像配准过程中尽可能将扫描图像的靶区与计划CT图像的靶区吻合，配准均由具有丰富图像引导放疗经验的医师及技师参与确认。图像配准完成后，记录每次配准在X轴、Y轴、Z轴方向靶区中心平移误差及旋转误差（Fy）。本研究的系统误差由每组患者所有分次治疗摆位误差的平均值计算获得，随机误差（ $\sigma $ ）由每组患者所有分次治疗摆位误差的标准差计算获得^[6-9]。

1.5 统计方法

采用SPSS19.0软件处理数据，分别计算每组病例不同方向的误差和外扩范围并进行Kolmogorov-Smirnov法的正态检验，绘制每组病例数据的频数分布图，P > 0.05时，摆位误差频数分布服从正态分布。

2 结　果 2.1 摆位误差

对30例头颈部、42例胸部和31例腹盆部肿瘤患者分别在TOMO-HD治疗系统的MV级扇形束CT下进行756人·次、1023人·次和814人·次扫描。表1给出了各部位在X轴、Y轴、Z轴和Fy方向（沿Y轴方向的旋转）的摆位误差，表2列出了各部位在X轴、Y轴、Z轴方向的摆位误差在不同误差范围的分布情况。表3详列了头颈部、胸部、腹盆部3种不同部位肿瘤患者三维方向的系统误差和随机误差。

2.2 外扩边界

从CTV到PTV间的外放边界采用Gupta M ^[9]推荐的计算公式M_PTV = 2.5 $\sum $ + 0.7 $\sigma $ （PTV的外放边界保证90%的患者最小CTV积累剂量至少给予95%的处方剂量）。使用TOMO-HD治疗系统的MV级扇形束CT进行治疗前摆位误差纠正，按病变部位计算的各方向外放边界结果详见表4。

2.3 头颈部、胸部和腹盆部3个不同部位的摆位误差频数及稳定性比较

图1～3分别显示了头颈部、胸部和腹盆部肿瘤患者摆位误差频数分布情况，从图中可以看出，头颈部在X轴和Z轴方向，98%左右的误差值集中在−5～5 mm。在Y轴方向，87.3%的误差值集中在−5～5 mm。而胸部和腹盆部的摆位误差不同于头颈部，对于胸部和腹盆部，在X轴方向，90%以上的误差值集中在−5～5 mm。而在Y轴、Z轴方向，误差值比较分散。关于胸部的摆位误差，在Y轴方向，41.7%的误差值超过5 mm。在Z轴方向，26.3%的误差值超过5 mm。而对于腹盆部摆位误差，57.4%的Y轴误差值超过了5 mm；65.3%的Z轴误差值超过了5 mm。从以上的分析可知，在X轴方向，头颈部、腹部和腹盆部的误差值（误差的绝对值）90%以上都小于5 mm，在Y轴和Z轴方向，从头颈部到胸部和腹盆部，其误差值超过5 mm的比例越来越大。

2.4 正态性检验结果

由Kolmogorov-Smirnov法正态性检验分布可知，当P > 0.05时，摆位误差频数服从正态分布。从 表5中可以看出，胸部和腹盆部的X轴和Y轴服从正态分布，其余方向均不服从正态分布。

2.5 靶区的最大运动范围

根据正态曲线下面积分布规律，正态曲线与横轴所包围的面积恒为1，当曲线均值µ和标准差s满足µ ± 2.58 s，就能覆盖99%面积，所以采用µ ± 2.58 s计算出靶区的最大运动范围。对于不服从正态分布的数值，我们分2种情况对待：对于头颈部的X轴、Y轴、Z轴方向的绝大部分（大约90%）都位于−5～5 mm，我们就把5 mm作为其靶区的最大运动范围。而对于其他不服从正态分布的数值（胸部和腹盆部的Z轴），则根据频数分布图选择单方向（正方向或负方向）最大值作为靶区的最大运动范围，表6显示了靶区的最大运动范围。

3 讨　论

近年，放射治疗技术进入了快速发展的阶段，其中图像引导放疗（IGRT）是在三维调强放疗技术基础上发展起来的又一新的放疗技术。它是将直线加速器与影像设备相结合，每次治疗前采集患者的影像信息来确定靶区是否与病人的计划靶区一致，通过2者的比对校正患者的摆位误差从而引导射线束对肿瘤靶区实施精确的照射，而减少对周围正常组织的误照^[10-11]。

本文所进行的研究是基于TOMO-HD治疗机上实现的。TOMO-HD是从CT发展而来，其本身就是一台MV级螺旋CT，天生具备影像引导放疗（IGRT）的能力。6 MV的直线加速器集成安装在特制的螺旋CT滑环机架上，加速管沿机架的径向安装。每次治疗前，进行极低剂量（1 cGy）的CT扫描，出射3.5 MV的扇形束X光，获得相当清晰且无金属伪影的治疗体位三维影像用于摆位验证。TOMO-HD螺旋断层成像和治疗采用同一放射源，无需担心成像中心和治疗中心的不一致。但是由于每次成像和治疗时，治疗床不断的前进，造成了床的沉降，从而引起在垂直方向（Z轴）较大的误差。本文的实验结果在左右方向（X轴）和前后方向（Y轴）摆位误差与普通的直线加速器的摆位误差非常相近。但在垂直方向（Z轴），本文的实验结果比普通加速器摆位误差大。原因是普通加速器的扫描是等中心扫描，摆位后治疗床是静止的，而TOMO-HD治疗机的扫描是螺旋扫描，即摆位后治疗床是不断前进，治疗床的前进造成床的沉降。治疗床沉降大小与患者摆位初始位置、治疗床前进距离和患者体重有关。根据安阳市肿瘤医院放射治疗中心的经验数据，病人的沉降范围为3～6 mm。

造成肿瘤位置不确定性的因素有很多，其中包括肿瘤的界限不准确，靶区边界的不确定，内部器官位置移动，呼吸幅度和摆位误差。通过图1～3比较可以发现，头颈部的摆位误差大部分都小于5 mm，与胸部和腹盆部相比，误差较小。通过分析可知，头颈部的结构中骨组织占比较大，形成较稳定的刚性结构，不易造成肿瘤位置的移动，另外呼吸运动、饮食量对其影响也较小。该实验结果与普通加速器CBCT的位置验证在左右方向（X轴）和前后方向（Y轴）比较相近^[12-13]；但是在垂直方向（Z轴）由于治疗床沉降，该实验结果相对于CBCT的结果较大。由于患者的呼吸运动、皮肤的松紧、器官的充盈程度、患者的体重变化和患者的平躺姿势的重复性等对胸部和腹盆部的影响较大，所以胸部和腹盆部相对于头颈部的肿瘤的位置误差较大，在胸部和腹盆部中，腹盆部的位置误差更大，这可能是由于腹盆部软组织和器官所占体积较大（例如肠道，直肠，膀胱等），患者治疗复位时，患者体位容易发生轴位旋转，内部器官的位置更容易受到外界条件的影响。器官的充盈程度（膀胱的充盈等）、病人的平躺姿势的重合度以及体重的变化幅度对腹盆部的位置误差影响更大，该实验结果与以前的研究结果相似^[14-18]，所以在平时的治疗过程中要求病人每天尽量按照约定的时间准时治疗（减少由于饮食、小便等对器官充盈的影响），合理的饮食保持体重变化不大。定期检查病人的体膜，使其松紧度在整个治疗期间保持一致，采用统一的体部固定底板+热塑成型膜固定技术。

旋转误差产生的原因：①患者在摆位时未完全放松，肌肉紧张而使体部定位线偏移；②患者平躺时，身体左右未躺平导致左右方向扭转；③仰卧时患者衣物及其他物体未完全脱去而垫在了背部或者臀部（尤其对于腹盆部患者）；④激光线没有严格对准患者身体两侧的水平标志线。因此，在每次的治疗过程中要求病人放松；平躺时，要求患者躺平；尽量减少病人体下垫其他衣物；体部线不清楚时主治医师应及时重新画线。本研究中表1和图1d）、图2d）、图3d）显示了沿Y轴方向的旋转误差（Fy）和旋转误差频率分布。头颈部、胸部、腹盆部的旋转误差80%都小于1°。Selvan ^[19]报道旋转造成剂量改变很小可忽略。Delishaj ^[20]认为平均值为1°的旋转误差不会影响95%CTV接受处方剂量。与普通加速器通过六维治疗床的修正来调整病人的旋转误差不同，TOMO-HD治疗系统是通过调整照射起始角度来修正病人的旋转误差。

摆位误差的形成主要来自2方面：系统误差（∑）和随机误差（σ）。系统误差是由于治疗时不能完全重复定位时的位置而产生的误差，其主要与治疗设备有关，例如在垂直方向治疗床的沉降，治疗床与定位床的差异。随机误差是分次治疗时体位不完全一致而产生的误差，主要与技术员的熟练程度、病人平躺姿势、器官移动有关。2者产生的原因不同，对放疗的剂量分布的影响程度也不相同。系统误差引起剂量分布的整体移动，对每次治疗的影响相同，而随机误差具有偶然性，对每次放疗的影响不尽相同^[9-12]。表4是根据Gupta M ^[9]推荐的计算公式M_PTV = 2.5 $\Sigma $ + 0.7 $\sigma $ 测算出的各个部位不同方向的外扩边界，该实验结果与Xiao等^[21]计算的结果基本一致。同时通过对比摆位频数分布图，我们也分析了头颈部、胸部、腹盆部不同部位肿瘤患者的靶区在三维方向上最大运动范围（见表6）。

计划靶区（PTV）是联系患者坐标系和机器坐标系的几何概念，包括临床靶区CTV本身、照射中患者器官运动（ITV），以及由日常摆位、治疗中靶位置和靶体积变化等因素引起的扩大照射的组织范围，从而确保临床靶区CTV得到规定剂量^[22]。所以靶区边界的外扩原则应该是确保在整个放疗过程中肿瘤始终在照射野范围内，而周围的正常组织应尽量位于照射野外，使放疗引起的“毒性”最少。但是在实际治疗过程中，由于各个放疗单位的放疗设备不同，技术员对设备操作的熟练程度不同，摆位、定位技术不同，物理师对其的质控要求不同，所以放疗技师应该总结自己单位的摆位误差数据，总结各种型号设备的误差范围，物理师应该按时的做好日检、周检、月检、年检，保证放疗设备的精确度，为放疗计划中靶区的外放边界提供必要的保障。

本文从统计学方面研究头颈部、胸部、腹盆部等不同部位肿瘤的摆位误差，靶区的最大运动范围及其外放边界，关于肿瘤的种类、较长靶区的肿瘤、治疗床的沉降等因素对摆位误差的影响仍需进一步研究。