随着螺旋断层放疗(tomotherapy，TOMO)技术的推广，全脑全脊髓放疗(craniospinal irradiation，CSI)的实施逐渐从常规加速器的适形、调强分段照射过渡到螺旋断层放疗。常规加速器治疗过程中需要进行多次摆位，并要靠多次改变分段照射野的衔接位置来避免衔接处可能出现的剂量冷点和热点，计划设计难度高且摆位过程复杂^[1-2]。螺旋断层放疗技术分为螺旋照射技术(helical tomotherapy，HT)和径向照射技术(tomodirect，TD)2种。HT技术使得全脑全脊髓的放疗仅需1次摆位，不再需要分段治疗，也无需考虑射野衔接问题；TD技术是当床向前移动时治疗机机头固定在某一角度出束，同时多叶准直器的叶片可对靶区简单适形，并通过开合来对到达靶区的射线进行调制^[3-4]。HT技术在靶区剂量均匀性、适形度和危及器官受量上要好于TD技术，但TD技术在正常组织低剂量区控制和治疗时间上具有更多的优势^[5-6]。患者的治疗体位分仰卧位和俯卧位，固定装置一般采用热塑模和负压真空垫的组合，固定装置对摆位误差有较大的影响^[7-8]。本文针对浙江省肿瘤医院用于全脑全脊髓螺旋断层放疗的固定装置的优化设计及应用进行报道。

1 资料与方法 1.1 一般资料

选取2015年10月至2018年7月在浙江省肿瘤医院放射物理室接受螺旋断层放疗的18例CSI患者。其中男性8例，女性10例；年龄为5~15岁，平均年龄为7.9岁；靶区长度为66~89 cm，平均长度为71.5 cm。

1.2 固定摆位方法及优化

本院的全脑全脊髓螺旋断层放疗应用的固定技术包括热塑体膜固定技术和真空垫固定技术。热塑体膜固定装置包括U型碳素网固定底板、头架、热塑头颈肩模和热塑胸腹模；真空垫固定装置包括U型碳素网固定底板、头架、热塑头颈肩模和真空垫。

热塑体膜固定技术：U型碳素网固定底板放于定位床上，根据每例患者的具体情况调整头部及颏部的角度，使外眦外耳孔连线垂直于床面。一方面保证患者体位的舒适，另一方面尽可能将颈髓拉直，使头、颈和躯干尽量成一直线并固定，不允许任何方向的转动。肩部放松，双手伸直紧贴于身体两侧，下肢伸直自然平放，体中线与床长轴一致。将热塑头颈肩模和热塑胸腹模分别放于70℃水箱中，5~10 min后取出，2位技术员配合迅速把热塑模放在患者头颈肩部和胸腹部，均匀牵拉并固定于底架上，旋紧螺母。冷却15~20 min即可完全塑型，最后在模具上标注好患者姓名和ID号。

真空垫固定技术：U型碳素网固定底板放于定位床上，将体位固定袋平铺在体板上，拔掉气嘴堵头，让体位固定袋快速进气变软，根据需固定的人体部位特征调整垫内填充物厚度分布，抽气至垫体充分变硬，再制作头颈肩热塑膜。真空垫加热塑体模固定的患者须在真空垫和患者上肢划一标记线，保证治疗摆位的重复性，防止发生移位，在模具上标注好患者姓名和ID号。

固定技术优化：经研究对真空垫技术进行改进，首先在U型碳素网固定底板上放置“I”形固定块，再放置体位固定袋，通过进气变软、抽气硬化形成与患者体部充分贴合的凹模。由于U型碳素板特殊结构及其面板上的“I”形块，真空垫底部会形成网格结构和“I”形槽，确保真空垫可以固定在U型板上不会发生位移。由于头肩膜具固定中下颌部活动易引起模具空隙及辅助头颈肩板头枕的符合度存在个体差异较大，采用个体化制作的发泡剂发泡垫根据患者头颈形状和大小专门制作，可以更好固定患者体位，减少体位误差及旋转误差，泡沫垫制作完成后再为患者制作头颈肩热塑网膜面罩。

1.3 图像获取及计划设计

患者定位采用Philips或GE公司的电子计算机断层扫描机(computed tomography，CT)进行扫描。扫描前摆放患者使其身体中轴线位于CT孔径中心附近，扫描范围从颅顶上外镂空2 cm，直到骶尾骨下5 cm，包括全颅脑和全脊髓，层厚3~5 mm。扫描视野要包括整个患者身体外轮廓，扫描过程中不更改扫描视野大小及扫描层厚层距，患者在扫描过程中保持平静呼吸状态，由放疗医师和放疗技师共同完成定位参考点的选择和标记。定位CT影像通过医院局域网络以医学数字成像和通信(digital imaging and communications in medicine，DICOM)格式传入Raystation计划系统，再由放疗科医师和物理师共同勾画全脑、全脊髓、术后瘤床和眼球、晶体、视神经、肺、肾、胃、肝脏、心脏、小肠、食管和气管等危及器官及结构，临床靶体积(clinical target volume，CTV)范围为全脑全脊髓(脑部和脊髓)，计划靶区体积(planning target volume，PTV)为脑部CTV外扩3 mm和脊髓CTV外扩5 mm。设定关键器官及结构的限定剂量，放疗先予全脑全脊髓照射30 Gy，然后缩野至后颅窝局部加量20~25 Gy，中位分次剂量1.8 Gy，靶区确认后物理师添加计划辅助结构再传输至Tomotherapy计划工作站进行TOMO计划设计。

1.4 摆位及配准

由2位放疗师根据皮肤标记点和红激光灯进行治疗摆位，由于患者均为儿童，靶区较短，兆伏CT(megavoltage CT，MVCT)扫描没有分头颈部和胸腹部2段，而是从头颈下缘扫到胸部下缘至骶尾骨上缘，MVCT扫描厚度4 mm，层间距4 mm。将获取的MVCT和定位图像(kilovoltage CT，KVCT)进行图像配准，采用骨性结构配准为主，同时软组织配准相结合，分辨率使用精细模式。自动配准完毕后观察MVCT图像中靶区的位置在横断位、冠状位和正中矢状位上与KVCT定位图像中是否一致。如若不一致，则根据放疗科医师的要求，手动调整MVCT图像中靶区的位置，直至靶区位置完全匹配定位图像，此时记录下左右(X)、头脚(Y)、腹背(Z)和矢状面(Pitch)、冠状面(Yaw)、横断面(Roll)方向上的摆位误差，任一方向偏移>3 mm进行位置修正^[9]，后续每次治疗均重复上述步骤。

1.5 统计学分析

将病例按照优化前、后进行分为两组，分类记录各组患者每次治疗时左右(X)、头脚(Y)、腹背(Z)和Pitch、Yaw、Roll方向上的摆位误差值，用均数±标准差(x±s)表示，均数代表治疗过程中的系统体位误差(Σ)，标准差代表随机体位误差(δ)，根据公式M=2.5Σ+0.7δ计算PTV外放范围^[10-11]。利用SPSS 22软件进行分析，两组间比较采用秩和检验。以P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

18例患者按照固定技术优化前、后分为两组，统计结果见表 1~2。

18例患者的287次行MVCT图像引导的统计结果显示，根据固定装置优化前在平移X、Y和Z方向以及旋转Pitch、Yaw和Roll方向上的整体摆位误差分别为(1.63±1.5)mm、(0.36±3.16)mm、(1.60±1.17)mm和(0.98±0.22)°、(0.78±0.35)°、(0.77±1.24)°；优化后在这些方向上的整体摆位误差分别为(0.23±0.31)mm、(0.36±1.52)mm、(0.91±0.72)mm和(0.76±0.21)°、(0.44±0.19)°、(0.06±0.78)°。优化前X、Y和Z平移方向上的平均摆位误差≤2 mm的占比分别为66.7%、66.7%和44.4%，>2~3 mm的占比分别为0.0%、11.1%和44.4%，>3 mm的占比分别为33.3%、22.2%和11.1%；Pitch、Yaw和Roll旋转方向上的平均摆位误差≤0.5°的占比分别为0.0%、22.2%和55.6%，>0.5°~1°的占比分别为55.6%、44.4%和11.1%，>1°的占比分别为44.4%、33.3%和33.3%。优化后X、Y和Z平移方向上的平均摆位误差≤2 mm的占比分别为100.0%、66.7%和100.0%，>2~3 mm的占比分别为0.0%、33.3%和0.0%，>3 mm的占比分别为0.0%、33.3%和0.0%；Pitch、Yaw和Roll旋转方向上的平均摆位误差≤0.5°的占比分别为11.1%、77.8%和33.3%，>0.5°~1°的占比分别为66.7%、22.2%和44.4%，>1°的占比分别为22.2%、0.0%和22.2%。优化前因图像配准不满足预期二次摆位次数为17次，优化后为10次。优化前、后X对应的PTV外放边界值的X、Y和Z方向分别为3.03 mm、3.11 mm、4.82 mm和0.36 mm、1.96 mm、2.78 mm。经SPSS 22分析，优化前、后X方向的摆位误差值比较，差异具有统计学意义(P < 0.05)，而Y和Z方向比较，差异无统计学意义(均P>0.05)。

3 讨论

放疗中的摆位误差来自每次治疗时人为摆位的不确定性和患者自身的变化，分为系统误差和随机误差。在治疗过程中不可避免，如不能及时纠正误差，会导致靶区中剂量不足并会增加危及器官受照剂量。行CSI治疗的患者多为儿童，依从性较差。单次治疗时间较长，本组研究的治疗时间为(12.87±1.87)min，保证患者治疗过程中的体位固定极为重要。临床实践发现，患者保持俯卧治疗体位，较容易发生移动，采用仰卧位相对效果较好^[9]。本研究结果显示，热塑头颈肩模加发泡垫加“I”形块真空垫的固定装置用于全脑全脊髓的螺旋断层放疗的重复性好，摆位误差小。在X轴方向上误差绝对值更小，在Y轴方向上虽然误差绝对值没有减少但是重复性有所提高，Z轴上的误差绝对值也有减少，并且二次摆位的次数也有降低。分析原因有以下4个方面：(1)真空垫与患者体部贴合较好，减小患者治疗时身体扭曲和皮肤牵拉对红激光灯寻找标记点准确性的影响；(2)“I”字形卡槽可进一步固定真空垫的位置；(3)个体化制作的发泡剂发泡垫根据患者头颈形状和大小专门制作，可以更好固定患者体位，减少体位误差及旋转误差；(4)利用Tomo治疗床及底板的刻度并结合人体体表的双重标记，减小各个方向摆位误差。

对于6个自由度方向的调整，螺旋断层放疗装置的治疗床可实现在X、Y和Z方向上移动，横断面Roll方向的旋转也可通过机架的翻滚进行调整，而无法实现对矢状面Pitch和冠状面Yaw方向旋转的校正，只能通过调整其余四维方向的摆位误差进行补偿^[12]。研究表明，治疗床平移时患者身体各部位相对于照射野的位置变化较为一致，但是在旋转情况下，位于旋转轴心的组织结构的偏移相对较小，而远离旋转轴心的组织结构的偏移则相对较大，在Pitch和Yaw方向上的摆位误差可能会对二次摆位造成影响^{[2, 13]}。

PTV外放边界的计算公式M=2.5Σ+0.7δ表示99%的CTV受到95%的处方剂量，但系统误差和随机误差与放疗设备、固定装置、摆位方法和放疗师的操作密切相关，因此不同条件下计算出的外放边界值也不相同。目前用于螺旋断层放疗的全脑全脊髓靶区边界值是依据研究资料中常规加速器的数值^{[4-5, 11]}，通过本次研究得出适用于本院螺旋断层放疗的全脑全脊髓靶区的外放边界值，即CTV范围为全脑全脊髓，PTV为脑部CTV外扩3 mm和脊髓部CTV外扩3 mm，为本院临床医师勾画靶区提供可靠依据，同时为其他单位全脑全脊髓螺旋断层放疗提供参考。对于每次治疗前的MVCT的图像配准，由于治疗对象均为儿童，扫描范围几乎贯穿整个靶区，分别查看头部、胸部和腹部图像，逐一进行配准，取最优配准结果。对于成年患者一般采取头颈部和胸腹部分开扫描的方式，接下来会建议放疗师对于儿童患者也采取分段MVCT扫描配准，以期寻求更精确摆位误差修正方法。肿瘤放疗发展的趋势是以精确摆位、精确计划和精确治疗为目标的三精治疗，在全脑全脊髓螺旋断层放疗摆位中，使用摆位误差较小的固定装置和技术并寻找出适合各自单位的PTV外放边界值是保证精确放疗质量的必要条件。