胸腹平架和头颈肩架固定装置在胸中上段食管癌放射治疗中的摆位误差比较

万 宝，杨 旭，冯 鑫，刘 帆，赵 宇，陈 欢，侯 露，周 科，覃仕瑞，惠周光

（国家癌症中心/国家肿瘤临床医学研究中心/中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院放疗科，北京 100021）

0 引言

食管癌是我国最常见的消化道肿瘤之一，发病率和死亡率均居于各类癌症前列[1]。放射治疗是食管癌的主要治疗手段之一。食管癌有较高的锁骨上区淋巴结转移复发率，因此放射治疗靶区常常包括锁骨上区。与传统的兆伏级电子射野成像系统（electronic portal imaging device，EPID）相比，千伏级锥形束CT（cone beam CT，CBCT）具有更高的准确性[2-4]。利用CBCT 进行放射治疗前的位置验证可以更好地保证放射治疗体位的精准性[3-4]。摆位的重复性对放射治疗的精确实施也至关重要，其受固定装置、患者体位、临床体征、设备精度等因素的影响[5]。目前，食管癌放射治疗常用的固定装置包括胸腹平架和头颈肩架2 种：胸腹平架主要用于中下段食管癌，头颈肩架主要用于中上段食管癌。理论上，对于需要照射锁骨上区的中上段食管癌，胸部平架对胸部固定效果较好，而头颈肩架对锁骨上区固定效果较好，然而目前关于2 种固定装置优劣的相关研究较少。本研究分析2 种固定方式下的整体摆位误差、胸锁关节摆位误差和肩锁关节摆位误差，为临床工作中固定装置的选择提供依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

筛选2020 年11 月至2021 年4 月在本中心行放射治疗的患者。纳入标准：（1）病理证实为食管癌，不限病理类型；（2）临床分期为Ⅰ～Ⅳ期；（3）KPS 评分≥70 分；（4）病变位于胸中段或胸上段；（5）接受放射治疗，签署《放射治疗知情同意书》；（6）采用胸腹平架或头颈肩架固定；（7）行CT 定位扫描；（8）靶区包括锁骨上区；（9）靶区下界低于隆突下水平（隆突下相当于体表胸骨角水平，而胸骨角为头颈肩架的固定下界，该种情况下头颈肩架不能很好地固定下胸部，胸腹平架不能很好地固定锁骨上区）；（10）采用静态多叶光栅（multi-leaf collimator，MLC）调强或旋转调强放射治疗技术；（11）放射治疗前行CBCT摆位验证。排除标准：（1）CBCT 验证次数少于3 次；（2）因病情进展等因素无法保持体位。

共入组41 例患者，胸腹平架组20 例（48.8%），头颈肩架组21 例（51.2%），共行310 次CBCT 验证，每组155 次。其中男性35 例（85.4%）、女性6 例（14.6%），平均年龄61.6 岁（95%置信区间：59.1～64.2岁），平均身高1.68 m（95%置信区间：1.66～1.71 m），平均体质量64.7 kg（95%置信区间：61.1～68.3 kg）；KPS评分为70 分的4 例（9.8%），80 分的32 例（78.0%），90 分的5 例（12.2%）；原发灶位于胸上段的16 例（39.0%），位于胸中段的25 例（61.0%）；临床分期为Ⅱ期的1 例（2.4%），临床分期为Ⅲ期的13 例（31.7%），临床分期为Ⅳ期的27 例（65.9%）。2 组在年龄、身高、体质量、性别、分期方面的差异均无统计学意义（P＜0.05），详见表1。

表1 2 组临床特征对比

1.2 体位固定和CT 模拟定位

采用胸腹平架（Civco，美国）或头颈肩架（Civco，美国）固定装置对患者进行体位固定。根据患者的颈部解剖特点选择合适的头枕型号后，让患者在平静自由呼吸状态下平躺于CT 检查床上，双臂置于身体两侧。采用胸腹平架固定时，使用胸部热塑体膜（科莱瑞迪，广州），摆位中心描画于腋中线和体中线的皮肤上，治疗中心标记在热塑体膜上。采用头颈肩架固定时，使用热塑头颈肩膜（科莱瑞迪，广州），治疗中心标记于面罩上。所有患者的扫描层厚和层距均为5 mm，扫描范围均为上至乳突、下至第二腰椎。

1.3 靶区勾画和计划设计

通过MOSAIQ 网络（医科达公司，瑞典）将图像传输至Pinnacle（Version 9.10）计划系统（飞利浦公司，荷兰）。主管医生在计划系统的图像中勾画肿瘤靶区（gross tumor volume，GTV）、临床靶区（clinical target volume，CTV）、计划靶区（planning target volume，PTV）和危及器官。物理师根据靶区确定治疗中心，采用6 MV X 射线治疗，依据处方剂量和危及器官限值制订调强放射治疗计划，制订的放疗计划符合ICRU 62 号报告和临床医师要求。

1.4 图像引导和数据采集

根据《放射治疗质量控制基本指南》[6]，第1 周行CBCT 验证5 次，然后每周验证1 次。CBCT 扫描范围上界为环状软骨处，下界为膈肌下5 cm，左右界为PTV 外放2 cm。CBCT 图像配准框的范围为PTV三维方向外放2 cm，包括脊柱等固定的骨性结构，行软组织配准结合手动配准，获得整体的平移误差X（左右）、Y（头脚）、Z（腹背）和旋转误差RX（矢状面）、RY（横断面）、RZ（冠状面）。以胸骨柄和胸骨柄后椎体为配准标志，行骨性配准和手动配准，获得胸锁关节摆位误差Xsc、Ysc、Zsc；以肩锁关节和胸锁关节为配准标志，行骨性配准和手动配准，获得肩锁关节摆位误差Xac、Yac、Zac。胸锁关节实际治疗时的摆位误差为：ΔXsc=Xsc-X，ΔYsc=Ysc-Y，ΔZsc=Zsc-Z；肩锁关节实际治疗时的摆位误差为：ΔXac=Xac-X，ΔYac=Yac-Y，ΔZac=Zac-Z。

1.5 统计学方法

应用公式M=2.5Σ+0.7σ[7]（Σ 为系统误差，σ 为随机误差）计算CTV 至PTV 的外扩边界值。采用SPSS 25.0 软件对摆位数据进行独立样本t 检验或秩和检验，P＜0.05 表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 整体摆位误差

在整体摆位误差方面，胸腹平架组在X、RX和RZ方向上显著小于头颈肩架组（0.15 cm vs 0.21 cm，P=0.000；0.66° vs 0.80°，P=0.034；0.52° vs 0.80°，P=0.000），但在Y 方向上显著大于头颈肩架组（0.26 cm vs 0.22 cm，P=0.002）；在Z、RY方向上，2 组间差异无统计学意义（0.16 cm vs 0.15 cm，P=0.314；0.92°vs 0.97°，P=0.418）。详见表2。

表2 2 组整体摆位误差绝对值对比

2.2 胸锁关节摆位误差

在胸锁关节摆位误差方面，胸腹平架组在X、RY、RZ方向上显著小于头颈肩架组（0.15 cm vs 0.24 cm，P=0.000；0.92° vs 1.19°，P=0.000；0.63° vs 1.00°，P=0.000），在Y、Z、RX方向上2 组间差异无统计学意义（0.27 cm vs 0.24 cm，P=0.179；0.16 cm vs 0.18 cm，P=0.334；1.14°vs 1.06°，P=0.519）。实际治疗时，胸腹平架组在Y 方向上显著大于头颈肩架组（0.13 cm vs 0.08 cm，P=0.000），在RZ方向上显著小于头颈肩架组（0.50°vs 0.76°，P=0.000），在X、Z、RX、RY方向上2 组间差异无统计学意义（0.06 cm vs 0.07 cm，P=0.167；0.11 cm vs 0.08 cm，P=0.233；0.91°vs 0.86°，P=0.795；0.48°vs 0.44°，P=0.738）。详见表3。

表3 2 组胸锁关节摆位误差绝对值对比（x¯±s）

2.3 肩锁关节摆位误差

在肩锁关节摆位误差方面，胸腹平架组在RX方向上显著小于头颈肩架组（0.90°vs 1.08°，P=0.019），在Y 和RY方向上显著大于头颈肩架组（0.26 cm vs 0.22 cm，P=0.024；0.81°vs 0.62°，P=0.016），在X、Z、RZ方向上2 组间差异无统计学意义（0.19 cm vs 0.21 cm，P=0.428；0.17 cm vs 0.19 cm，P=0.262；0.67°vs 0.69°，P=0.167）。实际治疗时，胸腹平架组在Z、RX和RZ方向上显著大于头颈肩架组（0.15 cm vs 0.12 cm，P=0.001；0.96°vs 0.75°，P=0.023；0.78°vs 0.57°，P=0.014），在RY方向上显著小于头颈肩架组（0.67°vs 0.86°，P=0.020），在X、Y 方向上2 组间差异无统计学意义（0.12 cm vs 0.09 cm，P=0.080；0.14 cm vs 0.12 cm，P=0.147）。详见表4。

表4 2 组肩锁关节摆位误差绝对值对比（x¯±s）

2.4 靶区外放边界

在整体靶区外放方面，胸腹平架组在X 方向上明显小于头颈肩架组（0.43 cm vs 0.60 cm）；在胸锁关节靶区外放方面，胸腹平架组也在X 方向上明显小于头颈肩架组（0.42 cm vs 0.68 cm）；而在其余方向上，2 组所需的靶区外放范围相差均小于0.1 cm。详见表5。

表5 2 组靶区外放边界对比 单位：cm

3 讨论

放射治疗是食管癌的主要治疗手段之一。对于胸中上段食管癌放射治疗，临床上常用的固定装置包括胸腹平架和头颈肩架。本研究对比2 种固定方式下整体和锁骨上区的摆位误差，结果显示，对于需要同时照射锁骨上和隆突水平以下的胸中上段食管癌，胸腹平架组在X 方向上的整体摆位误差更小，而头颈肩架组在Y 方向上的整体摆位误差更小；对于胸锁关节，胸腹平架组在X 方向上的摆位误差更小；对于肩锁关节，头颈肩架组在Y 方向上的摆位误差更小。表明2 种固定装置在整体和锁骨上区的摆位误差方面各有优劣。

体位固定方式是影响摆位精度的重要因素之一[8-9]。食管癌放射治疗范围往往跨度较大，特别是对于胸中上段食管癌，传统的胸腹平架和头颈肩架常不能完全覆盖治疗区域，2 种固定装置可能无法完全满足体位固定需要。本研究结果显示，胸腹平架组在X 方向上的整体摆位误差较头颈肩架组更小（0.15 cm vs 0.21 cm，P=0.000）。朱万里等[10]研究同样表明，采用胸腹平架固定较采用头颈肩架固定可以显著减少X方向上的摆位误差（1.92 mm vs 2.48 mm，P＜0.01）。本研究还发现，头颈肩架组在Y 方向上的整体摆位误差较胸腹平架组更小（0.22 cm vs 0.26 cm，P=0.002）。刘强等[11]研究也显示，对于颈段、胸上段食管癌，采用头颈肩架固定在Y 方向上的摆位误差显著小于采用胸腹平架固定（0.15 cm vs 0.24 cm，P=0.020）。2 种固定装置在整体固定效果上各有优劣，可能与固定装置本身的特点有关：用于胸腹平架的体膜刚性较好，可有效固定X 方向；用于头颈肩架的面罩对Y 方向上的摆位误差有更好的限制作用。综上，对于整体摆位，胸腹平架与头颈肩架分别在不同方向上有更好的摆位效果，二者各有优劣。

本研究结果还显示，对于胸锁关节，胸腹平架组在X 方向上的摆位误差较头颈肩架组更小（0.15 cm vs 0.24 cm，P=0.000）；对于肩锁关节，头颈肩架组在Y方向上的摆位误差较胸腹平架组更小（0.22 cm vs 0.26 cm，P=0.024）。可以发现，2 种固定装置在锁骨上区的摆位误差呈现出与整体摆位误差一致的趋势：胸腹平架组在X 方向固定效果好，而头颈肩架组在Y 方向固定效果好。这一现象不难理解：鉴于实际治疗中的摆位流程以及人体相对刚性的结构，整体摆位误差很大程度上决定了锁骨上亚区的摆位误差。在实际治疗时（修正整体摆位误差之后），对于胸锁关节，头颈肩架组在Y 方向上的摆位误差较胸腹平架组更小（0.08 cm vs 0.13 cm，P=0.000）；对于肩锁关节，头颈肩架组在Z 方向上的摆位误差较胸腹平架组更小（0.12 cm vs 0.15 cm，P=0.001）。因此，当进行CBCT 摆位验证后，头颈肩架组进行锁骨上区的治疗时摆位误差明显小于胸腹平架组。这一现象也不难理解：当采用头颈肩架固定时，锁骨上区摆位与整体摆位有更好的一致性，当对整体摆位误差进行修正后，锁骨上区的摆位误差也得到了更好的修正。综上，对于锁骨上亚区，采用头颈肩架固定时的摆位误差并没有全方位优于采用胸腹平架固定，两者各有优劣；当进行CBCT 验证时，采用头颈肩架固定可能取得更好的锁骨上区固定效果。

另外，本研究结果显示，胸腹平架组在X 方向上摆位误差较头颈肩架组更小（整体：0.15 cm vs 0.21 cm；胸锁关节：0.15 cm vs 0.24 cm），因而在X 方向上所需要的靶区外放范围也相对较胸腹平架组更小；尽管在肩锁关节摆位误差方面，头颈肩架组在Y 方向上的摆位误差更小，但2 组在Y 方向所需的靶区外放范围差异并不大（＜0.1 cm），可能原因为2 组在Y 方向上的摆位误差的绝对差值不大（0.22 cm vs 0.26 cm）。有文献报道采用头颈肩架固定装置的靶区外放范围为3～5 mm[12-13]，但胸腹部肿瘤的摆位误差相对于头颈部肿瘤的摆位误差要大[11-14]，3～5 mm 的外放范围可能不足以满足胸腹部肿瘤放射治疗的需要。本研究显示，2 种固定装置在多个方向上均需要大于5 mm的外放。具体而言，在整体靶区外放方面，胸腹平架组需要在Y 方向上外放0.66 cm，头颈肩架组需要在X 和Y 方向上分别外放0.60 cm 和0.58 cm；在胸锁关节靶区外放方面，胸腹平架组需要在Y 方向上外放0.64 cm，头颈肩架组需要在X 和Y 方向分别外放0.68 cm 和0.66 cm；在肩锁关节靶区外放方面，胸腹平架组需要在X、Y 方向上分别外放0.54 cm 和0.64 cm，头颈肩架组需要在X 和Y 方向上分别外放0.58 cm 和0.61 cm。总体而言，2 种固定装置可能需要在X 和Y 方向上进行不同程度的更大的靶区外放。因此，PTV 的外扩范围需要各放疗中心根据自己的摆位误差数据制定。

本院采取的头颈固定装置为B/C 型头枕+头颈肩面罩，但还有其他多种头颈肩固定装置，包括头颈肩塑形垫+头颈肩面罩、真空垫+头颈肩面罩、热缩枕+头颈肩面罩，因此放射治疗时应根据各种头颈肩固定装置的优势选择合适的固定装置。张校铭等[15]研究显示，与真空垫+头颈肩面罩、热缩枕+头颈肩面罩和单独头颈肩面罩相比，头颈肩塑形垫+头颈肩面罩固定的重复性和稳定性更好。在本研究中，头颈肩架固定装置较为传统，如采用潜在更为有效的固定装置，如头颈肩塑形垫+头颈肩面罩，则头颈肩组有可能取得更优的固定效果，需要在未来的研究中进一步比较新型头颈肩固定装置与胸腹平架的固定效果。

本研究还存在一些局限性：第一，本研究为单中心、回顾性研究，且样本量相对较少。第二，胸腹平架和头颈肩架组间可能存在不平衡因素，影响研究结果。但考虑到CT 的放射性，对于同一患者采用不同的定位装置分别定位将增加不必要的照射，违背伦理。基于更大样本量的研究，将有利于组间因素的均衡，以尽量减少回顾性研究的偏倚，并规避前瞻性对照研究的伦理问题。第三，胸腹平架组有更多的胸中段食管癌患者，而头颈肩架组有更多的胸上段食管癌患者，肿瘤部位的分布不均可能带来一定的选择性偏倚，从而影响研究结果。未来需要开展前瞻性的队列研究，进一步对比2 种固定装置的优劣，并探索2种固定装置的临床适用指征，以实现更精准的治疗。