ArcCheck模體與膠片在鼻咽癌VMAT劑量驗證中的比較研究

易金玲，金獻測，周永強，韓 策，鄭曉敏，吳志勤，黃珂靖，謝聰穎

溫州醫學院附屬第一醫院放化療科，溫州市，325000

ArcCheck模體與膠片在鼻咽癌VMAT劑量驗證中的比較研究

【作 者】易金玲，金獻測，周永強，韓 策，鄭曉敏，吳志勤，黃珂靖，謝聰穎

溫州醫學院附屬第一醫院放化療科，溫州市，325000

比較研究ArcCheck與膠片在鼻咽癌容積弧形調強（VMAT）驗證中的應用，探討ArcCheck在VMAT劑量驗證中的可行性。隨機選取5例鼻咽癌病人的VMAT治療計劃，分別用ArcCheck和膠片兩種方法進行劑量驗證，比較兩種方法的驗證結果。ArcCheck驗證的平均通過率為96.74±2.60，膠片驗證的平均通過率是95.95±1.17，利用統計分析t檢驗，結果表明ArcCheck和膠片驗證兩種結果在劑量學上沒有明顯差異。ArcCheck分析軟件可以直接獲取三維合成的劑量分布，且操作過程較膠片驗證簡單，可以更為便捷的進行VMAT劑量驗證。

鼻咽癌；VAMT計劃；ArcCheck驗證；膠片驗證

隨著計算機和高新技術的發展，調強放射治療（IMRT）以其高度適形的劑量分布特性，已經成為鼻咽癌首選的治療方式[1]。容積弧形調強放射治療技術（volumetric intensity modulated arc therapy，VMAT）作為一種新的IMRT實現方式，由于其在治療時間與機器跳數（MU）使用效率上的優勢，也已經在越來越多的治療中心被用于包括鼻咽癌在內的多種腫瘤的放射治療[2]。隨著放射治療技術復雜程度的增加，對IMRT及VMAT治療前的質量保證及劑量驗證也變的越來越重要，以確保復雜的劑量分布能真正準確地傳輸到患者身上[3]。 VMAT是通過弧形多角度的放療方式，可以對機架的旋轉速度，多葉光柵（MLC）的移動速度，及劑量率同時進行調制[4]。IMRT計劃驗證時采用的單野注量驗證方法在VMAT計劃驗證時存在局限性，需要通過模體傳輸整個計劃，對綜合劑量分布進行驗證。放射性膠片

（radiographic）與放射性鉻膠片(radiochromic)是進行綜合劑量分布驗證的常用工具[5]。但使用膠片驗證的缺點是比較費時，也比較浪費資源[6]。二維平面與三維的半導體矩陣相對比較簡便，也已經被廣泛用于IMRT和VMAT的劑量驗證[7]。該研究的目的是比較研究EDR2慢感光膠片與三維半導矩陣ArcCheck在鼻咽癌VMAT劑量驗證中的應用。

1 材料和方法

1.1 VMAT治療計劃生成

隨機抽取正在接受VMAT技術治療的5例鼻咽癌病人。5例病人實際執行的臨床計劃均為雙弧VMAT計劃，第一個弧形角度從181o到180o，順時針方向，第二個弧形角度從180o到181o，逆時針方向。GTV和CTV的處方劑量分別為70 Gy和56 Gy，分28次進行。所有計劃都由Pinnacle3（9.2版）治療計劃系統生成，采用的優化算法SmartArc，多葉光柵最大移動速度為0.46 cm/deg，最終間隔弧形角度為4o。

1.2 劑量驗證

本文對每個VMAT 計劃分別用膠片和ArcCheck模體進行三維劑量驗證。所用的膠片是Kodak公司的EDR2慢感光膠片，模體為Med-Tec Benchmark 驗證模體。將模體置于模擬CT機床上并架好，按定位標記擺位，2.5 mm薄層掃描，CT圖像傳送到治療計劃系統。半導體矩陣模體為美國Sun Nuclear公司的ArcCheck模體，為避免半導體探測器的影響，ArcCheck的CT圖像是直接將廠家提供的ArcCheck模體CT圖像導入到TPS內，并存為QA模體，按定位標記點確定模體中心。兩模體示意圖如下：

圖1 ArcCheck驗證模體（a）和Benchmark模體（b）示意圖Fig.1 Diagram of ArcCheck phantom (a)and Benchmark phantom (b)

將經臨床醫生確認的患者VMAT治療計劃，分別完整的移植到ArcCheck 驗證模體和Benchmark模體，生成兩類驗證計劃。由于膠片二維平面特性，只能對模體的一個矢狀面或冠狀面的二維劑量分布進行驗證，如要實行三維的劑量分布，則需要同時驗證平行的多張膠片，重建成三維的劑量分布。TPS中矢狀面劑量分布生成如下：VMAT計劃移植到Benchmark后，以模體中心為射野中心，重新計算。加一個機架角度270o，collimator 90o的射野，讀取該野在距離模體中心2.5 cm處的劑量分布并輸出，與實際測量的劑量分布進行比較。ArcCheck模體計劃：VMAT計劃完全移植到模體后，以模體中心為中心，原治療計劃的總機器跳數（MU）為處方劑量重新計算。把兩類驗證計劃測量對應層面的劑量分布寫成DICOM RT DOSE文件分別輸出到Omnipro I’mRT和ArcCheck軟件分析系統。同時將所有模體驗證計劃傳輸至MOSIAQ網絡，在Elekta Synergy加速器上進行實際投照測量。

將ArcCheck置于加速器治療床上，對ArcCheck進行本底校準，矩陣校準和絕對劑量校準。膠片夾在距離Benchmark模體中心朝G方向2.5 cm處矢狀位上。激光十字線對準各自模體中心，在加速器臨床模式下，按各自的模體驗證計劃出束。將測量結果與相應的治療計劃進行比較。

1.3 比較分析

膠片驗證：在掃描膠片前要先對掃描系統進行膠片刻度。利用MLC形成3 cm×3 cm的射野，在同一張膠片不同位置上曝光10個不同劑量水平的劑量，出束劑量為將50 MU～500 MU，間隔為50 MU，從而得到不同劑量的OD值；再結合系統自帶的刻度膠片，得到光密度—劑量特性曲線[8]。將照射后的驗證膠片沖洗后通過Vidar Dosimetry Pro 掃描儀將灰度分布圖像輸入到IBA Omni Pro IMRT 調強分析軟件，同時將驗證計劃的劑量分布從TPS導入到軟件中，兩者進行比較，通過Gamma分析，得到相對劑量通過率。ArcCheck驗證：在用ArcCheck進行驗證前，必須進行模體的本底測量，以獲得每個探測器的本底校準因子，并需要確定ArcCheck各探測器之間相對敏感度差異，并將這個差異作為每個探測器的獨立校準因子應用于實際測量中，對模體校準后開始測量。打開ArcCheck SNCP分析軟件，導入驗證計劃的劑量分布，將實際測量的劑量分布和從TPS中導出的驗證計劃的劑量分布進行比較，通過Gamma分析，得到相對劑量通過率，Gamma分析中采用的標準為3%/3 mm。

2 結果

膠片的劑量—光密度(OD)校準曲線和ArcCheck探測器的校準因子分布圖如圖2所示。EDR2膠片的能量響應較好，在6 MV X線照射劑量高達4 Gy的時候，仍呈現線性反應。膠片驗證和ArcCheck驗證兩種驗證測量方法所得劑量分布與TPS計算結果的比較分析圖如圖3與圖4所示。膠片分析的是矢狀面的一個二維劑量分布圖，將計劃的劑量分布與膠片測量所得的劑量分布圖進行配準后，可以測量任意位置的譜線分布劑量偏差，如圖3右上角所示。也可對計劃的劑量分布與膠片測量的劑量分布進行相減和Gamma分析操作，如圖3的右下圖。ArcCheck模體比較的是圓柱分攤開后的二維劑量分布圖。相當于將圓柱形的模體從一個位置剪開，攤成一個平面再與計劃里的相同平面的劑量分布進行比較。

圖2 校準曲線與校準因子Fig.2 Verif i cation curve and calibration factors

圖3 膠片驗證劑量分析示意圖Fig.3 The dose distribution of fi lm verif i cation

圖4 ArcCheck 劑量驗證分析示意圖Fig.4 Diagram of dosimetric verif i cation in Arccheck

5例病人的具體劑量驗證結果如表1所示。膠片驗證的平均通過率是95.95±1.17，ArcCheck驗證的平均通過率為96.70±2.60，兩種驗證方法的通過率都高于95%，均符合VMAT劑量驗證的要求。利用統計分析t檢驗，兩種驗證方法的驗證結果沒有明顯差異。

3 討論

VMAT系統的高度復雜性，需要我們在病人治療前對VMAT計劃進行詳細準確的劑量驗證，以確保VMAT計劃準確的實施。本研究的結果表明，膠片與ArcCheck都能滿足VMAT治療的劑量驗證要求，現有的VMAT技術可安全準確地實施。

表1 病人驗證通過率Tab.1 The pass rate of patient verif i cation

治療前的劑量驗證是VMAT實施質量保證的重要組成部分。但由于VMAT技術的旋轉特性，我們不能再像IMRT技術一樣，對VMAT的計劃進行單野注量圖驗證[9]。對于VMAT綜合計劃的驗證，已經有多種驗證設備得到研究報道，如凝膠劑量儀，二維電離室矩陣[10]，聯合使用膠片與電離室的圓柱形水模體[11]等。但膠片與新開發的三維電離室或半導體矩陣是最常用的驗證IMRT與VMAT綜合劑量分布的工具[12]。

我們的研究表明，鼻咽癌VMAT計劃膠片和ArcCheck的劑量驗證通過率都高于95%。這與Korreman等[13]用ArcCheck對9個前列腺與頭頸部VMAT病人的驗證結果相似，大部分病例的驗證通過率＞95%。包括膠片與半導體矩陣在內的VMAT計劃多種驗證方式的比較研究也得出相似的結果，gamma分析的通過率都＞90%。國內也有相似的研究[14]，對半導體矩陣與膠片對IMRT的計劃進行了比較研究，但用的是二維半導體矩陣，如陸佳揚等[15]對MatrixX與膠片劑量驗證進行了比較和馮國生等[16]對MatrixX與膠片進行的二維平面劑量驗證比較。

從劑量學方面來看，兩種驗證方法得到的驗證結果沒有明顯差異，ArcCheck和膠片都能勝任VMAT的驗證任務，但在使用過程中，膠片必須進行沖洗和掃描，而在沖洗過程中和掃描中又會給結果帶來一定的環境因素影響和人為誤差，且膠片驗證只能得到二維的劑量分布結果[17]；而ArcCheck軟件能直接獲取三維合成劑量分布，且操作過程較膠片驗證過程簡單許多，從而大大提高了工作效率。因此，筆者認為，用ArcCheck進行VMAT劑量驗證切實有效，簡單可行。

[1] Kam MK, Teo PM, Chau RM, et al. Treatment of nasopharyngeal carcinoma with intensity-modulated radiotherapy: the Hong Kong experience[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2004, 60(5): 1440-1450.

[2] Yoo S, Wu QJ, Lee WR, et al. Radiotherapy treatment plans with RapidArc for prostate cancer involving seminal vesicles and lymph nodes[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2010, 76: 935-942.

[3] Feygelman V, Zhang G, Stevens C, et al. Evaluation of a new VMAT QA device, or the "X" and "O" array geometries[J]. J Appl Clin Med Phy, 2011, 12(2): 3346.

[4] Otto K. Volumetric modulated arc therapy: IMRT in a single gantry arc[J]. Med Phys, 2008, 35(1):310-317.

[5] Ezzell G, Galvin J, Low D, et al. Guidance document on delivery, treatment planning, and clinical implementation of IMRT: report of the IMRT subcommittee of the AAPM radiation therapy committee[J]. Med Phys, 2003, 30: 2089-2115.

[6] Zeidan OA, Stephenson SA, Meeks SL, et al. Characterization and use of EBT radiochromic fi lm for IMRT dose verif i cation[J]. Med Phy, 2006, 33 (11): 4064-4072.

[7] Letourneau D, Publicover J, Moseley DJ, et al. Novel dosimetric phantom for quality assurance of volumetric modulated arc therapy[J]. Med Phys, 2009, 36(5): 1813-1821.

[8] 余建義, 金獻測, 吳式, 等. 調強放射治療膠片驗證的膠片校準[J]. 中國醫學物理學雜志, 2007, 24(5), 790-793.

[9] Buonamici FB, Compagnucci A, Marrazzo L, et al.An intercomparison between film dosimetry and diode matrix for IMRT quality assurance[J]. Med Phy, 2007, 34 (4): 1372-1379.

[10] Vergote K, De Deene Y, Duthoy W, et al. Validation and application of polymer gel dosimetry for the dose verif i cation of an intensitymodulated arc therapy (IMAT) treatment[J]. Phys Med Biol, 2004, 49(2), 287-305.

[11] Van Esch A, Clermont C, Devillers M, et al. On-line quality assurance of rotational radiotherapy treatment delivery by means of a 2D ion chamber array and the Octavius phantom[J]. Med Phys, 2007, 34(10), 3825-3837.

[12] Pallotta S, Marrazzo L, Bucciolini M. Design and implementation of a water phantom for IMRT, arc therapy, and tomotherapy dose distribution measurements[J]. Med Phys, 2007, 34(10), 3724-3731.

[13] Korreman S, Medin J, Kjaer-Kristoffersen F. Dosimetric verif i cation of RapidArc treatment delivery[J]. Acta Oncol, 2009, 48 (2): 185-191.

[14] Masi L, Casamassima F, Doro R, et al. Quality assurance of volumetric modulated arc therapy: Evaluation and comparison of different dosimetric systems[J]. Med Phy, 2011, 38 (2): 612-621.

[15] 陸佳揚, 李樂升. MatrixX 與膠片在模體平面劑量驗證中的比較[J]. 醫療裝備, 2012, 25(2), 12-13.

[16] 馮國生, 梁遠, 吳丹玲, 等. 調強放射治療兩種劑量驗證方法的比較[J]. 廣西醫科大學學報, 2009, 26 (3), 390-392.

[17] Menegotti L, Delana A, Martignano A, Radiochromic film dosimetry with flatbed scanners: a fast and accurate method for dose calibration and uniformity correction with single film exposure[J]. Med Phys, 2008, 35(7), 3078-3085.

Comparison of ArcCheck and Film Verif i cation for VMAT in the Treatment of Nasopharyngeal Carcinoma

【Writers】Yi Jinling, Jin Xiance, Zhou Yongqiang, Han Ce, Zheng Xiaomin, Wu Zhiqin, Huang Kejing, Xie Congying

Department of Radiotherapy and Chemotherapy, the 1st Hospital Affiliated to Wenzhou Medical College, Wenzhou, 325000

To compare the performance of ArcCheck and fi lm veri fi cation for volumetric intensity modulated arc therapy (VMAT) in the treatment of nasopharyngeal carcinoma，and to study the feasibility of ArcCheck in VMAT dosimetric veri fi cation. Five patients of nasopharyngeal carcinoma treated with VMAT were enrolled in this study. Dose veri fi cation was carried out by ArcCheck and fi lm respectively. The result showed that there were no signi fi cant differences between ArcCheck and fi lm veri fi cation. ArcCheck software can obtain three dimensional dose distribution directly with simple operation. Itis convenient for ArcCheck to be used for VMAT dosimetric veri fi cation.

nasopharyngeal carcinoma, volumetric modulated arc therapy, ArcCheck veri fi cation, fi lm veri fi cation

R454

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2013.03.021

1671-7104(2013)03-0228-04

2012-12-10

溫州市科技計劃項目（Y20120137）

金獻測，博士，從事放射治療物理研究，E-mail:physics@wzhospital.cn