Delta4高分辨率模式在VMAT劑量驗證中的應用

李金凱，王沛沛，李彩虹，孫新臣

(南京醫科大學第一附屬醫院放療中心，江蘇南京 210029)

·論 著·

Delta4高分辨率模式在VMAT劑量驗證中的應用

李金凱，王沛沛，李彩虹，孫新臣

(南京醫科大學第一附屬醫院放療中心，江蘇南京 210029)

目的：通過Delta4高分辨率模式研究空間分辨率變化對劑量驗證γ通過率的影響。方法：隨機選取11例鼻咽癌制定VMAT治療計劃，利用Delta4自帶的Merge功能獲取3組不同分辨率的實測劑量分布，分別為原始分辨率組和高分辨率組(offset=2.5 mm和offset=5 mm)，利用SPSS軟件對3組實測數據進行統計學分析。結果：2種高分辨率組的劑量測量點較原始分辨率組均有不同程度的增加；高分辨率組offset為5 mm的γ分析通過率較offest為2.5 mm的稍低，但兩者均低于原始分辨率組，差異無統計學意義。結論：利用Delta4的Merge功能可以獲取更多的劑量測量點參與劑量比較，驗證結果更加真實可靠，一般情況下可替代傳統膠片驗證。

容積旋轉調強； 質量保證； 劑量驗證； Delta4； 三維劑量驗證

隨著放療技術的發展，容積旋轉調強(volume modulated arc therapy，VMAT)等快速治療手段廣泛應用于臨床，其對放療精度的要求更加嚴格，劑量驗證成為放療中一個必須重視的環節[1-2]。由于劑量分布在三維空間中并不均勻，存在很大的劑量梯度，二維劑量分布驗證成為評價治療計劃通過與否的必要條件之一。目前二維劑量分布驗證主要有膠片劑量儀和二維實時探測陣列劑量計法兩種方法[3-4]，前者空間分辨率高，但測量步驟復雜，獲取速度慢，后者可用來快速獲取照射野的二維劑量分布，但空間分辨率較低，存在遺漏某些細節造成評價結果不準確的可能性。Delta4半導體探測器陣列[5]具備點劑量和二維劑量分布實時在線測量的能力，測量效率高，但考慮到探測器陣列本身探頭間隔會影響采樣的空間分辨率，作者通過Delta4高分辨率模式增加驗證測量點，研究空間分辨率變化對治療計劃劑量驗證通過率的影響。

1 材料與方法

1.1 儀器設備

西門子Sensation Open大孔徑CT，Lap激光定位系統，醫科達Axesse電子直線加速器，配Agility160片多葉光柵，等中心投影5 mm，Monaco(V3.3)治療計劃系統，MosaiQ放療專用網絡，PTW 30013 0.65 cm3指型電離室(經國家劑量科學研究院標定)，PTW UNIDOS Webline絕對劑量儀，配標準水箱，ScanDidos AB公司的Delta4三維劑量驗證系統。

1.2 Delta4的校準

Delta4三維劑量驗證系統由放置在22 cm×40 cm圓柱形模體中兩個正交的二維半導體探測器陣列組成，共有1 069個敏感面積為0.78 mm2的P型圓柱型半導體探頭，(有效)探測面積為20 cm×20 cm，中心6 cm×6 cm區域探頭間隔為5 mm，周圍探頭間隔為1 cm，可實現所有入射角度射線束截面的劑量測量。Delta4的校準分為4個部分，即參考點的測量、相對劑量的校準、方向性的校準和絕對劑量的校準，按照軟件提示的步驟執行，先后順序不可以改變。

1.3 治療計劃的選擇和驗證計劃的生成及導出

隨機選取11例鼻咽癌制定VMAT治療計劃。最小子野邊長為10 mm，控制點小于300。在治療計劃系統Monaco上將治療計劃移植到Delta4 QA驗證模體上，照射野中心置于模體的擺位中心點，計算治療計劃在驗證模體上的劑量分布(蒙卡算法，計算網格2 mm)。利用Dicom RT模塊將治療計劃和三維劑量分布導出至Delta4軟件數據庫。

1.4 不同分辨率模式劑量分布的測量

實施驗證前模體做好預熱準備，并對Delta4絕對劑量因子進行校準。原始組(origin group，OG)：通過MosaiQ網絡QA模式將治療計劃在Axesse直線加速器對驗證模體實施模擬照射，結束后對實測劑量分布與治療計劃系統計算所得劑量分布進行比較。高分辨率組(high resolution group，HRG)：選擇Delta4高分辨率測量模式，等中心Y軸方向的offset值分別取2.5 mm和5 mm，移動加速器治療床改變投照中心，二次測量后利用Delta4自帶的Merge功能合成得到相對高分辨率的實測劑量分布，與治療計劃系統計算所得劑量分布進行分析比較。其中offset為2.5 mm獲得中心6 cm×6 cm區域探頭間隔為2.5 mm的實測數據，如圖1a所示；offset為5 mm獲得整個20 cm×20 cm探測區域探頭間隔為5 mm的實測數據，如圖1b所示。

a中offset=2.5 mm； b中offset=5 mm

圖1 高分辨率模式實測劑量分布示意圖

Fig 1 The sketch map of measured dose distribution with high-resolution mode

1.5 實測劑量分布與計算劑量分布的統計學分析

分別通過γ分析法對實測劑量分布與計算劑量分布進行比較。其中，位移偏差(Δdm)和劑量偏差(ΔDm)通過標準分別取3 mm、3%，范圍取10%等劑量曲線(最大劑量點為100%)所包含的區域，γ(rm)≤1為通過。

利用軟件SPSS 18.0對3組實測數據進行統計學分析，計量資料以均數±標準差表示，兩組高分辨率數據的γ通過率分別與原始測量數據的γ通過率行配對樣本的t檢驗，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 離軸劑量曲線的比較

隨機取主探測器陣列長軸不同測量方法同一坐標值的離軸劑量曲線。某例患者3種不同測量方式獲得的劑量分布如圖2所示，其中實線為治療計劃系統計算所得，每個小圓點對應每個實測點。未做任何處理的原始離軸劑量曲線如圖2a所示；offset 2.5 mm合并后的離軸劑量曲線如圖2b所示；offset 5 mm合并后的離軸劑量曲線如圖2c所示。

課程對指標點達成度=權重系數×樣本中與該畢業要求指標點對應課程的相關試題平均分/樣本中與該畢業要求指標點對應課程的相關試題滿分。

a

b

c

a.原始分辨率組； b.高分辨率組，其中offset=2.5 mm； c.高分辨率組，其中offset=5 mm

圖2 某例患者3種不同測量方式獲得的劑量分布圖

Fig 2 The diagram of a patient’s dose distribution in three different measurements

圖2a為OG，沒有對實測劑量分布做任何處理，由圖可見，中間6 cm的區域測量點較密集，間隔5 mm，并且左側的邊緣仍處于高劑量測量區，說明探測器陣列并沒有完全涵蓋計劃的整個投照區域，存在一部分計劃沒有獲得實測劑量；圖2b為高分辨HRG，由offset為2.5 mm組和OG利用Merge功能合成得到，由圖可見，中間6 cm區域測量點非常密集，間隔2.5 mm，其余部分間隔為2.5 mm和7.5 mm交替，測量點較OG增多1倍；圖2c為HRG，由offset為5 mm組和OG利用Merge功能合成得到，由圖可見，整個測量區域測量點間距相等均為5 mm，外周(除中心6 cm×6 cm區域)區域測量點增加1倍。

2.2 劑量驗證γ分析法通過率的統計學分析結果

劑量學驗證統計結果(表1)發現，11例患者的治療計劃劑量驗證γ通過率均大于98%，遠優于臨床治療要求的標準90%。OGγ分析方法的通過率均值99.518%高于兩個HRG的均值99.446%(HRG:2.5 mm)和均值99.409%(HRG:5 mm)，其中，HRG offset為5 mm的通過率較2.5 mm的稍低。將HRG與OG的劑量驗證通過率行配對樣本的t檢驗，由表1可見，兩組統計學分析的P值均大于0.05，差異無統計學意義。當把γ分析法的Δdm和ΔDm通過標準分別取2 mm、2%時，3組的通過率均有不同程度下降，均值分別為OG為94.804%，offset為2.5 mm的HRG為95.116%，offset為5 mm的HRG為95.488%。其中OG下降最大，為4.714%，offset為5 mm的HRG最小，為3.921%。3組行單因素方差分析，P=0.883。

表1 劑量驗證γ分析法的通過率(%)

Tab 1 The passing-rate of dose verification by γ -analysis(%)

a HRG(2.5 mm)vsOG； b HRG(5 mm)vsOG

3 討 論

VMAT作為目前最先進的放射治療技術有著腫瘤靶區劑量分布高度適形、治療速度快等特點，在放射治療中的應用越來越廣泛[6-8]。VMAT治療計劃多葉光柵控制點數量多，子野間切換速度快，得到的劑量分布復雜，劑量變化梯度大，對加速器照射劑量的準確性要求較高，考慮到還存在如治療計劃系統劑量計算精度等許多影響因素，治療前的劑量驗證是確保放射治療準確實施的關鍵步驟。只有實測的劑量分布與計劃系統計算的劑量分布符合臨床要求標準，才可以對患者進行實際的治療。VMAT放療過程中直線加速器機架處于不同角度，重力會對多葉準直器的葉片到位精度產生影響，地磁場會對加速器劑量系統產生影響，在Delta4劑量驗證測量過程中這些都會得到體現。有研究[9]證明,Delta4三維劑量驗證系統能滿足VMAT放射治療的劑量驗證，是理想的三維驗證工具。

本研究選取鼻咽癌[10]VMAT計劃驗證Delta4分辨率模式對通過率的影響有兩點考慮：首先，鼻咽癌靶區長度一般在20 cm左右，能夠對Delta4探測器陣列進行比較好的覆蓋照射；其次，鼻咽部的馬蹄形靶區與脊髓、腦干、腮腺之間的劑量下降梯度幅度較大，可以很好地代表VMAT計劃的劑量分布特點。本研究利用Delta4的Merge功能對11例鼻咽癌患者的VMAT計劃進行了3種不同分辨率模式下的劑量驗證，實測結果與治療計劃系統計算結果顯示出較好的一致性，平均γ通過率均大于98%。兩組高分辨率模式的γ通過率較OG略有下降，但差異無統計學意義。分析原因可能為3%/3 mm的劑量驗證通過標準設定過于寬松，導致過高的γ分析通過率所致，但當把劑量驗證通過標準更改為2%/2 mm時，OG和HRG通過率均有不同程度下降，差異亦無統計學意義。其中HRG offset為5 mm的γ通過率較offset為2.5 mm的稍低，分析原因可能為前者的整個測量區域測量點間距相等且均為5 mm，使劑量驗證的大部分范圍的測量分辨率較后者高所致。

Robar等[11]一致認為進行二維劑量驗證的探測器需要較高的空間分辨率，以保證數據采樣的準確性。根據采樣定理[12]，當采樣頻率fs大于信號中最高頻率fmax的2倍時(fs≥2 fmax)，則采樣之后的數字信號能夠完整地保留原始信號中的信息。即如果給定了采樣頻率fs，那么能夠保證采樣不發生畸變的最大頻率fmax是確定的。加速器實際投照劑量分布的最大頻率與治療計劃設計中最小子野邊長和控制點數量相關，最小子野邊長越小，控制點數量越多，最大頻率越高。本研究最小子野邊長為10 mm，控制點小于300，最大頻率取值被相對固定在一個區間內。鑒于Delta4探測器陣列空間分辨率理論上無法達到膠片精度，為確保在劑量梯度較大區域γ值計算的精確性，對高劑量梯度區域劑量分布驗證需要給予進一步分析。利用Delta4高分辨率模式的Merge功能可以獲取更多的劑量測量點參與劑量比較，如offset為2.5 mm，劑量測量點可以增加1倍，達到2 138個測量點，中間分辨率高達2.5 mm，使驗證結果更加真實可靠。膠片常被用作調強劑量驗證的金標準，膠片法可快速獲得二維黑度分布，根據光學密度-劑量(OD)曲線進一步轉化成劑量分布，具有分辨率高、二維成像的特點，但在具體工作中存在處理和數據讀取工作費時費力，不能進行實時驗證，且易受各種因素的影響，使驗證結果的準確性有所折扣等缺點。有鑒于此，Delta4高分辨率模式通過增加測量點，提高測量分辨率，可以在一般情況下替代傳統膠片驗證。需要強調的是，可以利用Delta4高分辨率模式將測量范圍得到拓展，如位移值取90 mm可使測量長度增加到29 cm，使測量范圍增加近50%，這一功能是膠片所不具備的。

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Application of Delta4 with high resolution mode in VMAT dose verification

LI Jin-kai，WANG Pei-pei，LI Cai-hong，SUN Xin-chen

(DepartmentofRadiationOncology，theFirstAffiliatedHospital，NanjingMedicalUniversity,Nanjing210029，China)

Objective: To study the impact of spatial resolution of measurement on Gamma rate in the dose verification through the Delta4 high resolution mode. Methods: 11 volume modulated arc therapy (VMAT)treatment plans of nasopharyngeal carcinoma were randomly chosen， and 3 groups of measured dose distribution with different resolution for each patient， including a original resolution group and two high resolution groups (offset=2.5 mm and offset=5 mm)， were obtained by Delta4 using the Merge function. In addition， the pairedt-test with SPSS software was applied for the three groups of data. Results: The number of measured dose points of the two high resolution groups increased in different degrees， compared with the original resolution group; the Gamma rate of the high resolution group with 5 mm offset was slightly lower than that of the group with 2.5 mm offset， besides， the Gamma rates of both high resoulution groups were lower than that of the original resolution group， which had no significant difference. Conclusion: More measured dose points can be accessed by the Merge function of Delta4 to obtain more reliable dose verification results， furthermore， the traditional film can be replaced in dose verification under general conditions．

volume modulated arc therapy; quality assurance; dose verification; Delta4; three-dimensional dosimetry verification

2014-12-26

2015-03-18

李金凱(1983-)，男，山東臨沂人，主管技師，主要從事腫瘤放射物理學的研究。E-mail:lijinkai1028@163.com

孫新臣 E-mail:13770662828@163.com

李金凱,王沛沛,李彩虹,等.Delta4高分辨率模式在VMAT劑量驗證中的應用[J].東南大學學報:醫學版,2015,34(4):593-597.

R739.63; R815

A

1671-6264(2015)04-0593-05

10.3969/j.issn.1671-6264.2015.04．020