ArcCHECK用于全腦全脊髓容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)驗(yàn)證的研究

姚升宇，陳旭明，趙國旗，許奕，陳廷鋒，王子杰，胡喆愷，劉勇

上海第一人民醫(yī)院 腫瘤放療科，上海 201620

引言

成人全腦全脊髓放療由于治療范圍較長，需要多個(gè)中心的射野銜接[1-2]。常規(guī)俯臥位三維適形計(jì)劃由于射野銜接困難，很容易造成劑量冷熱點(diǎn)。而容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）多中心全腦全脊髓放療技術(shù)既可以解決劑量冷熱點(diǎn)的問題，使銜接處劑量均勻，又比調(diào)強(qiáng)[3]和螺旋斷層技術(shù)[4]治療時(shí)間更短、更高效，能提高患者的舒適度[5-7]，所以許多單位正在開展這項(xiàng)技術(shù)。

但是由于全腦全脊髓治療范圍較長，目前沒有三維劑量驗(yàn)證設(shè)備可以驗(yàn)證這么長的靶區(qū)，IBA的COMPASS測量范圍為24 cm×24 cm[8-9]，PTW的OCTAVIUS 4D測量范圍為27 cm×27 cm[10-11]，而全腦全脊髓的一個(gè)射野長度往往就會(huì)超過30 cm，所以這些測量設(shè)備無法驗(yàn)證整個(gè)計(jì)劃，并且以上設(shè)備只能驗(yàn)證一個(gè)中心的計(jì)劃而不能驗(yàn)證不同中心的射野疊加的計(jì)劃，所以對射野銜接處的劑量無法驗(yàn)證。而Sunnuclear公司的ArcCHECK旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)三維劑量驗(yàn)證設(shè)備具有Merge功能，可以通過測量設(shè)備的位置變換及劑量融合算法將驗(yàn)證范圍擴(kuò)大至36 cm，使得射野重疊處的劑量也能得到驗(yàn)證[12]。所以本研究將ArcCHECK用于成人全腦全脊髓計(jì)劃的驗(yàn)證，重點(diǎn)觀察計(jì)劃射野重疊區(qū)的驗(yàn)證結(jié)果，為計(jì)劃能安全實(shí)施到病人身上提供保障。

1 材料與方法

ArcCHECK是Sun Nuclear公司針對VMAT驗(yàn)證專門推出的一款圓筒狀的半導(dǎo)體劑量驗(yàn)證工具[13-14]，通過測量旋轉(zhuǎn)治療時(shí)射野照射在ArcCHECK上的劑量與計(jì)劃劑量相比來分析實(shí)際照射與計(jì)劃劑量之間的差距，并且可以通過測得的劑量經(jīng)過3DVH軟件逆向計(jì)算獲得病人體內(nèi)的劑量分布，從而獲得劑量體積直方圖（Dose Volume Histogram，DVH），來分析各個(gè)器官與靶區(qū)的實(shí)際受照劑量，為臨床提供參考[15-16]。1386個(gè)SunPoint半導(dǎo)體探頭呈螺旋狀分布于圓筒內(nèi)2.9 cm深度處，形成一個(gè)直徑21 cm、長度21 cm的測量范圍。但是由于全身放療的靶區(qū)較長，ArcCHECK模體的單次最長測量距離20 cm，無法測量多中心的劑量疊加，所以實(shí)際測量時(shí)需在一個(gè)中心的劑量測量完畢后，將ArcCHECK按規(guī)定旋轉(zhuǎn)180°，繼續(xù)測量另一個(gè)中心的計(jì)劃，然后用ArcCHECK的Merge功能將兩次計(jì)劃進(jìn)行合并，得到不同中心計(jì)劃的疊加劑量，通過這種方法可將驗(yàn)證范圍延長至36 cm，從而來驗(yàn)證長靶區(qū)及計(jì)劃疊加的通過率。具體操作，見圖1。

圖1 ArcCHECK測量長靶區(qū)操作圖

驗(yàn)證前先對ArcCHECK陳列做校準(zhǔn)，獲得各個(gè)探測器的響應(yīng)系數(shù)，并對陣列進(jìn)行絕對劑量校準(zhǔn)，將半導(dǎo)體測得的相對劑量轉(zhuǎn)化為絕對劑量。

成人VMAT全腦全脊髓放療計(jì)劃采用俯臥位，分3個(gè)中心，頭部和頸部共用一個(gè)中心，胸部、腹盆各一個(gè)中心，每個(gè)中心射野長軸方向長度小于32 cm，單個(gè)方向長度小于16 cm。本研究的治療機(jī)器為Varian IX,計(jì)劃系統(tǒng)為Eclipse 10.0，采用VMAT技術(shù)，每個(gè)部位兩個(gè)弧，頭部射野從130o～230o交替旋轉(zhuǎn)，其他部位照射弧旋轉(zhuǎn)角度一致，從310o～50o交替旋轉(zhuǎn)。相鄰照射部位射野之間重疊2 cm，使得優(yōu)化時(shí)就考慮劑量重疊，避免冷熱點(diǎn)出現(xiàn)。由于頭部和頸部共用一個(gè)中心，所以射野交疊在中心處，其他部位之間射野則交疊在邊緣處。6個(gè)病人的靶區(qū)長度分別為85.6、82.3、78.3、83.3、77.4、81.4 cm。

驗(yàn)證前將6例VMAT全腦全脊髓的患者計(jì)劃移植到ArcCHECK虛擬模體中進(jìn)行計(jì)算，同樣將整個(gè)計(jì)劃分三個(gè)中心分別驗(yàn)證，因?yàn)轵?yàn)證范圍可達(dá)36 cm，所以每次驗(yàn)證都能對每個(gè)中心的射野及相鄰射野間重疊區(qū)域進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果采用γ分析[17]，采用絕對劑量（AD，DTA）模式，以3 mm/3%為標(biāo)準(zhǔn)，將10%劑量以下不作為統(tǒng)計(jì)區(qū)域。統(tǒng)計(jì)各個(gè)中心計(jì)劃的γ驗(yàn)證通過率，比較測量結(jié)果與計(jì)劃結(jié)果的劑量分布，并對射野重疊區(qū)域驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行重點(diǎn)觀察。由于目前無法將三個(gè)部位的驗(yàn)證結(jié)果合并為一個(gè)計(jì)劃，所以DVH的功能在此計(jì)劃中無法應(yīng)用。同時(shí)我們對實(shí)際絕對劑量也做了驗(yàn)證，用PTW 31010，有效靈敏體積為0.125 cm3，將電離室插入ArcCHECK模體中心，對計(jì)劃劑量與實(shí)際測量劑量進(jìn)行比較。

2 結(jié)果

對6個(gè)VMAT全腦全脊髓放療的計(jì)劃驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，三個(gè)中心的計(jì)劃驗(yàn)證通過率都在96.4%以上，說明測量結(jié)果和計(jì)劃結(jié)果有著較好的一致性。6個(gè)計(jì)劃三個(gè)中心驗(yàn)證的通過率分別為頭頸99.1%±0.8%、胸97.5%±1.1%、腹盆98.8%±0.6%。

對測量結(jié)果與計(jì)劃結(jié)果的劑量分布也進(jìn)行了分析，頭頸中心的計(jì)劃驗(yàn)證劑量比較圖，見圖2；胸部中心計(jì)劃的劑量比較圖，見圖3；腹盆中心計(jì)劃的劑量比較圖，見圖4。

圖2 頭頸射野計(jì)劃驗(yàn)證比較圖

從各個(gè)圖中可以看出，各個(gè)部位的測量結(jié)果劑量分布與計(jì)劃結(jié)果劑量分布有著良好的一致性，驗(yàn)證不通過的點(diǎn)（藍(lán)點(diǎn)和紅點(diǎn)，藍(lán)點(diǎn)是測量結(jié)果低于計(jì)劃結(jié)果且不通過，紅點(diǎn)是測量結(jié)果大于計(jì)劃結(jié)果且不通過）很少。在射野疊加區(qū)域內(nèi)（圖中紅框區(qū)域?yàn)樯湟隘B加區(qū)），計(jì)劃結(jié)果和驗(yàn)證結(jié)果比較差異不大，很少有不通過的測量點(diǎn)，說明計(jì)劃系統(tǒng)在處理射野疊加時(shí)有著很高的計(jì)算精度，計(jì)算結(jié)果是可信的。通過ArcCHECK對全腦全脊髓整個(gè)射野的驗(yàn)證結(jié)果表明，計(jì)劃結(jié)果有著很高的驗(yàn)證通過率，計(jì)算結(jié)果十分精確，為計(jì)劃能安全地實(shí)施到病人身上提供了可靠的依據(jù)。

絕對劑量測量結(jié)果統(tǒng)計(jì)，見表1。誤差統(tǒng)計(jì)公式為error=(測量值-計(jì)劃值)/測量值100%。

我們分別對6個(gè)病人三個(gè)不同部位都做了驗(yàn)證，計(jì)算計(jì)劃劑量和實(shí)測劑量之間的差異從-1.7%到1.5%，都在誤差允許范圍內(nèi)。

表1 絕對劑量測量值與計(jì)劃值比較表（%）

3 討論

計(jì)劃驗(yàn)證是保證患者能夠精確安全地接受治療方案的重要保障，隨著放療新技術(shù)的發(fā)展，放療計(jì)劃質(zhì)量日益提高，但是技術(shù)變得愈加復(fù)雜，所以在治療計(jì)劃實(shí)施到病人身上之前，必須對放療計(jì)劃進(jìn)行驗(yàn)證。IMRT、VMAT或TOMO技術(shù)用于治療全腦全脊髓之后，劑量分布有了很大的改善，副反應(yīng)也降低了很多[18]。但是，這些技術(shù)比三維適形計(jì)劃要復(fù)雜得多，因此，在對患者進(jìn)行治療之前，計(jì)劃需要驗(yàn)證。成人全腦全脊髓計(jì)劃的劑量驗(yàn)證一直是驗(yàn)證難題，因?yàn)榘袇^(qū)長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了驗(yàn)證設(shè)備的測量范圍，而且對不同射野間劑量疊加區(qū)域無法驗(yàn)證。VMAT全腦全脊柱方案的完整治療長度可以超過70 cm，目前沒有一個(gè)驗(yàn)證設(shè)備可以達(dá)到這個(gè)驗(yàn)證長度。所以我們需要一個(gè)可以擴(kuò)展驗(yàn)證長度的驗(yàn)證裝置來驗(yàn)證全腦全脊髓長靶區(qū)計(jì)劃。

圖3 胸部射野計(jì)劃驗(yàn)證比較圖

圖4 腹盆射野計(jì)劃驗(yàn)證比較圖

本文運(yùn)用ArcCHECK對驗(yàn)證范圍進(jìn)行了延長，使得能夠同時(shí)驗(yàn)證整個(gè)靶區(qū)的劑量以及射野交疊處的劑量分布。ArcCHECK的Merge功能采用位置變換和劑量疊加使得驗(yàn)證范圍延長至36 cm，這樣就使得單次驗(yàn)證就能包括一個(gè)中心的全部射野及相鄰射野疊加區(qū)域，并且通過分部位驗(yàn)證使得整個(gè)計(jì)劃范圍都能得到驗(yàn)證，這樣就解決了長靶區(qū)的驗(yàn)證難題。通過我們對6個(gè)成人全腦全脊髓計(jì)劃的驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，各個(gè)部位的計(jì)劃都有著較高的驗(yàn)證通過率，并且在射野重疊區(qū)域驗(yàn)證結(jié)果和計(jì)劃結(jié)果也有著很好的一致性，說明計(jì)劃在相鄰射野銜接的計(jì)算結(jié)果十分精確，絕對劑量驗(yàn)證結(jié)果也表明實(shí)測劑量與計(jì)劃劑量有著很好的一致性，這就確保了計(jì)劃在病人身上實(shí)施的安全性。

有研究表明，Delta4的最大測量長度可以擴(kuò)展到38 cm，也可以用來驗(yàn)證長靶區(qū)[19-21]。然而，Delta4所有的探測器都是兩排正交的半導(dǎo)體探測器，不能直接測量絕對劑量，需要經(jīng)過系數(shù)轉(zhuǎn)換，而且半導(dǎo)體對射線的方向比較敏感，不同射線方向半導(dǎo)體的響應(yīng)程度不同，需要對各個(gè)角度都進(jìn)行修正，當(dāng)射線方向與探測器平面平行時(shí)，該平面的探測器探測信號就會(huì)受影響，只有另外一排的探測器發(fā)揮作用。而且Delta4沒有電離室插槽，不能運(yùn)用電離室測量絕對劑量。ArcCHECK的半導(dǎo)體是螺旋分布的，使得任何角度都能接受劑量，不會(huì)有信號的丟失，且絕對劑量也可以通過在ArcCHECK中插入一個(gè)電離室來測量，可以同時(shí)測量劑量分布和絕對劑量。此外，ArcCHECK模體比Delta4輕得多，因此更容易設(shè)置。

雖然我們現(xiàn)在可以通過ArcCHECK驗(yàn)證長靶區(qū)的計(jì)劃，但是是通過分為三個(gè)部位分別驗(yàn)證然后合并，最長范圍也只有36 cm，驗(yàn)證過程還是比較復(fù)雜。我們將通過進(jìn)一步研究，將三個(gè)部位的劑量進(jìn)行整體合并，使得能夠觀察整個(gè)靶區(qū)的驗(yàn)證結(jié)果，從而能進(jìn)行靶區(qū)整體的三維驗(yàn)證。

4 結(jié)論

ArcCHECK能延長驗(yàn)證范圍，并且能同時(shí)測量計(jì)劃絕對劑量，使得成人全腦全脊髓VMAT計(jì)劃能夠得到整體的驗(yàn)證，可以在全腦全脊髓計(jì)劃及其他長靶區(qū)計(jì)劃驗(yàn)證中加以應(yīng)用。