準直器角度對宮頸癌計劃Portal Dosimetry劑量驗證的影響

時飛躍，王敏，秦偉，趙環宇，金洵

1. 南京醫科大學附屬南京醫院（南京市第一醫院） 腫瘤放療中心，江蘇 南京 210006；2. 南京醫科大學 醫學物理研究中心，江蘇 南京 210029；3. 南京中醫藥大學 第二臨床醫學院，江蘇 南京 210023

引言

宮頸癌是常見的婦科惡性腫瘤之一，在全球女性惡性腫瘤中的發病率僅次于乳腺癌，放射治療是宮頸癌最主要的治療方法之一，近年來調強放療（IMRT）在宮頸癌放射治療中的應用越來越廣泛[1-3]。宮頸癌的腫瘤靶區體積較大，形狀不規則，因此其照射野較大，采用的調強計劃照射野數目一般為7～9野[4-6]。隨著放療技術復雜程度的增加，對調強和容積旋轉調強放療計劃的劑量驗證越來越重要，以確保患者得到準確的劑量分布[7-10]。基于非晶硅電子射野影像裝置（a-Si EPID）的瓦里安Portal Dosimetry（PD）系統，由于其眾多優點，近年來越來越多地被用于固定野調強和容積旋轉調強放療計劃的劑量驗證中[11-14]。由于aSl000探測器在Y方向的有效探測長度為30 cm，因此PD驗證計劃射野在Y1或Y2方向的長度均不得大于15 cm，否則射線將照射到探測器外的線路板上，對a-Si EPID造成損傷。在實際工作中，遇到治療計劃射野Y1或Y2值大于或接近15 cm的情況，在制作PD驗證計劃時，常把準直器角度設置為90°，使長Y方向的射野照射到探測器的X方向上來，可以有效避免射線照射到探測器外。針對實際工作中的上述情況，本工作通過比較0°和90°兩種準直器角度的PD劑量驗證數據，探討準直器角度對宮頸癌計劃PD劑量驗證結果的影響，為評估PD劑量驗證結果提供有益的參考。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

選取2015年1月至2016年9月，我中心收治的24例宮頸癌患者的固定野IMRT治療計劃進行研究。

1.2 驗證計劃設計

使用瓦里安Eclipse 8.6治療計劃系統，選取每例宮頸癌IMRT治療計劃的機架角度為180°的射野（記為G180），制作兩個PD劑量驗證計劃，由PDIP算法計算得到計算（預測）劑量圖像。每例宮頸癌IMRT治療計劃，計算網格大小為2.5 mm，均采用7個射野，機架角度分別為 300°、260°、220°、180°、140°、100°和 60°。由于宮頸癌計劃的射野尺寸較大，因此G180射野在生成PD驗證計劃時自動分成兩個分野，分別記為G180_0和G180_1。兩個PD計劃射野的準直器（Collimator）角度分別為0°和90°，因此兩個PD驗證計劃的四個分射野分別記為：G180_0-C0、G180_1-C0、G180_0-C90 和 G180_1-C90。

1.3 驗證實施及Gamma分析

使用Clinac iX直線加速器及其aS1000型電子射野影像裝置（EPID），機架角度歸一至0°，操作加速器出束，執行48個PD驗證計劃，得到射野的測量劑量分布。執行結束后，使用PD軟件模塊分析劑量驗證結果，使用Gamma分析工具進行分析。根據Gamma分析的原理及放療劑量驗證中常用的Gamma分析參數設置[11-16]，分析參數設定為：距離符合度3 mm，標準劑量差異3%，劑量閾值10%。對射野的Gamma通過率值和平均Gamma值進行分析比較。

1.4 總射野的Gamma分析

對每個PD驗證計劃，導出分野G180_0和G180_1的DXF文件，考慮每個射野的MU值后，將每個射野的計算值和測量值的數據矩陣分別相加，得到總射野G180的計算值和測量值的DXF文件，再將兩類文件導入PD軟件模塊，從而對總射野G180進行Gamma分析，得到Gamma通過率值和平均Gamma值[13]。0°和90°準直器角度的總射野分別記為：G180-C0和G180-C90。

1.5 統計學分析

使用WPS表格進行統計學處理。采用配對t檢驗對兩種準直器角度的數據進行比較，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

兩個分野（G180_0、G180_1）和一個總射野（G180），兩種準直器角度（0°和90°），搭配組合共計得到有六組射野的劑量分布，每組有24個。圖1所示為某患者六組射野的劑量分布示意圖。

圖1 六組射野劑量分布示意圖

表1所示為六組射野Gamma通過率和平均Gamma值的統計數據。圖2所示為G180_0、G180_1和G180三種射野在0°和90°兩種準直器角度時的Gamma通過率值。圖3所示為三種射野在兩種準直器角度時的平均Gamma值。

使用配對t檢驗，對兩種準直器角度的Gamma通過率值和平均Gamma值進行比較，P＜0.05為有統計學差異。結果顯示，對Gamma通過率值，G180_0-C0和G180_0-C90的兩組數據有統計學差異；G180_1-C0和G180_1-C90兩組數據有統計學差異，且差異比較明顯；G180-C0和G180-C90沒有統計學差異（P=0.1593）。對平均 Gamma值，G180_0-C0和 G180_0-C90，G180_1-C0和G180_1-C90，G180-C0和G180-C90，兩兩比較均有統計學差異（P＜0.05）。

表1 Gamma通過率和平均Gamma值的統計數據（±s）

表1 Gamma通過率和平均Gamma值的統計數據（±s）

Gamma通過率 (%) 平均Gamma值G180_0-C0 99.06±0.68 0.37±0.03 G180_0-C90 98.61±0.68 0.41±0.03 G180_1-C0 98.51±0.94 0.30±0.02 G180_1-C90 99.88±0.09 0.23±0.02 G180-C0 96.28±1.66 0.39±0.03 G180-C90 96.58±1.37 0.37±0.02

圖2 兩種準直器角度的Gamma通過率的比較

圖3 兩種準直器角度的平均Gamma值的比較

3 討論

由圖1可見，根據象限來劃分，G180_0-C0的劑量主要分布在第二和第三象限，G180_1-C0的劑量主要分布在第一和第四象限，G180_0-C90的劑量主要分布在第三和第四象限，G180_1-C90的劑量主要分布在第一和第二象限。瓦里安EPID的aSl000型非晶硅平板探測器的有效探測范圍是30 cm×40 cm，像素矩陣768×1024，像素大小為0.39 mm×0.39 mm[14]。不同的象限對應了aS1000型探測器的不同部位。圖1所示的左右和上下方向分別為探測器的X和Y方向。本研究中，24個治療計劃中G180射野的X值和Y值（X方向和Y方向的鉛門大小）分別為：（19.3±1.4）cm和（20.4±1.5）cm；Y1和Y2值中，有7個值大于12.0 cm，有2個值大于13.0 cm（分別為13.3 cm和13.8 cm）。

由圖2及表1可見，對G180_0射野，準直器角度從0°旋轉到90°后，Gamma通過率值變小，但幅度不大，平均變化值在0.45%左右；對G180_1射野，準直器角度從0°旋轉到90°后，Gamma通過率值明顯變大，平均變化值在1.37%左右；對總射野G180，準直器角度從0°旋轉到90°后，Gamma通過率值雖有變化，但是沒有統計學差異。由圖3及表1可見，準直器角度從0°旋轉到90°后，G180_0、G180_1和G180三組射野的平均Gamma值，總體上分別變大、變小和變小，變化前后的兩組數據均有統計學差異，G180_1射野的變化最為明顯。比較兩種準直器角度情況下三種射野的Gamma通過率和平均Gamma值的數據可見，對宮頸癌計劃的PD劑量驗證，準直器角度對分射野的Gamma通過率和平均Gamma值的影響有統計學意義；準直器角度對總射野的Gamma通過率的影響沒有統計學意義，對總射野平均Gamma值的影響有統計學意義。比較G180_0和G180_1射野的數據可見，準直器角度對Gamma通過率的影響程度，與射野劑量分布的位置相關，這可能與EPID板下的支撐臂導致的非晶硅探測器的背散射有關（圖4）。

圖4 瓦里安a-Si EPID的探測器及支撐臂的位置

陳亞正等[17]研究了準直器角度對宮頸癌術后VMAT計劃的影響，提示應充分考慮準直器角度的因素來尋求更優質更有執行效率的治療計劃。孟慧鵬等[18]研究了準直器角度對二維電離室矩陣（OCTAVIUS Detector 729）調強驗證Gamma通過率的影響，結果表明不同的準直器角度對二維電離室矩陣調強驗證Gamma通過率有明顯的影響。上述研究表明，準直器角度對治療計劃的制作和計劃的劑量驗證都有一定的影響。本工作與孟慧鵬等[18]的研究有相似之處。本研究的數據，為物理師評估非零準直器角度射野的PD劑量驗證結果，提供了有益的參考。本研究也有不足之處，僅研究了本單位一臺加速器的情況，下一步應當對多個單位的多臺加速器及小射野的數據進行匯總分析比較，這樣得到的數據和結論更具有普遍參考意義。