多葉準直器葉片位置校準對胸部腫瘤IMRT計劃驗證的影響

張惠玲，許會軍，吳小良，李靜，陳曉芳，趙鵬，劉朝興，李鵬

石家莊市第一醫院 放療科，河北 石家莊 050011

引言

調強放射治療（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）目的是實現靶區高度適形，降低危及器官受量。IMRT 的實施是利用多葉準直器（Multi-Leaf Collimator，MLC）的運動將大照射野分割成多個子野，對每個子野給予不同的劑量權重，實現臨床需求的劑量分布。為了確保IMRT 劑量的準確性，需要日常檢測加速器MLC 的到位精度，多葉準直器的位置偏差是影響劑量驗證通過率的重要因素。Yan 等[1]報道MLC 2 mm 的系統誤差可以明顯降低IMRT 計劃的驗證通過率。王清鑫等[2]報道對于MLC 1 mm 以內的位置誤差，容積旋轉調強（Volume Rotation Intensity Modulated Arc Therapy Technique，VMAT）計劃驗證對其不敏感，但2 mm 的位置誤差影響驗證通過率。Mu等[3]在頭頸部IMRT 計劃中分別引入MLC 隨機誤差和系統誤差，發現MLC 的隨機誤差高達2 mm 時，對計劃的劑量影響不明顯，而MLC 的系統誤差對于簡單和復雜的IMRT 劑量影響較明顯，尤其對復雜IMRT 計劃更明顯。因此，減小MLC 系統誤差非常必要，有必要對MLC 的到位精度開展嚴格的質量保證工作。本文研究了MLC 的系統偏差對胸部IMRT 計劃驗證結果的影響，試圖通過三維半導體陣列Delta4 的驗證結果來分析MLC 的葉片到位情況。

1 材料與方法

1.1 材料

飛利浦Pinnacle39.10 治療計劃系統，Elekta Synergy 直線加速器，40 對內置多葉準直器（MLC），Elekta-iViewGT（EPID）、Auto Cal 軟件系統，瑞典ScandiDos Delta4 三維半導體劑量驗證系統。

1.2 計劃設計

本研究選取了9 例胸部腫瘤患者，其中肺癌5 例，胸腺瘤4 例IMRT 計劃。肺癌病例根據具體情況設計3～5 個射野，胸腺瘤病例均設計5 野計劃，所有計劃單個射野平均子野數小于10 個，最小子野面積為7～10 cm2，最小子野機器跳數為8 MU（表1）。

表1 9例胸部患者治療計劃信息

1.3 MLC位置誤差檢測

利用Elekta 的EPID 配合AutoCAL 軟件自動校準MLC的位置偏差，Shameem[4]發現AutoCAL 能夠快捷、準確地用于MLC 的日常QA，且檢測精度高于膠片。EPID 的探測器尺寸為0.4 mm，檢測時，輻射源到探測器的距離為160 cm（SSD=160 cm），AutoCAL 軟件將測到的圖像自動縮為SSD=100 cm 時的比例分析，且此時探測精度達到0.25 mm。檢測內容主要包括：射束輻射中心、機械中心、光射野重合性、MLC 葉片的高度、葉片側向平行度以及葉片的整體到位精度等。按照軟件的檢測提示發現A、B 方向葉片的整體偏差分別為-1.26 mm 和-1.42 mm。

1.4 劑量驗證

Delta4 采用了2 塊交叉的半導體探測器陣列，共含有1069 個敏感面積為0.78 mm2的P 型圓柱型半導體探測器，每塊探測板的面積為20 cm×20 cm，位于直徑為22 cm，長度為40 cm 的圓柱形有機玻璃體模中，中心6 cm×6 cm范圍內，探頭間隔5 mm，其他范圍的探頭間距10 mm。使用Delta4 之前，在加速器上對其進行參考劑量、相對劑量、絕對劑量和方向性刻度。

1.4.1 開野驗證

加速器機架0°，10 cm×10 cm 開野，應用Delta4 模體對比分析調整MLC 前、后的結果。

1.4.2 計劃驗證

將9 例患者的治療計劃移植到Delta4 模體上，再次計算模體上計劃的劑量分布，通過網絡傳至Delta4 劑量驗證系統。

1.4.3 數據采集

應用Delta4 Gamma 通過率分析軟件，比較Delta4 的測量和計算的結果，Gamma 分析法分別選擇劑量差別（Dose deviation，DD）、距 離 符 合 度（Distance to agreement，DTA）及Gamma 通過率2%/2 mm、3%/3 mm、4%/4 mm的標準，對比分析MLC 校準前、后的劑量驗證結果。

1.5 統計學分析

采用SPSS 17.0 軟件對IMRT 劑量驗證結果行單樣本t檢驗，對MLC 校準前、后的結果進行配對t 檢驗，P＜0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 開野測量結果

圖1 中，MLC 校準前，加速器機架0°，10 cm×10 cm開野通量圖1a 上顯示，B 方向存在劑量較低區域（藍色點示），統計圖上該區域分布在-10%以外（圖1b 黃色柱狀示）；MLC 校準后，從通量圖1c 和統計圖1d 上明顯沒有劑量較低區域。

圖1 MLC校準前、后10 cm×10 cm開野比較

2.2 計劃測量結果

9 例胸部患者IMRT 計劃MLC 校準前和校準后的2%、3%、4%DD 分別為（39.08±14.13）%和（58.37±10.55）%、（55.18±14.5）%和（77.17±10.62）%、（69.46±11.45）%和（86.73±7.74）%（表2）；2、3、4 mm DTA 分 別 為（65.53±12.64）%和（88.39±6.94）%、（86.72±6.41）%和（97.07±2.47）%、（96.00±2.89）%和（99.48±0.89）%（表3）；2%/2 mm、3%/3 mm、4%/4 mm Gamma 通過率分別為（62.89±14.33）%和（82.42±9.38）%、（84.49±11.61）%和（95.07±5.6）%、（95.53±4.49）%和（98.39±2.59）%（表4）。

表2 MLC調整前、后劑量差別（DD，%）

表3 MLC調整前、后距離符合度（DTA，%）

表4 MLC調整前、后Gamma通過率（%）

2.3 校準前、后平均通過率的變化

DD、DTA、Gamma 通過率三種方法對于MLC 校準前、后的平均通過率變化如下：應用DD2%、3%、4%標準時，校準前、后平均通過率分別增加了19.29%、21.99%、17.27%；DTA 2 mm、3 mm、4 mm 標 準 時，分別增加了22.86%、10.35%、3.48%；Gamma 通過率為2%/2 mm、3%/3 mm、4%/4 mm 標準時，分別增加了19.53%、10.58%、2.86%。三種標準中，隨著評價指標的增大，平均通過率的變化減小，從中可以發現2%/2 mm評價指標比4%/4 mm 評價指標平均通過率變化更大，即對MLC 的校準更敏感，更容易發現MLC 的位置誤差。

3 討論

IMRT 技術要求MLC 葉片具有到位精確、長期的運動重復性良好，一旦MLC 有了到位誤差，直接影響患者吸收劑量的準確性。MLC 到位偏差的測量依賴于調強的模式、射野的機架角度以及直線加速器的特性等[5]，因此加速器質控時，應對MLC 的到位精度進行嚴格的質量保證工作[6-8]。筆者有一段時間在使用Delta4 對治療計劃劑量驗證時發現驗證結果普遍較低，10 cm×10 cm 的開野提示加速器B 方向劑量偏低，于是又使用加速器自帶的EPID 和AutoCAL 軟件檢測MLC 的到位精度，發現B 方向的偏差達到1.42 mm。

Mu 等[3]在文章中指出MLC 位置偏差有隨機偏差和系統偏差兩種，隨機偏差源于機械的不確定性、馬達動力不足[6]、重力對部分角度葉片的影響；系統偏差是由葉片序列校準偏差、光射野不一致性、半影等因素[9-11]引起。游濤等[12]在文章中人為設計MLC 的系統偏差將其引入到前列腺癌IMRT 計劃中，發現其劑量分布與原計劃相比會產生明顯的劑量偏差，并且偏差隨著MLC 系統偏差的增大而增大，從而導致腫瘤靶區劑量的嚴重偏差。王猛[13]將MLC 的偏差引入到鼻咽癌IMRT 計劃中，發現Octavius4D三維驗證系統對MLC 誤差較敏感。分析原因是由于，三維劑量驗證系統的測量方式在劑量驗證時，機架采用實際角度，測量結果考慮了重力因素對MLC 的影響，充分暴露了MLC 的位置偏差，而二維驗證系統機架角度歸零，測量結果隱藏了重力對MLC 的影響。因此，同樣的病例、同樣的評價標準三維驗證系統的測量結果往往低于二維驗證設備的結果[14-15]。

本文針對MLC 的位置誤差，對比分析了校準MLC 前、后的10 cm×10 cm 開野和9 例胸部IMRT 劑量驗證結果。校準前10 cm×10 cm 開野的數據統計圖1b 上黃色柱狀顯示有一部分數據分布在-10%以外，劑量偏低較多，此數據對應通量圖1a 的藍色點狀區域，分析得出加速器B 方向的測量數據較計劃數據偏低較大，而校準后的開野中此現象明顯消失，因此，開野的驗證結果提示加速器B 方向的MLC 葉片有位置偏差。為了進一步驗證此結論，筆者選擇了9 例胸部計劃進行劑量驗證分析。計劃（表1）采用3～5野靜態調強，子野個數不多，計劃較簡單，但是未校準MLC 時的3%/3 mm Gamma 通過率普遍低于90%，結合前面開野結果的分析，筆者分別采用了DD、DTA、Gamma通過率三種方法對比分析了MLC 校準前、后的驗證結果，表2 和表3 的DD 和DTA 結果顯示，校準前、后對比差異具有統計學意義，而在表4 中2%/2 mm Gamma 評價標準時校準前、后P=0.005，3%/3 mm 和4%/4 mm 標準時，P值均大于0.05，差異不具有統計學意義，即當Gamma 分析方法選擇2%/2 mm 時可以發現MLC 位置誤差，當放寬分析標準后，3%/3 mm 和4%/4 mm 均不能夠發現此誤差。筆者還對比了MLC 校準前、后平均通過率的變化，明顯發現當評價標準放寬后，通過率差異變小，即對于MLC 的位置偏差更不敏感。

綜上所述，MLC 的系統偏差明顯影響Delta4 IMRT 驗證結果，調強放療MLC 的葉片位置精度直接影響計劃驗證的Gamma 通過率，IMRT 計劃驗證通過率下降時應考慮檢測MLC 的葉片位置精度。