3DVH 聯(lián)合ArcCheck 在前列腺癌容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃劑量驗(yàn)證中的應(yīng)用

廖志春，胡項(xiàng)英，賀亞迪，羅翼

廣西壯族自治區(qū)柳州市中醫(yī)醫(yī)院腫瘤科放療中心 （廣西柳州 545000）

近年來，前列腺癌的發(fā)病率不斷增長(zhǎng)，成為一種常見的惡性腫瘤。臨床上，放射治療是當(dāng)前治療前列腺癌患者的一種主要手段。隨著放射治療技術(shù)的飛速發(fā)展，容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療（volumetric modulated arc therapy，VMAT）逐步成為一種主流的放射治療技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于前列腺癌患者的臨床放射治療中。VMAT 作為一種最新的調(diào)強(qiáng)技術(shù)，在照射過程中機(jī)架以非勻速旋轉(zhuǎn)，形成一個(gè)或多個(gè)弧，同時(shí)多葉準(zhǔn)直器（multileaf collimator，MLC）和劑量率不斷變化，可以極大地提高照射效率，更高效地滿足靶區(qū)劑量要求[1-2]。但是，VMAT 在治療過程中，加速器MLC 子野的形狀、劑量率、機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度等多參數(shù)均在變化，所以對(duì)質(zhì)量保證（quality assurance，QA）和質(zhì)量控制（quality control，QC）提出了更高的要求。根據(jù)已有的研究報(bào)道，目前用于VMAT 計(jì)劃劑量驗(yàn)證的設(shè)備主 要 有ArcCheck[3]、Delta-4[4]和COMPASS[5]等。Delta-4、COMPASS 只能提供單個(gè)點(diǎn)和平面的劑量信息。ArcCheck 雖然是一種三維劑量驗(yàn)證系統(tǒng)，但只能得到γ 通過率，某些情況下即使γ 通過率＞95%，未通過的點(diǎn)落在重要器官上也會(huì)造成較大的劑量誤差，這對(duì)于VMAT 劑量驗(yàn)證而言不夠精確；相反，在γ 通過率＜95%時(shí)，只要?jiǎng)┝繜狳c(diǎn)和冷點(diǎn)分別在靶區(qū)和危及器官，這樣的計(jì)劃在一定程度上也是可以通過的。因此，本研究探討3DVH 聯(lián)合ArcCheck[6]在前列腺癌容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃劑量驗(yàn)證中的應(yīng)用價(jià)值，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 CT 圖像資料

隨機(jī)選取2017年8月至2018年8月于我院行VMAT 治療的前列腺癌患者18例，均取仰臥位，憋尿使膀胱充盈以減少正常器官小腸照射量，使用科萊瑞迪熱塑體膜進(jìn)行體位固定，使用Philips Briliance 大孔徑CT 模擬機(jī)，配備外置lap 激光燈進(jìn)行CT 模擬定位，掃描層厚為3 mm；將掃描得到的CT 影像通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至Monaco 計(jì)劃系統(tǒng)（版本5.11.01），所有計(jì)劃由兩名高年資醫(yī)師根據(jù)MRI 等相關(guān)影像資料勾畫出腫瘤靶區(qū)（gross tumor volume，GTV）、臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV）、計(jì)劃靶區(qū)（planned target volume，PTV）和危及器官，然后由一名中級(jí)物理師采用單弧VMAT 計(jì)劃完成18例患者的治療計(jì)劃設(shè)計(jì)。

1.2 設(shè)備材料

直線加速器為瑞典醫(yī)科達(dá)公司的Synergy；計(jì)劃系統(tǒng)采用Monaco5.11.01治療計(jì)劃系統(tǒng)；標(biāo)定加速器采用的劑量?jī)x為Sun Nuclear 公司 0.6cc 指形電離室（型號(hào)SNC600CCTM）；驗(yàn)證設(shè)備采用美國(guó)Sun Nuclear 公司的ArcCheck 驗(yàn)證模體，該模體是圓柱形，一共1 386個(gè)高精度探頭螺旋式分布于內(nèi)部，相鄰探頭間距為1 cm；ArcCheck 配套三維劑量計(jì)算軟件SNC patient 6.1，能夠顯示測(cè)量得到的絕對(duì)劑量及相對(duì)劑量γ 通過率，并且能夠和計(jì)劃系統(tǒng)的計(jì)算劑量進(jìn)行對(duì)比；3DVH 軟件的版本為3.3.1，可以重建靶區(qū)和危及器官劑量分布，比較和分析出具體到每個(gè)位置甚至是每個(gè)點(diǎn)的計(jì)劃系統(tǒng)理論計(jì)算劑量和實(shí)際測(cè)量劑量的差異。

1.3 ArcCheck 儀器校準(zhǔn)

根據(jù) Sun Nuclear 公司官方技術(shù)手冊(cè)的校準(zhǔn)步驟，對(duì)ArcCheck 模體分別進(jìn)行本底校準(zhǔn)、矩陣校準(zhǔn)和絕對(duì)劑量校準(zhǔn)。

1.3.1 本底校準(zhǔn)

在收集本底前，應(yīng)將ArcCheck 放置在無射線輻射的環(huán)境中，以確保本底校準(zhǔn)正確完成；連接ArcCheck 與專用測(cè)量電腦，打開SNC patient 6.1軟件，其自動(dòng)對(duì)ArcCheck 進(jìn)行時(shí)長(zhǎng)30 s 的本底收集，獲取每一個(gè)探測(cè)器的本底因子。

1.3.2 矩陣校準(zhǔn)

矩陣校準(zhǔn)的目的是對(duì)ArcCheck 的1 386個(gè)探測(cè)器靈敏度進(jìn)行校準(zhǔn)歸一，射野的大小設(shè)置為X=20 cm，Y=27 cm，將模體的等中心對(duì)準(zhǔn)激光燈及光野十字中心完成擺位，每次出束200 MU；按技術(shù)手冊(cè)提供的校準(zhǔn)步驟，依次對(duì)多個(gè)角度照射采集數(shù)據(jù)，即可完成ArcCheck 的矩陣校準(zhǔn)。

1.3.3 絕對(duì)劑量校準(zhǔn)

絕對(duì)劑量校準(zhǔn)的作用是將ArcCheck 所測(cè)量到的相對(duì)劑量值換算成絕對(duì)劑量值。ArcCheck 模體內(nèi)的探頭到表面的深度為2.9 cm，按Sun Nuclear 官方數(shù)據(jù)換算后等效于3.3 cm 水深，首先將3.3 cm 的水模體，在源探測(cè)器距（source to detector distance，SDD）=85 cm 處擺體，加速器出束100 MU，電離室測(cè)出3.3 cm 深處的絕對(duì)劑量，然后將ArcCheck 模體和固體水相同的方式擺位，對(duì)ArcCheck 出束100 MU，將固體水模體中電離室測(cè)到的絕對(duì)劑量數(shù)值輸入軟件即可完成對(duì) ArcCheck 絕對(duì)劑量的校準(zhǔn)。

1.4 驗(yàn)證方法

將18例患者通過臨床劑量要求的計(jì)劃在ArcCheck 模體上分別進(jìn)行計(jì)算，得到計(jì)劃劑量分布文件；然后，每例患者用ArcCheck 測(cè)量得到劑量分布文件，使用γ 分析方法，計(jì)算閾值為3%、3 mm、10%時(shí)，得到相對(duì)劑量和絕對(duì)劑量的γ 通過率；最后，將測(cè)量劑量分布和計(jì)算得到的劑量分布分別傳輸至3DVH Version3.3.1軟件系統(tǒng)中，比較靶區(qū)和危及器官的實(shí)際測(cè)量值和理論計(jì)算值之間的差異，得出加速器在執(zhí)行計(jì)劃過程中產(chǎn)生的實(shí)際誤差，再運(yùn)用3DVH將此誤差反算至計(jì)算計(jì)劃中，計(jì)算出靶區(qū)和危及器官的劑量分布，得到實(shí)際執(zhí)行時(shí)的靶區(qū)和危及器官的劑量分布圖，比較計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算劑量和3DVH 重新計(jì)算劑量分布的差異，得到劑量偏差百分比=（3DVH 劑量值-計(jì)劃系統(tǒng)劑量值）/計(jì)劃系統(tǒng)劑量值×100%。

1.5 臨床評(píng)價(jià)

比較靶區(qū)的平均劑量（Dmean）、2%體積劑量（D2%）、98%體積劑量（D98%）、最大劑量（Dmax）、50%體積劑量（D50%）、γ 通過率、3DVH 計(jì)算劑量與計(jì)劃劑量匹配率、偏差百分比及危及器官（膀胱、直腸、股骨頭）的劑量匹配率、受照劑量和體積。

2 結(jié)果

18例患者γ 通過率均＞95%（表1），計(jì)劃系統(tǒng)中的每例患者感興趣區(qū)Dmean、D2%和D98%的計(jì)算結(jié)果與ArcCheck 測(cè)量結(jié)果劑量偏差百分比均＜1.5%（表2），每例患者計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算劑量與3DVH 重建劑量總體積匹配率均＞95%（表3），說明計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算的每個(gè)點(diǎn)的劑量與實(shí)際執(zhí)行照射情況基本相同，3DVH 更直觀準(zhǔn)確地驗(yàn)證了ArcCheck 的驗(yàn)證結(jié)果，從而為VMAT 計(jì)劃提供了更準(zhǔn)確直觀的劑量驗(yàn)證結(jié)果，保證VMAT 計(jì)劃的準(zhǔn)確實(shí)施。

表1 18例前列腺癌患者的VMAT 計(jì)劃γ 通過率

表2 18例前列腺癌患者VMAT 計(jì)劃劑量的偏差百分比

表3 18例前列腺癌患者VMAT 計(jì)劃劑量匹配率

其中，某例患者的3DVH 計(jì)算劑量分布圖及各靶區(qū)和危及器官的劑量體積直方圖見圖1，劑量偏差圖見圖2。從圖1c 中可以看出,該患者實(shí)際執(zhí)行劑量比計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算劑量整體偏高，但在誤差范圍內(nèi)。由圖2可以得到實(shí)際執(zhí)行時(shí)劑量偏高的具體點(diǎn)數(shù)及其具體位置。該患者整個(gè)治療療程的實(shí)際執(zhí)行劑量較計(jì)算劑量偏高的點(diǎn)大部分落在靶區(qū)上，只有少數(shù)落在靶區(qū)外并且是非重要危及器官的位置（圖2a、b、d 中箭頭所指），這并不影響治療效果甚至有利于治療，因此3DVH 能為VMAT 的計(jì)劃驗(yàn)證提供更有力和準(zhǔn)確的依據(jù)，從而保證放射治療計(jì)劃的順利實(shí)施和治療療效。

圖1 3DVH 計(jì)算的劑量分布圖及各靶區(qū)和危及器官的劑量體積直方圖

3 討論

VMAT 是現(xiàn)代腫瘤放射治療的先進(jìn)及重要手段，因治療時(shí)間短且機(jī)器跳數(shù)效率高，相比傳統(tǒng)放射治療有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)[7]。其利用單弧或多弧旋轉(zhuǎn)放射治療，在機(jī)架旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，MLC 葉片的形狀及加速器出束射線的劑量率也隨之連續(xù)變化，可以達(dá)到提高靶區(qū)劑量分布及降低危及器官受量的目的。但由于VMAT 同時(shí)具有多個(gè)可變的參數(shù)，所以計(jì)劃執(zhí)行過程更加復(fù)雜，如機(jī)架到位精度、MLC 運(yùn)動(dòng)精度、劑量率與時(shí)間的響應(yīng)特性等均會(huì)影響計(jì)劃的準(zhǔn)確執(zhí)行。為了保證 VMAT 計(jì)劃安全、可靠地開展，保證靶區(qū)能接受更高適形度的劑量又能很好地降低正常組織的受照劑量[8]，對(duì)VMAT 計(jì)劃劑量進(jìn)行驗(yàn)證至關(guān)重要。以往的點(diǎn)劑量和二維平面劑量驗(yàn)證只能提供單個(gè)點(diǎn)和平面的劑量信息，劑量驗(yàn)證包含的內(nèi)容太過局限。ArcCheck 作為一種專門應(yīng)用于容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)劑量驗(yàn)證的工具，既可以完成相對(duì)劑量的測(cè)量又可以完成絕對(duì)劑量的測(cè)量，其作為一種三維劑量驗(yàn)證模體，無需進(jìn)行射野角度歸零，驗(yàn)證過程中加速器機(jī)架真實(shí)旋轉(zhuǎn)，且能考慮碳纖維床對(duì)劑量的影響，因此能確保得到旋轉(zhuǎn)照射中更準(zhǔn)確的劑量信息[9]。大量相關(guān)研究表明，ArcCheck 在容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃驗(yàn)證中，不論是相對(duì)劑量還是絕對(duì)劑量的γ 平均通過率均＞95%，能夠滿足臨床驗(yàn)證要求；而基于ArcCheck 的3DVH 可以重建得到實(shí)際執(zhí)行計(jì)劃時(shí)靶區(qū)和危及器官的受量，為VMAT 的計(jì)劃驗(yàn)證提供更準(zhǔn)確和詳細(xì)的驗(yàn)證信息。本研究結(jié)果顯示，前列腺癌VMAT絕對(duì)劑量的平均γ 通過率均＞95%，每個(gè)感興趣區(qū)Dmean、D2%和D98%的計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果和ArcCheck 測(cè)量結(jié)果劑量偏差百分比均＜1.5%，取得了很好的驗(yàn)證結(jié)果。

3DVH 系統(tǒng)通過ArcCheck 將加速器執(zhí)行誤差單獨(dú)提取出來，在假定計(jì)劃系統(tǒng)劑量分布是準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上再將加速器執(zhí)行誤差疊加進(jìn)去，重建得到一個(gè)新的劑量分布，可以得到靶區(qū)和危及器官的詳細(xì)劑量體積信息，并與計(jì)劃系統(tǒng)的劑量分布進(jìn)行比較，得到各靶區(qū)和危及器官的真實(shí)測(cè)量值和計(jì)算值之間的劑量誤差。從圖2可以看出，我院實(shí)際治療時(shí)的劑量較計(jì)劃劑量偏高，且偏高的點(diǎn)大多落在靶區(qū)位置，這正是有利于治療效果的放射治療計(jì)劃。

圖2 3DVH 計(jì)算劑量偏差圖

綜上所述，3DVH 聯(lián)合ArcCheck 系統(tǒng)是一種很實(shí)用的前列腺癌VMAT 驗(yàn)證工具，不但可以得到平面的γ 通過率，而且可以更準(zhǔn)確直觀地得出靶區(qū)以及危及器官三維結(jié)構(gòu)位置處的實(shí)際受量和計(jì)劃系統(tǒng)理論計(jì)算受量的差異，采用3DVH 聯(lián)合ArcCheck 進(jìn)行劑量驗(yàn)證，能夠?yàn)榍傲邢侔￢MAT 放射治療提供更加全面的安全保障。

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