ArcCHECK聯合3DVH在全腦放療劑量驗證中的應用

王敏，趙紫婷，時飛躍,2，秦偉，趙環宇，魏曉為

1. 南京醫科大學附屬南京醫院（南京市第一醫院）a. 腫瘤放療中心；b. 設備處，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

引言

目前，腫瘤已成為危害人類健康的第二大殺手，死亡率僅次于心腦血管疾病[1-2]。對于惡性腫瘤的治療，主要有手術、放療和化療三大治療手段。其中，放療被認為是僅次于手術的局部治療腫瘤的最有效手段。隨著計算機技術的不斷發展，現代腫瘤放射治療已進入精確放療時代[3]。為了“殺死”腫瘤細胞同時最大程度地保護周邊危及器官，放療劑量的準確性及其分布起到了非常關鍵的作用[4]。一般來說，在放射治療過程中靶區劑量的總不確定度應控制在5%以內[4]。治療計劃系統（Treatment Planning System，TPS）中理論計算得到的劑量分布可以供物理師參考，但不能直接作為患者實際治療過程中的劑量分布。為了評估放療計劃能否達到預期的劑量分布，預防潛在錯誤，治療前的計劃劑量驗證是物理師必須完成的一步[5-6]。針對全腦放療計劃，本文采用與人體頭部形狀相似的ArcCHECK驗證模體模擬患者進行照射，并通過3DVH分析軟件對靶區和危及器官的劑量體積進行重新計算，比較實際測量與理論計算得到的劑量分布，為全腦放療患者的實際治療提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 儀器設備

瓦里安Clinac iX醫用電子直線加速器，配置了60對多葉準直器（Multi-leaf Collimator, MLC），使用6 MV高能X線進行計劃制作和治療；瓦里安Eclipse TPS，用于設計放療計劃和ArcCHECK劑量驗證計劃；Sun Nuclear公司ArcCHECK劑量驗證系統，分析軟件為SNC Patient，驗證模體呈圓柱形，表面螺旋分布有1386個半導體探頭；Sun Nuclear公司3DVH軟件，可用于分析靶區和危及器官的理論計算和實際測量的差異。

1.2 臨床資料

選取14例腦轉移患者的全腦照射治療計劃進行研究，患者中位年齡為64.5歲（50～76歲），其中男性8例，女性6例，分別以W1、W2、W3、…… W14進行編號。所選取的全腦治療計劃均有兩個照射野，機架角度分別為90°和270°；處方為30 Gy/10次，分次劑量為3 Gy/次；靶區為PTV，正常組織有左、右眼晶體。

1.3 劑量驗證方法

將全腦治療計劃移植到ArcCHECK模體圖像上重新進行劑量計算，制作出ArcCHECK劑量驗證計劃，然后將TPS計算得到的模體劑量分布文件導出并導入至SNC Patient軟件中。使用瓦里安Clinac iX直線加速器執行劑量驗證計劃，并通過ArcCHECK模體進行測量。應用SNC Patient軟件對ArcCHECK模體的TPS計算劑量分布和實際測量的劑量分布進行比較（圖1），使用Gamma分析工具，分別設定2 mm/3%、閾值10%和3 mm/3%、閾值10%兩種分析參數，對ArcCHECK劑量驗證計劃的Gamma通過率進行統計分析。

圖1 SNC Patient分析軟件中全腦照射計劃測量劑量分布與計劃劑量分布的比較

將治療計劃、劑量驗證計劃和實際測量得到的劑量分布等數據導入3DVH軟件，通過3DVH進行計算后，比較靶區和危及器官的理論計算和實際測量的差異。本文中，理論計算值是指TPS計算得到劑量參數值；實際測量值是指把包括ArcCHECK模體實際測量的劑量分布等數據導入3DVH軟件后，3DVH計算出的劑量參數值。使用劑量體積差異進行分析，其公式為：劑量體積差異（%）=100%×（C-R）/R，其中R代表理論計算值，C代表實際測量值[7]。比較的參數有：PTV的平均劑量（PTV Dmean），PTV的95%體積的劑量（PTV D95%），左晶體的最大劑量（Lens-L Dmax），左晶體的平均劑量(Lens-L Dmean)，右晶體的最大劑量(Lens-R Dmax)，右晶體的平均劑量(Lens-R Dmean)。對劑量分布差異數據進行統計分析。

2 結果

14例腦轉移患者的全腦照射治療計劃在兩種分析參數下的Gamma通過率，見圖2。分析參數設定為3 mm/3%、閾值10%和2 mm/3%、閾值10%兩種。后一種參數設置是參照了國家癌癥中心與國家腫瘤質控中心聯合發布的《調強放療劑量驗證實踐指南》中的要求[8]。

圖2 兩種分析參數條件下全腦驗證計劃的Gamma通過率值

表1所示為通過3DVH分析軟件得到的靶區和危及器官實際測量和理論計算的結果差異數據，所使用的參數為劑量體積差異。若劑量體積差異為正，代表相應的靶區或危及器官實際測量值高于理論計算值；若劑量體積差異為負，代表相應的靶區或危及器官實際測量值低于理論計算值。

表1 靶區和危及器官理論計算和實際測量的劑量分布結果差異（劑量體積差異/%）

圖3所示為某例全腦患者由TPS得到的計算劑量分布和由測量數據并經3DVH計算的劑量分布（實際劑量分布）的比較，可以看出，該患者靶區PTV實際獲得的劑量比TPS計算劑量整體略微偏低。

圖3 某例全腦患者計算劑量分布和實際劑量分布的比較

3 討論

精確放療對放療劑量的準確性提出了更高的要求，其中，治療前的計劃劑量驗證是放療質量保證中必不可少的項目。從2019年底起，江蘇省已將放療計劃劑量驗證納入收費條目。目前市面上用于放療計劃劑量驗證的設備多種多樣，包括ArcCHECK、MatriXX 、Delta-4以及COMPASS等[9-10]。其中，SunNuclear公司生產的ArcCHECK模體，外形是一個圓柱體，模體內呈螺旋分布有1386個半導體探測器，相鄰探測器之間間隔10 mm[11]。配套的SunNuclear 3DVH軟件，可以分析TPS理論計算值和ArcCHECK模體實際測量值之間的差異，包括患者每個斷層和整體的劑量體積的差異[12]。研究表明，ArcCHECK探測器實際測得的劑量分布與TPS理論計算得到的劑量分布具有良好的一致性[13]，因此ArcCHECK不僅適用于容積旋轉調強放療計劃的劑量驗證，還適用于普通調強計劃和三維適形計劃的劑量驗證。對于腦轉移患者，目前常規采用兩野對穿照射，ArcCHECK模體與人體頭部形狀相似，可以較好地模擬患者頭部實際受照情況。

ArcCHECK已被廣泛應用于多種腫瘤放療計劃的劑量驗證中，大量研究表明基于ArcCHECK模體的劑量驗證計劃的Gamma通過率均大于95%[14-16]，能夠滿足臨床劑量驗證的要求。由圖2可見，分析參數設定為3 mm/3%、閾值10%時，14例全腦劑量驗證計劃的Gamma通過率值均為100%；分析參數設定為2 mm/3%、閾值10%時，14例全腦劑量驗證計劃的Gamma通過率為（98.64±0.40）%，除W8號患者的Gamma通過率為97.8%，其余患者的Gamma通過率均大于98%，這也說明TPS計算得到的劑量分布與實際執行照射時ArcCHECK模體測量得到的劑量分布具有非常良好的一致性。所有患者均達到國家癌癥中心與國家腫瘤質控中心聯合發布的《調強放療劑量驗證實踐指南》中劑量差異3%、DTA 2 mm、10%劑量閾值時γ通過率應＞95%的要求[8]。利用劑量驗證工具ArcCHECK還能有效探測MLC的位置誤差[17-18]，本文中全腦劑量驗證計劃的Gamma通過率較高，平均值大于98%，也能說明在執行驗證計劃時MLC走位較為準確。

為了進一步了解全腦患者的實際受照情況，本研究還利用3DVH分析軟件重建患者劑量分布，提供實際執行計劃時靶區和危及器官的劑量體積信息。從表1可以看出，靶區方面，PTV Dmean和PTV D95%差異均略微偏低，分別為（-0.95±0.41）%和（-2.03±0.43）%，說明PTV Dmean和PTV D95%的實際測量值低于TPS理論計算值，所有病例靶區PTV Dmean和PTV D95%差異的絕對值均在3%以內，其中，某例全腦患者靶區PTV的DVH比較結果如圖3所示。危及器官方面，Lens-L Dmax）和Lens-R Dmax的差異偏高，分別為（2.69±4.28）%和（0.31±6.21）%，其中，分別有4例全腦患者的Lens-L Dmax）和Lens-R Dmax差異的絕對值大于5%；Lens-L Dmean和 Lens-R Dmean的差異也偏高，分別為（3.66±3.64）%和（1.79±1.61）%，其中，有4例全腦患者的Lens-L Dmean差異的絕對值大于5%。需要注意的是，PTV Dmean和PTV D95%的平均值均在30 Gy左右，左、右晶體Dmax和Dmean的平均值4.2 Gy和3.1 Gy左右。整體來看，危及器官的劑量實際測量值略高于TPS理論計算值，大部分患者危及器官差異的絕對值在5%以內，個別患者Lens-L Dmean差異甚至大于12%，這可能是晶體的體積較小且劑量限制較低，導致晶體的劑量體積差異相對靶區較大。目前針對全腦三維適形計劃劑量驗證的研究較少，本研究利用3DVH軟件模擬重建全腦患者實際受照時的劑量分布，可為全腦適形計劃的劑量驗證提供更多的參考信息。

綜上所述，本研究中14例全腦放療患者的ArcCHECK模體劑量驗證結果總體上較好，3DVH的結果顯示實際劑量分布與理論計算差異較小。ArcCHECK和3DVH 是方便快捷且信息豐富的放療劑量工具，它們不但能夠顯示模體中劑量分布的Gamma分析結果，而且可以直觀顯示TPS理論計算結果和實際測量結果的差異，提供患者靶區和危及器官實際劑量分布的信息，對放療計劃的設計和實施提供了有益的指導和參考。

致謝

感謝南京蘭鑫公司甘衛寧和王娟在驗證設備使用上提供的幫助和支持，感謝SNC公司唐小羽在軟件使用上提供的指導和幫助。