MatriXX調強驗證在精確放療質量控制中的作用

孔旭東，孔棟

江南大學附屬醫院 放療科，江蘇 無錫 214000

引言

放射治療作為腫瘤治療的三大主要手段之一，尤其在個性化、精準化、分子生物水平及誘導免疫治療的新階段，愈發體現出重要的價值。為了保證精確、安全和有效地完成放射治療，必須對整個治療過程實施質量保證（Quality Assurance，QA）[1]。目前市面常見的二維電離室矩陣如IBA MatriXX有良好的劑量線性、重復性，無劑量率依賴性；多野光柵射野較大時，計算和測量的劑量分布一致性較好，能用于調強放療的劑量驗證[2]。每個單位的放療部門在國標和行標的指導下建立起符合本單位實際的調強計劃劑量驗證標準[3]。一旦超出此標準，出現異常情況，就要認真分析評價、結合其他質控手段迅速找出原因，及時調整解決問題，保證患者治療的精準和安全[4-5]。本文回顧分析了我科在2020年5月發生的一起用MatriXX矩陣對30例在Elekta Synergy加速器上的調強計劃進行治療前劑量驗證時，發現其中有12例Gamma通過率異常降低，由此展開仔細排查，發現問題、分析問題到完全解決問題的過程，從中體現調強放療計劃驗證異常結果及日常質控異常綜合分析在放療QA和質量控制（Quality Control，QC）中起著非常重要的作用。

1 材料與方法

1.1 材料

選取2020年5月11日至15日江南大學附屬醫院放療中心物理室完成的所有放療醫生已確認但未實施放療的30例計劃進行治療前計劃驗證，其中包括5例頭頸部腫瘤、3例乳腺癌、2例肺癌、4例食管癌、12例婦科腫瘤、2例腦轉移及2例骨轉移計劃；男性17例，女性13例；年齡19～69歲，中位年齡48歲。

1.2 方法

1.2.1 治療計劃

所有病例使用醫科達公司XIO 4.8治療計劃系統進行計劃設計，其中除了2例腦轉移及2例骨轉移病例使用三維適形計劃，其他病例全部使用IMRT調強計劃，婦科腫瘤全部使用10 MV X線，其他部位腫瘤使用6 MV X線。計劃野數從5～9野不等，使用子野優化保證子野最小跳數大于4 MU，子野最小面積大于3 cm2，總子野數從60～150不等；使用治療設備為醫科達公司的Synergy加速器，配備80葉等中心處寬度為1 cm的多葉光柵（Multi-Leave Collimators，MLC）及XVI kV級錐形束CT。

1.2.2 計劃驗證

我科制定的IMRT驗證計劃通過與否的標準通過大量實踐分析，將3 mm/3%標準下的Gamma通過率低于93%作為計劃驗證通過與否的標準，目前已經使用IBA MatriXX劑量矩陣做了3200多例驗證計劃，總體通過比例為97.7%，通過計劃的Gamma通過率為96.7±0.8。

30例IMRT計劃在治療前生成機架角度歸零的MatriXX矩陣模體的驗證計劃，在Elekta Synergy加速器下用MatriXX矩陣進行驗證，在OmniPro I’mRT軟件中用3 mm/3%的標準進行Gamma通過率分析，發現有一批計劃通過率異常降低，總數12例，Gamma通過率為63.6%±6.13%。對于批次結果異常首先排除了驗證人員操作失誤及結果分析方法錯誤，其次并非全部30例結果異常，所以基本可以排除MatriXX設備故障或劑量響應異常，決定將12例結果異常計劃與正常計劃進行多因素比較，找出其中是否存在系統性差異；再從差異入手排查差異源頭，最終考慮用三維水箱對加速器進行相對劑量的復核及用校準電離室進行絕對劑量復測。

1.3 數據分析

將12例結果異常的驗證計劃與結果正常的計劃從腫瘤部位、計劃能量、計劃野數、子野數目等方面進行分析，找出兩者之間是否存在系統性差異；然后將驗證結果異常與正常的兩部分計劃與科室日常驗證通過率進行統計學分析，是否存在顯著性差異。

1.4 統計學分析

采用 IBM SPSS 23.0 統計軟件處理。計量資料符合正態分布，計量數據用均數±標準差（±s）表示，采用樣本均數與整體均數t檢驗。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果分析

2.1 數據分析

發現這批異常計劃診斷都是婦科腫瘤（包括宮頸癌及子宮內膜癌），計劃所用能量全是10 MV X線，將Gamma通過率均值與我科正常Gamma通過率均值比較，差異有統計學意義（P＜0.05）；其余18例6 MV驗證計劃結果正常，Gamma通過率為96.40%±1.67%，與日常Gamma通過率比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。結果提示Elekta Synergy加速器10 MV X線可能存在異常（表1）。

表1 30例IMRT驗證計劃結果及Gamma通-過率與日常總體Gamma通過率統計學分析（±s）

表1 30例IMRT驗證計劃結果及Gamma通-過率與日常總體Gamma通過率統計學分析（±s）

能量/MV例數Gamma通過率/%我科日常Gamma通過率/% t值 P值6 18 96.40±1.67 96.70±0.80 -0.89 0.385 10 12 63.60±6.13 96.70±0.80 -18.73 ＜0.001

還原分析該批次驗證計劃生成流程的每一環節，發現該批次計劃為同一物理師完成，每一步流程都符合操作規程，未發現異常情況。進一步發現該批次異常結果不是整體劑量偏高或偏低，而是在冠狀面的第二象限，即x軸的負方向及y軸的正方向出現明顯的問題。排除絕對劑量因素，考慮可能是加速器Profile在G-T和A-B兩個方向都出現了超標的異常情況（圖1）。

圖1 MatriXX計劃驗證發現第二象限存在明顯劑量差異

2.2 用MatriXX初步驗證10 MV方野的平坦度和對稱性

用IBA Matrixx矩陣對Synergy加速器10 MV X線進行STD=100 cm，10 cm×10 cm大小方野進行測定，初步證實加速器10MV X線A-B向和G-T向平坦度和對稱性超標（圖2）。

圖2 IBA MatriXX平板初步測定Synergy加速器10 MV X線A-B（a）和G-T（b）向平坦度和對稱性超標

2.3 三維水箱進行相對劑量測量及電離室絕對劑量測量

大致初步確定原因后物理師決定用三維水箱進行百分深度劑量和Profile測量，并用電離室對絕對劑量測定，來最終驗證我們的推論，找到問題所在并糾正。

兩名物理師配合架好IBA BluePhantom2三維水箱進行測量，最終測量結果與分析的完全一致，Elekta Synergy加速器10 MV X線10 cm×10 cm水下10 cm處Profile在G-T和A-B向平坦度和對稱性都明顯超標（圖3），40 cm×40 cm水下10 cm處Profile在G-T和A-B向平坦度和對稱性也明顯超標（表2）。正常范圍平坦度≤106%，對稱性≤103%。

圖3 三維水箱測量10 MV X線SSD=100 cm水下10 cm處Inline（a）和crossline（b）向平坦度和對稱性明顯超標

表2 10 MV X線 40 cm×40 cm水下10 cm處Profile結果（%）

測量6 MV X線Profile發現G-T及A-B向Flatness和Symmetry值都在正常范圍（圖4）。

圖4 三維水箱測量6 MV X線SSD=100 cm 水下10 cm處Inline（a）和crossline（b）向平坦度和對稱性正常

對Synergy加速器10MV profile平坦度和對稱性進行了調整，使得結果調整至正常水平（圖5），調整前后三維水箱實測profile差異如表3所示。

圖5 調整后三維水箱測量10 MV X線10 cm×10 cm射野大小

表3 三維水箱實測調整前后10 MV X線Profile差異（%）

用小水箱加IBA DOSE1劑量儀及FC-65G電離室進行6 MV及10 MV X線絕對劑量測定，結果都在正常范圍內。將12例未通過計劃重新進行驗證，結果全部通過。調整前后12例計劃驗證Gamma值差異如表4所示。

表4 調整前后12例計劃驗證Gamma通過率差異比較（%）

3 討論

目前調強放療是腫瘤放療的主流技術，與三維適形相對進一步提高腫瘤靶區的劑量均勻性及適形度，同時顯著降低危及器官的劑量，提高了放療的治療比[6-7]。調強放療計劃劑量驗證是QA、QC的重要內容和手段[8]，可以通過Gamma通過率反映加速器實際的機械、劑量與TPS原建模數據的差異、MLC到位執行精度的誤差以及TPS計劃設計上存在的問題，如理想的劑量高梯度實際執行可能達不到要求等[9]；每個單位的放療部門在國標和行標的指導下建立起符合本單位實際的調強計劃劑量驗證標準[10]。一旦超出此標準，出現異常情況，就要認真分析評價、結合其他質控手段迅速找出原因，及時調整解決問題，保證患者治療的精準和安全。IBA MatriXX二維電離室矩陣具有很好的劑量響應特性[11]，可實現直線加速器調強放療的劑量驗證[12]。我科目前已經對3200多例IMRT計劃用MatriXX進行劑量驗證，具有較高的Gamma通過率， 而且測量過程耗時較短，是目前劑量驗證的較為準確、高效的電離室矩陣QA工具之一[13]。 其電離室矩陣通過校準后可以用作計劃絕對劑量的驗證，還可以分析射野的半影區、平坦度、對稱性及光學野和輻射野比較等工作，在滿足Nyist采樣定律前提下，能夠滿足臨床的劑量驗證工作[14]。 但同時由于IBA MatriXX電離室間距為7.6 mm，實際空間分辨力和膠片相比還存在一定的不足，在測量SBRT大劑量跌落梯度條件時通過率較低，所以計劃劑量均勻性和Gamma通過率有顯著的相關性[15]。

我科在以往實際工作中對IMRT計劃驗證分析常見的Gamma通過率低原因為：① 物理師人為誤差選錯劑量平面；② 電離室矩陣未預熱；③ 計劃優化程度不夠，有大量小跳數或小面積子野；④ 計劃要求非常苛刻，導致子野數量非常多，危及器官條件太苛刻導致計劃過于復雜，具體執行效率明顯下降，MLC葉片移動精度具體執行存在問題[16]；⑤ 計算網格、統計不確定性等因素。其中最多見的是第③種情況，所以要求物理師充分優化計劃，在滿足臨床劑量要求的前提下盡可能減少子野數目[17]，盡量避免出現小跳數和小面積子野。參考其他文獻還存在其他問題，如TPS擬合數據失真[18]，由于同臺加速器長期的使用和維修造成了加速器機械和劑量參數的改變[19]，與當初采集擬合的數據相比，機械和劑量學參數有了較為明顯的改變。因此調強計劃驗證在保證計算劑量分布與受照劑量分布一致性的同時也在對加速器進行QA和QC。當一批次驗證結果出現劑量體積直方圖或Gamma通過率與加速器裝機時的測量值相比有較大變化時，就提示物理師需對加速器機械及劑量方面進行嚴格的QC措施，保證患者放療的精準性和安全性。這批次10 MV IMRT計劃驗證未通過最后發現是10 MV X線Profile平坦度和對稱性存在明顯的異常，有可能是Synergy加速器偏轉線圈伺服系統或開放電離室出現問題。放療部門按照質控要求需要配備晨檢儀，對加速器的機械及劑量參數進行頻度的初步檢測，保證放療的安全與劑量及位置精準[20-21]。以后在科室中增加定期用MatriXX做劑量驗證時先對10 cm×10 cm、20 cm×20 cm射野進行測量，記錄平坦度和對稱性的動態變化，以利于早期發現問題。當用IBA MatriXX劑量驗證系統進行劑量驗證時，出現任何異常結果時，我們都要結合其他質控設備和手段的結果進行綜合分析，推理和驗證，用科學方法找出原因，及時糾正，保障患者得到最精準最安全的精確放療，QA和QC貫穿精確放療的任何一個環節，在每位患者治療前對其調強計劃進行驗證是保證放射治療精準安全的重要環節，不僅是對計劃本身的質量保障，更是對涉及加速器機械性能、劑量學參數、TPS參數設置、計算劑量與受照劑量一致性等多環節、多因素的綜合質量控制，其中任何環節出現問題，最終都能在計劃驗證結果里有所反映。