小野對(duì)動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃劑量分布的影響

袁清偉，吳瑤，陳濤，郝連花，林清森，趙汝彬（通信作者）

山東省臨沂市人民醫(yī)院放療技術(shù)科 （山東臨沂 276000）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及信息技術(shù)的不斷發(fā)展，放療技術(shù)也在不斷進(jìn)步，其中調(diào)強(qiáng)放療已成為目前放療的主要方式，以多葉準(zhǔn)直器為基礎(chǔ)的調(diào)強(qiáng)放療具有更高的靶區(qū)適形度，能夠更好地保護(hù)危及器官。靜態(tài)調(diào)強(qiáng)放療利用多葉準(zhǔn)直器形成多個(gè)靜態(tài)的子野進(jìn)行分步照射，執(zhí)行效率低；動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放療采用滑窗技術(shù)，提高了執(zhí)行效率。由于動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放療的技術(shù)特點(diǎn)，多葉準(zhǔn)直器葉片的到位精度、運(yùn)動(dòng)速度對(duì)射線輸出的穩(wěn)定性及靶區(qū)和危及器官的劑量分布均有較大影響[1]；除此之外，由于動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃執(zhí)行過程中射束不間斷，多葉準(zhǔn)直器葉片連續(xù)運(yùn)動(dòng)，小野的出現(xiàn)難以避免，所以小野也會(huì)對(duì)劑量分布產(chǎn)生影響。本研究分別采用含實(shí)測(cè)小野數(shù)據(jù)的AAA 算法和不含實(shí)測(cè)小野數(shù)據(jù)的AAA算法計(jì)算動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃劑量分布[2]，通過分析其通過率[3]，探究小野對(duì)劑量分布的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

隨機(jī)選取2020年我院放療技術(shù)科的20例腫瘤患者（男8例，女12例；年齡28～65歲）的動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃，包括頭部、頸部、肺部、乳腺及盆腔的動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃，所有動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃均采用6 MV 射線能量，以及ECLIPSE治療計(jì)劃系統(tǒng)（瓦里安醫(yī)療系統(tǒng)公司，版本：13.6），射野數(shù)量5～11個(gè)。

1.2 方法

1.2.1 設(shè)備及測(cè)量模體

投照設(shè)備: 美國瓦里安Trilogy 直線加速器；配置Minillenm 120 多葉準(zhǔn)直器,其在等中心處可形成40 cm×40 cm 的射野，中心40對(duì)葉片在等中心的投影寬度為5 mm，邊緣20對(duì)葉片在等中心的投影寬度為10 mm。

驗(yàn)證設(shè)備：MatriXX 二維電離室點(diǎn)矩陣系統(tǒng)，由探測(cè)平板和軟件MyQA組成，其中探測(cè)平板由電離室陣列、控制器、信號(hào)處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器等組成；在32×32的矩陣網(wǎng)格平板上均勻分布著1 020個(gè)空氣電離室（網(wǎng)格陣列的4個(gè)角上各缺少1個(gè)電離室），有效測(cè)量面積24.4 cm×24.4 cm，每個(gè)電離室呈圓柱形，直徑4.5 mm，高5 mm，體積0.08 cm3，電離室中心之間的距離7.62 mm，有效測(cè)量點(diǎn)距表面3 mm[4]；MatriXX 平板通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口連接計(jì)算機(jī)軟件MyQA 控制整個(gè)測(cè)量過程，接受治療計(jì)劃系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，對(duì)比分析測(cè)量數(shù)據(jù)與計(jì)劃數(shù)據(jù)。

測(cè)量模體：固體水模，模體為RW3材料，物理密度ρ=1.045 g/cm3，有1、2、5、10、20 mm 等不同厚度若干；采用MatriXX 二維電離室點(diǎn)矩陣系統(tǒng)測(cè)試前需校正固體水模模體的測(cè)量深度，公式如下：

式中，dw為固體水模等效水厚度，dp為固體水模的真實(shí)厚度，ρp為固體水模模體的物理密度（g/cm3），Z為材料的原子序數(shù)，A為材料的原子量。

1.2.2 測(cè)試算法

各向異性分析算法（AAA）[6]，其中一種AAA 算法所依據(jù)的數(shù)據(jù)模型為常規(guī)的測(cè)試數(shù)據(jù)，實(shí)測(cè)的最小射野的規(guī)格為3 cm×3 cm，下文中簡稱此算法為N_AAA 算法；另一種算法依據(jù)的數(shù)據(jù)模型包含實(shí)測(cè)的小野數(shù)據(jù)，具體方法為架設(shè)水箱實(shí)測(cè)1 cm×1 cm，2 cm×2 cm，3 cm×3 cm，4 cm×4 cm，5 cm×5 cm 射野的數(shù)據(jù)[7]，將新測(cè)得數(shù)據(jù)與原AAA中實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)拼接，生成新的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)最小為1 cm×1 cm 數(shù)據(jù)，并以此為數(shù)據(jù)模型生成新的AAA 算法，下文中簡稱此算法為S_AAA 算法。

1.2.3 測(cè)試方法

采用的算法均為N_AAA 算法，復(fù)制計(jì)劃在其他條件不做任何改動(dòng)的情況下，將動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃的算法修改為S_AAA 算法，重新進(jìn)行劑量計(jì)算，此時(shí)每例患者分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃，分別使用了N_AAA 算法和S_AAA算法，將兩個(gè)計(jì)劃按相同的條件分別生成對(duì)應(yīng)的QA 計(jì)劃，再使用MatriXX 對(duì)QA 計(jì)劃進(jìn)行驗(yàn)證。

MatriXX 表面和底部分別放置4.7 cm 和4.0 cm 等效固體水模，使MatriXX 中的電離室陣列在模體表面下5 cm 深度，對(duì)其進(jìn)行3 mm 層厚CT 掃描，掃描后將影像傳輸?shù)酵呃锇睧clpise13.6治療計(jì)劃系統(tǒng)；在機(jī)架角為0°的條件下制定相關(guān)劑量分布計(jì)劃，并將這些計(jì)劃傳輸至MatriXX 工作站，經(jīng)由Aria 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)郊铀倨鞴ぷ髡荆粚atriXX 按CT 定位時(shí)的條件擺放在加速器治療床上，按QA 計(jì)劃實(shí)施照射。

計(jì)劃驗(yàn)證前先對(duì)MatriXX 進(jìn)行預(yù)照射，并使用10 cm×10 cm標(biāo)準(zhǔn)射野對(duì)MatriXX 進(jìn)行絕對(duì)劑量校準(zhǔn)[8]，使用Moive 測(cè)量模式，測(cè)量中使用除用戶校準(zhǔn)外的全部校準(zhǔn)功能包含溫度壓力校準(zhǔn)，這樣可最大限度減少治療機(jī)輸出劑量的波動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；所有驗(yàn)證計(jì)劃將全部射野歸零垂直照射，為排除環(huán)境因素，執(zhí)行完一例患者的N_AAA 算法的計(jì)劃驗(yàn)證后，立即進(jìn)行此患者S_AAA 算法的計(jì)劃驗(yàn)證，盡量確保同一個(gè)患者兩種數(shù)據(jù)模型算法計(jì)劃驗(yàn)證條件的一致性；治療計(jì)劃和實(shí)際測(cè)量的劑量分布用γ 方法評(píng)估，選取3 mm 位移誤差和3%劑量誤差為標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

比較兩種算法的通過率。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)分析，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

S_AAA 與N_AAA 兩種算法的動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃相比較，在包繞相同的靶區(qū)體積前提下，即處方劑量線包繞95%的靶區(qū)體積，S_AAA 算法的最高量較N_AAA 算法對(duì)應(yīng)的計(jì)劃最高量略有降低，降低的幅度從0～1%不等，具體統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1，將各計(jì)劃最高量的相對(duì)值導(dǎo)入SPSS 17.0，對(duì)兩種算法對(duì)應(yīng)的最高量進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)，P=0.01<0.05，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

表1 兩種算法最高量差值統(tǒng)計(jì)

計(jì)劃通過率驗(yàn)證結(jié)果顯示，20例患者中采用S_AAA 算法的通過率均較采用N_AAA 算法的通過率有所提高，通過率采用3 mm/3%的標(biāo)準(zhǔn)，提高的幅度從0.2%～0.7%不等，具體統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表2。將兩種算法通過率數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS 17.0，進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)，得到的P<0.05，由此可知分別有N_AAA算法和S_AAA 算法所得的兩組驗(yàn)證計(jì)劃的γ 通過率數(shù)據(jù)存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

表2 兩種算法γ 通過率差值統(tǒng)計(jì)

3 討論

放療中的小野由于其自身的特殊性，尤其是立體定向放療技術(shù)的開展，小野劑量學(xué)受到廣泛的重視，開展立體定向放療的單位必須對(duì)本單位直線加速器的小野數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，這已成為共識(shí)。但對(duì)于未開展立體定向放療的單位，小野數(shù)據(jù)是否有必要實(shí)測(cè)并無統(tǒng)一要求。從本研究的測(cè)試數(shù)據(jù)來看，對(duì)于動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃使用實(shí)測(cè)的小野數(shù)據(jù)算法要優(yōu)于使用設(shè)備廠商自帶小野數(shù)據(jù)，實(shí)測(cè)小野劑量學(xué)數(shù)據(jù)有一定的價(jià)值，建議有條件的單位對(duì)其執(zhí)行動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃的醫(yī)用直線加速器設(shè)備進(jìn)行小野數(shù)據(jù)的實(shí)際測(cè)量，確認(rèn)實(shí)測(cè)小野數(shù)據(jù)的有效性后再使用。由于小野數(shù)據(jù)的敏感性，外部測(cè)量條件的微小變化都有可能導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大差異[9]，即使是同一個(gè)廠家同一個(gè)型號(hào)的甚至是同一批的醫(yī)用直線加速器在機(jī)械加工方面也必然存在或多或少的不同，加之機(jī)房設(shè)計(jì)建設(shè)以及機(jī)器在安裝調(diào)試過程中存在的差異，同一型號(hào)的設(shè)備小野實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可能會(huì)存在一定的差異，因此本研究的測(cè)試數(shù)據(jù)及結(jié)果僅針對(duì)本單位的此臺(tái)瓦里安Trilog 設(shè)備。

小野劑量數(shù)據(jù)測(cè)量對(duì)外部條件要求嚴(yán)格，任何不規(guī)范操作所引入的偏大誤差都有可能導(dǎo)致小野劑量數(shù)據(jù)測(cè)量的失敗，因此，在小野數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)應(yīng)該盡量減小各方面的誤差，保證小野數(shù)據(jù)測(cè)量的精度。同時(shí)，小野數(shù)據(jù)測(cè)量完成后，如何確定小野數(shù)據(jù)測(cè)量的有效性，實(shí)測(cè)的小野數(shù)據(jù)是否優(yōu)于設(shè)備廠商自帶的小野數(shù)據(jù)，不同的文獻(xiàn)上也提出了許多有效的驗(yàn)證方法，通過對(duì)比不同的小野數(shù)據(jù)算法下通過率的方法不失為一種簡單可行的驗(yàn)證方法。

綜上所述，鑒于動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃中多葉準(zhǔn)直器運(yùn)動(dòng)過程中形成的多個(gè)小野對(duì)劑量分布的影響，應(yīng)對(duì)加速器進(jìn)行小野數(shù)據(jù)的測(cè)量，以便提高計(jì)劃系統(tǒng)中劑量的分布與實(shí)際劑量分布的一致性。