不同三維劑量驗證系統(tǒng)對鼻咽癌容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強放療計劃的驗證價值比較

何勇，王宇，廖雄飛

(電子科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院·四川省腫瘤醫(yī)院放療中心，四川 成都 610041)

容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強放療(volumetric modulated arc therapy，VMAT)作為鼻咽癌放射治療的主要技術(shù)手段，利用單弧或多弧旋轉(zhuǎn)照射，能提供高度適形的靶區(qū)劑量分布與低危及器官照射風(fēng)險，同時具有劑量分布更精確、照射效率更高、治療時間更短等優(yōu)勢[1-2]。由于VMAT技術(shù)在治療過程中，多葉準(zhǔn)直器位置、機架旋轉(zhuǎn)速度等均處于運動狀態(tài)，因此對放療實施精度要求更高，計劃實施前需進行三維劑量驗證[3]。Delta～4、ArcCHECK是臨床常用的三維劑量驗證系統(tǒng)，可檢測出不同類型和大小的多葉準(zhǔn)直器位置誤差[4]；EPID EDose 5.0不僅可用于計劃實施前劑量驗證，還能實現(xiàn)在線劑量監(jiān)測，在臨床中的應(yīng)用越來越廣泛[5]。本研究擬比較三種不同三維劑量驗證系統(tǒng)在鼻咽癌VMAT計劃劑量驗證中的應(yīng)用價值，旨在為臨床鼻咽癌VMAT計劃實施前的劑量驗證提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年3月至2021年3月電子科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院收治的127例鼻咽癌患者作為研究對象。其中，男性81例，女性46例；年齡40～69歲，平均(53.48±6.85)歲。根據(jù)美國癌癥協(xié)會(American Joint Committee on Cancer，AJCC)分期手冊(第八版)對患者進行分期[6]，其中T分期：T2期20例、T3期61例、T4 期46例；N分期：N1期36例、N2期39例、N3期52例；臨床分期：Ⅱ期23例、Ⅲ期46例、Ⅳa期58例。所有患者均行基于Pinnacle治療計劃系統(tǒng)(treatment planning system，TPS)制定的VMAT計劃。

1.2 WMAT計劃設(shè)計

使用大孔徑CT模擬機(Philips公司)對患者進行掃描，層厚3 mm，CT掃描圖像傳輸至Pinnacle系統(tǒng)，結(jié)合其它影像資料勾畫出靶區(qū)以及危及器官。其中，靶區(qū)包括：原發(fā)腫瘤靶區(qū)(gross tumor volume，GTVT)、頸部轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)靶區(qū)(GTVn)、亞臨床病灶高危臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV1)、亞臨床病灶低危臨床靶區(qū)(CTV2)，考慮體位固定和擺位誤差將各個區(qū)域的計劃靶區(qū)分別定義為PGTVT、PGTVn、PCTV1和PCTV2。

1.3 儀器設(shè)備

(1)Delta～4系統(tǒng)(瑞典 ScandiDos公司)：中心區(qū)域半導(dǎo)體探頭間距為0.5 cm，超過中心區(qū)域半導(dǎo)體探頭間距為1 cm，探測范圍20 cm×20 cm。(2)ArcCHECK系統(tǒng)(美國Sun Nuclear公司)：探頭尺寸0.64 mm2，間距為1 cm。(3)EPID EDose 5.0系統(tǒng)(瑞典ELEKTA公司)：EPID為Synergy直線加速器自帶，有效探測范圍為41 cm×41 cm。

1.4 實驗方法

(1)基于Delta～4、ArcCHECK三維劑量驗證測量：測量前對Delta～4、ArcCHECK進行校準(zhǔn)，將VMAT計劃移植到CT掃描模體中，采用卷積方法重建患者體內(nèi)的三維劑量分布，精度為2 mm；于測量軟件中采集計劃驗證數(shù)據(jù)，獲得驗證通過率及計量-體積直方圖(dose volume histogram，DVH)參數(shù)；(2)基于EPID EDose 5.0三維劑量驗證測量：測量前對EPID平板進行本底和增益校準(zhǔn)，調(diào)整平板源皮距為160 cm；無模體條件下采集患者VMAT放療計劃中的射野劑量圖像，應(yīng)用反卷積和卷積算法重建患者體內(nèi)的三維劑量分布。

1.5 分析指標(biāo)

(1)比較三種三維劑量驗證系統(tǒng)測量結(jié)果的γ通過率，分析標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為：3 mm/3%、2 mm/2%、3%/2 mm、2%/3 cmm，最小閾值10%；(2)比較三種三維劑量驗證系統(tǒng)與TPS靶區(qū)劑量學(xué)、危及器官劑量學(xué)差異，靶區(qū)參考指標(biāo)為D98%、D2%、Dmean，危及器官參考指標(biāo)為Dmax、Dmean，與TPS劑量差異的計算公式為Diff(%)=(Dose_三維劑量驗證系統(tǒng)-Dose_TPS)/Dose_TPS×100%。

1.6 統(tǒng)計學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 不同三維劑量驗證系統(tǒng)的γ通過率比較

3%/3 mm分析標(biāo)準(zhǔn)下，三種驗證系統(tǒng)的γ通過率均>95%，組間比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。3%/2 mm、2%/3 cmm、2%/2 mm分析標(biāo)準(zhǔn)下，三種驗證系統(tǒng)的γ通過率較3%/3 mm標(biāo)準(zhǔn)逐漸下降，且2%/3 cmm、2%/2 mm標(biāo)準(zhǔn)下，基于ArcCHECK、EPID EDose 5.0系統(tǒng)的γ通過率高于Delta～4系統(tǒng)(P<0.05)，但ArcCHECK、EPID EDose 5.0系統(tǒng)比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。見表1。

表1 不同三維劑量驗證系統(tǒng)的γ通過率比較

2.2 基于三種三維劑量驗證系統(tǒng)與TPS的靶區(qū)劑量學(xué)差異比較

基于Delta～4、ArcCHECK、EPID EDose 5.0三維劑量驗證系統(tǒng)計算的靶區(qū)(PGTVT、PGTVn、PCTV1和PCTV2)劑量學(xué)指標(biāo)D98%、D2%、Dmean與TPS計算的劑量學(xué)指標(biāo)差異值均<3%。三種三維劑量驗證系統(tǒng)與TPS的靶區(qū)劑量學(xué)比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。見表2。

表2 基于三種三維劑量驗證系統(tǒng)與TPS的靶區(qū)劑量學(xué)差異比較

2.3 基于三種三維劑量驗證系統(tǒng)與TPS的危及器官劑量學(xué)差異比較

基于Delta～4、ArcCHECK、EPID EDose 5.0三維劑量驗證系統(tǒng)計算的危及器官劑量學(xué)指標(biāo)Dmax、Dmean與TPS計算的劑量學(xué)指標(biāo)差異值均<3%。三種三維劑量驗證系統(tǒng)計算的晶狀體、腮腺Dmax與TPS計算的Dmax比較差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，且ArcCHECK、EPID EDose 5.0小于Delta～4(P<0.05)；三種三維劑量驗證系統(tǒng)與TPS的其他危及器官劑量學(xué)比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。見表3。

表3 基于三種三維劑量驗證系統(tǒng)與TPS的危及器官劑量學(xué)差異比較

續(xù)表3

3 討論

照射劑量的準(zhǔn)確性是保證放療療效、使腫瘤原發(fā)灶不復(fù)發(fā)、放射并發(fā)癥更少的重要因素[7]。為達到降低危及器官受量、提高靶區(qū)劑量分布的效果，VMAT技術(shù)在機架旋轉(zhuǎn)的同時，加速器出束射線劑量率也不斷變化，因此其對劑量驗證的要求也更高。本研究主要對比了Delta～4、ArcCHECK和EPID EDose 5.0三維劑量驗證系統(tǒng)在鼻咽癌VMAT計劃劑量驗證中的應(yīng)用價值。

Delta～4和ArcCHECK是目前常用的VMAT計劃三維劑量驗證工具，Liang等[8]研究發(fā)現(xiàn)，基于Delta～4和ArcCHECK系統(tǒng)計算的劑量與計劃系統(tǒng)有良好的一致性，對多葉準(zhǔn)直器平移誤差的檢測也非常敏感。但以上設(shè)備價格昂貴，使用也相對不便，且基于均勻模體的劑量驗證無法準(zhǔn)確反映VMAT計劃執(zhí)行患者體內(nèi)的劑量偏差[9]。EPID EDose 5.0三維劑量驗證系統(tǒng)是基于EPID研發(fā)的一種劑量驗證軟件，除具有良好的劑量學(xué)響應(yīng)、重復(fù)性與穩(wěn)定性外，還具有自動化程度高、使用方便等優(yōu)勢。既往研究[10]認(rèn)為，不同評價標(biāo)準(zhǔn)下γ通過率與治療計劃的偏差來源相關(guān)，當(dāng)評價標(biāo)準(zhǔn)為3%/3 mm時，γ通過率≥95%通過狀態(tài)較好；此外，部分研究[11]則指出3%/2 mm標(biāo)準(zhǔn)更符合臨床需求。張朋等[12]研究也發(fā)現(xiàn)，三種系統(tǒng)在3%/3 mm標(biāo)準(zhǔn)下γ通過率均處于理想的通過狀態(tài)，認(rèn)為三者可很好地用于鼻咽癌VMAT計劃的三維劑量驗證。本研究結(jié)果顯示，當(dāng)評價標(biāo)準(zhǔn)為3%/3 mm時，基于三種驗證系統(tǒng)的γ通過率均>95%；2%/3 mm、2%/2 mm標(biāo)準(zhǔn)下，基于ArcCHECK、EPID EDose 5.0系統(tǒng)的γ通過率高于Delta～4系統(tǒng)，提示三種劑量驗證系統(tǒng)均可用于鼻咽癌VMAT計劃的劑量驗證，盡管在不同分析標(biāo)準(zhǔn)下三者驗證結(jié)果對比存在差異，但都可以滿足臨床對計劃驗證的需求，與相關(guān)研究[12]報道相似。但本研究相對Delta～4系統(tǒng)，ArcCHECK、EPID EDose 5.0系統(tǒng)γ通過率更高，可優(yōu)先考慮這兩種系統(tǒng)。

γ通過率在評估劑量驗證工作中存在不足，尚需其它更豐富的劑量信息進行輔助判斷。本研究進一步比較了三種劑量驗證系統(tǒng)靶區(qū)、危及器官劑量參數(shù)與TPS計算結(jié)果的差異，研究結(jié)果顯示，基于Delta～4、ArcCHECK、EPID EDose 5.0三維劑量驗證系統(tǒng)計算的靶區(qū)劑量學(xué)指標(biāo)和危及器官劑量學(xué)指標(biāo)與TPS計算的劑量學(xué)指標(biāo)差異值均<3%；除危及器官晶狀體、腮腺Dmax與TPS計算的Dmax存在差異外，其他劑量學(xué)指標(biāo)比較均無明顯差異，提示基于Delta～4、ArcCHECK和EPID EDose 5.0三維劑量驗證系統(tǒng)計算的靶區(qū)、危及器官劑量與TPS計算的劑量差異較小。這些差異可能來自：(1)重建劑量過程需引入校準(zhǔn)因子，而獲得校準(zhǔn)因子的過程會引入誤差[13]；(2)驗證系統(tǒng)的模體擺位存在誤差，會影響劑量跌落梯度較大區(qū)域的照射劑量[14]；(3)靶區(qū)位于儀器邊緣時，也會影響劑量的計算結(jié)果[15]。

綜上所述，Delta～4、ArcCHECK和EPID EDose 5.0驗證系統(tǒng)在VMAT計劃劑量驗證中可直觀、快速地分析出劑量差異，均可為患者治療計劃的質(zhì)量驗證提供豐富的劑量參數(shù)信息，但ArcCHECK和EPID EDose 5.0驗證系統(tǒng)相對Delta～4更好，可優(yōu)先考慮。