EDOSE 在線劑量驗證系統(tǒng)在宮頸癌患者容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強放射治療三維劑量驗證中的應(yīng)用

陳偉思，史亞濱，陳洪濤，高艷，鄧小年，李壯玲，李隆興，鐘鶴立（通信作者）

南方科技大學(xué)第一附屬醫(yī)院·暨南大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院·深圳市人民醫(yī)院放療科 （廣東深圳 518000）

容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強放射治療（volumetric modulated arc therapy，VMAT）是目前宮頸癌放射治療中最常用的技術(shù)[1]。VMAT 在進行宮頸癌放射治療計劃執(zhí)行過程中，多葉光柵、劑量率、準(zhǔn)直器角度和機架速度不斷變化，極大地提高了計劃執(zhí)行效率，但也增加了計劃執(zhí)行過程中的不確定性[2]，繼而對計劃質(zhì)量保證的提出了更高要求[3-4]。電子射野影像裝置（electronic portal imaging device，EPID）在臨床上最早被用于患者的擺位驗證及射野位置形狀驗證等方面[5]；因其具有可快速獲取圖像、分辨力高且劑量響應(yīng)線性等特點[1，6-8]，使其適用于患者的在線劑量驗證，且近年來對其在劑量驗證方面的應(yīng)用與研究亦越來越多[9-10]。EDOSE 在線劑量驗證系統(tǒng)由廣州瑞多思醫(yī)療公司研究開發(fā)，可直接利用直線加速器自帶的電子射野影像系統(tǒng)采集EPID 影像，并利用患者的計劃信息（RT-plan）、勾畫信息（RT-structure）、CT 圖像、劑量信息（RT-Dose）進行劑量的三維反推重建，進而與計劃系統(tǒng)的計算劑量進行比較[11-12]，據(jù)此不僅可分析得到計劃驗證的γ 通過率，同時還可分析出靶區(qū)與危及器官的體積劑量差異。國內(nèi)關(guān)于EDOSE 系統(tǒng)的三維劑量驗證研究較少，且未發(fā)現(xiàn)針對宮頸癌VMAT 計劃的三維劑量驗證研究。鑒于此，本研究將基于EDOSE在線劑量驗證系統(tǒng)分析宮頸癌VMAT 計劃的測量重建劑量與放射治療計劃系統(tǒng)（treatment planning system，TPS）計算劑量在三維體積劑量學(xué)方面的差異，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

隨機選取2021年1—12月深圳市人民醫(yī)院放療科收治的20例宮頸癌術(shù)后患者，年齡41～65歲，中位 年 齡48歲；Ib1期3例，Ib2期5例，Ⅱa1期7例，Ⅱa2期5例。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)。

1.2 儀器與軟件

瑞典醫(yī)科達(dá)公司生產(chǎn)的Synergy 直線加速器，配備在線影像驗證系統(tǒng)EPID；瑞典醫(yī)科達(dá)公司研究開發(fā)的Monaco 5.11.01計劃系統(tǒng)和MOSAIQ信息管理系統(tǒng)；廣州瑞多思醫(yī)療公司研究開發(fā)的EDOSE 在線劑量驗證系統(tǒng)。

1.3 計劃設(shè)計

協(xié)助患者取俯臥位，行熱塑膜體位固定，然后予以CT 掃描，設(shè)置掃描層厚為3 mm，掃描后將圖像傳輸至Monaco TPS 進行三維重建，隨后由主管醫(yī)師勾畫靶區(qū)（計劃靶區(qū)）及危及器官（小腸、膀胱、直腸、股骨頭和骨髓），處方劑量為4 860 cGy/27 f；為每例患者設(shè)計VMAT 計劃，能量選用6 MV 光子線，予以179°～181°順時針和181°～179°逆時針兩個全弧照射，設(shè)置準(zhǔn)直器和治療床角度均為0°。

1.4 測量方法

將患者的治療計劃傳送至MOSAIQ 系統(tǒng)，核查排程，準(zhǔn)備驗證，即于治療前將患者治療計劃的RT-plan、RT-structure、CT 圖像、RT-Dose 傳輸至EDOSE 服務(wù)器，待該軟件獲取EPID 圖像后，基于EPID 測量結(jié)果反推射野通量，再利用射線追蹤和迭代法計算模體表面的射野通量，然后基于CT 圖像進行患者體內(nèi)的三維劑量重建，最終與計劃系統(tǒng)計算劑量進行對比。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采 用3%/3 mm 和3%/2 mm 的γ 分 析 標(biāo) 準(zhǔn) 開 展對患者的劑量驗證分析，閾值設(shè)為10%。靶區(qū)參考指標(biāo)為計劃靶區(qū)D98和D2（Dx表示x%靶區(qū)體積所受到的照射劑量），危及器官參考指標(biāo)為小腸、膀胱、直腸、股骨頭和骨髓V40、V30、V20、V10（Vx表示接受x Gy 劑量照射的危及器官的體積百分比），劑量的差異值=（EDOSE 測量值－TPS 計算值）/TPS 計算值×100%。

1.6 統(tǒng)計學(xué)處理

采用SPSS 26.0統(tǒng)計軟件分析數(shù)據(jù)。符合正態(tài)分布的計量資料以±s表示，采用配對t檢驗；非正態(tài)分布計量資料以M（Q1，Q3）表示，采用Wilcoxon秩和檢驗。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 計劃靶區(qū)劑量學(xué)差異

20 例 患 者 計 劃 驗 證 的3%/3 mm γ 通 過 率 為（97.82±0.81）%，3%/2 mm γ 通過率為（96.25±1.20）%。患者計劃靶區(qū)D98，TPS 計算值與EDOSE 測量值比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）；患者計劃靶區(qū)D2，TPS 計算值與EDOSE 測量值比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），但偏差小于3%，此差異臨床可接受，見表1。

表1 基于TPS 和EDOSE 的計劃靶區(qū)劑量學(xué)差異[±s；M（Q1，Q3）；20例]

表1 基于TPS 和EDOSE 的計劃靶區(qū)劑量學(xué)差異[±s；M（Q1，Q3）；20例]

注：TPS 為放射治療計劃系統(tǒng)，Dx 表示x%靶區(qū)體積所受到的照射劑量

（cGy） t P TPS 與EDOSE差異值（%）D98 4 836.05±40.64 4 846.68±69.82 -1.08 0.29 0.22±0.89 D2 5 214.68±48.72 5 329.10±49.91 -21.70 0.00 1.20（1.84，2.67）參數(shù) TPS（cGy）EDOSE

2.2 危及器官劑量學(xué)差異

小腸V40、V30、V20、V10，直腸V40、V30，右股骨頭V20、V10，左股骨頭V20、V10，以及骨髓V10，TPS 計算值與EDOSE 測量值比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）；膀胱V40、V30，右股骨頭V40、V30，左股骨頭V40、V30，以及骨髓V40、V30、V20，TPS 計算值與EDOSE 測量值比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），見表2。

表2 基于TPS 和EDOSE 的危及器官劑量學(xué)差異[±s；M（Q1，Q3）；20例]

表2 基于TPS 和EDOSE 的危及器官劑量學(xué)差異[±s；M（Q1，Q3）；20例]

注：TPS 為放射治療計劃系統(tǒng)，Vx 表示接受x Gy 劑量照射的危及器官的體積百分比

器官 參數(shù) TPS（%） EDOSE（%） t/Z P TPS與EDOSE差異值（%）小腸 V40 4.09±4.09 4.17±3.83 -0.61 0.55 2.80±18.21 V30 20.38±11.34 19.87±10.85 1.92 0.07 -1.86±4.76 V20 50.14±16.65 50.24±16.47 -0.60 0.55 0.37±1.52 V10 82.32±16.40 82.32±16.30 0.00 1.00 0.04（-0.33，0.77）直腸 V40 72.91±20.13 73.31±18.31 -0.36 0.73 0.74（0.12，3.93）V30 98.66（91.15，99.94） 98.80（91.98，100.00） -2.10 0.05 0.11（0.00，1.75）膀胱 V40 62.37±14.19 64.92±14.66 -7.94 0.00 4.00±2.39 V30 96.22（81.67，97.96） 97.02（83.00，98.06） -3.50 0.00 0.36（0.10，1.32）右股 V40 2.38（0.92，5.33） 1.83（0.81，4.43） -2.77 0.01 -7.63（-19.80，0.00）骨頭 V30 10.90（8.62，19.78） 10.03（6.32，19.39） -3.02 0.00 -0.87±1.48 V20 29.78（18.48，42.69） 30.18（18.08，47.81） -1.81 0.07 -2.16（-4.40，0.81）V10 76.33±16.74 75.60±16.69 1.99 0.06 -0.93±2.54左股 V40 2.53（1.48，6.08） 2.40（1.22，6.42） -1.49 0.04 -6.66（-15.27，9.30）骨頭 V30 11.41（8.88，23.77） 10.59（7.87，21.40） -2.07 0.04 -4.40±9.65 V20 35.26±15.99 34.81±15.61 -1.53 0.15 -0.72±4.28 V10 77.68±15.11 77.81±15.18 -0.20 0.84 0.05±3.92骨髓 V40 35.07±5.17 36.11±5.27 7.34 0.00 2.10±1.67 V30 58.41±5.56 59.00±5.76 -3.77 0.00 0.99±1.13 V20 79.04±5.30 79.33±5.37 -2.94 0.01 0.37±0.53 V10 92.37±4.82 92.48±4.84 -1.88 0.08 0.12±0.27危及

3 討論

在宮頸癌放射治療中，VMAT 技術(shù)因具有治療速度快、執(zhí)行效率高等特點已得到廣泛應(yīng)用。而在利用該技術(shù)進行計劃執(zhí)行的過程中，多葉光柵、劑量率、準(zhǔn)直器角度和機架速度不斷變化的特性使得計劃的執(zhí)行更加復(fù)雜，易導(dǎo)致劑量偏差。因此，開展對VMAT 計劃的劑量驗證工作尤為重要[13-14]。

最初設(shè)計EPID 的目的是用于患者的擺位驗證，而目前大多數(shù)醫(yī)院采用圖像更加清晰的錐形束CT 進行三維擺位驗證，而EPID 因具有可快速獲取圖像、分辨力高且劑量響應(yīng)線性等特點適用于患者的劑量驗證[15-17]。EDOSE 在線劑量驗證系統(tǒng)可先運用反卷積方法計算EPID 的表面通量，再利用射線追蹤和迭代法計算模體表面的射野通量，最后進行三維劑量重建，分析靶區(qū)及危及器官的實際測量劑量和計劃系統(tǒng)理論計算劑量的差異。臨床利用EDOSE 系統(tǒng)不僅可驗證患者的執(zhí)行計劃與TPS 計劃之間的γ 通過率，還可反推患者體內(nèi)的劑量分布，直觀地顯示靶區(qū)與危及器官TPS 計算劑量和驗證重建劑量的差異。本研究中3%/3 mm 與3%/2 mm 標(biāo)準(zhǔn)的γ 通過率均超過95%，符合臨床要求；計劃靶區(qū)的D98和D2偏差均較小，雖然D2EDOSE 測量值與TPS 計算值差異有統(tǒng)計學(xué)意義，但小于3%，此差異在臨床可接受范圍內(nèi)[14]；危及器官中左、右股骨頭偏差較大，特別是V40，分別為-6.66（-15.27，9.30）%和-7.63（-19.80，0.00）%，且EDOSE 測量值與TPS 計算值差異有統(tǒng)計學(xué)意義，分析原因為，股骨頭的體積相對其他危及器官較小且40 Gy 所占的劑量體積較小，因此小的劑量偏差導(dǎo)致差異的百分比增大，這與Grothe 等[18]、李政歡等[19]的研究結(jié)果相似，說明小體積靶區(qū)或危及器官造成的劑量偏差會比大體積的更大[20-21]。另外，Leech 等[22]研究發(fā)現(xiàn)，由于探測板空間分辨力不夠高，導(dǎo)致基于測量計算的解剖結(jié)構(gòu)的邊緣不夠準(zhǔn)確，從而導(dǎo)致基于測量重建的劑量小于計劃系統(tǒng)計算劑量，與本研究結(jié)果一致。

總之，基于EPID 的EDOSE 在線劑量驗證系統(tǒng)不僅可提高宮頸癌患者VMAT 計劃的γ 通過率，還可分析靶區(qū)和危及器官的三維劑量體積差異，是傳統(tǒng)劑量驗證方式的有效補充和延伸，可為宮頸癌VMAT 準(zhǔn)確性提供保障。