基于預(yù)測(cè)劑量工具的乳腺癌放療計(jì)劃質(zhì)量控制

陳開(kāi)強(qiáng)

福建醫(yī)科大學(xué)腫瘤臨床醫(yī)學(xué)院·福建省腫瘤醫(yī)院 (福建福州 350014)

乳腺癌是女性中最常見(jiàn)的惡性腫瘤，全球每年約有120萬(wàn)女性患病。手術(shù)、放療、化療、靶向治療等多學(xué)科的綜合治療策略大大改善了乳腺癌患者的預(yù)后。放療是乳腺癌重要治療手段之一[1-2]，術(shù)后輔助放療可顯著降低局部復(fù)發(fā)并改善患者生存質(zhì)量。乳腺癌術(shù)后臨床靶區(qū)一般包含胸壁及鎖骨上區(qū)，形狀不一，緊鄰皮膚，且周邊危及器官較多，比如心臟、肺等。容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)(volumetric modulated arc therapy，VMAT)技術(shù)不但能給靶區(qū)提供極佳的劑量分布，還能保護(hù)鄰近的危及器官，已逐步成為當(dāng)今主流的放療技術(shù)[3-4]；但是，該技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，其劑量率、多葉光柵(multi-leave collimators，MLC)葉片、準(zhǔn)直器角度及機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度等在治療過(guò)程中連續(xù)動(dòng)態(tài)變化，實(shí)施治療時(shí)存在諸多不確定性因素。所以，為保證實(shí)施治療過(guò)程中劑量能夠精確傳遞到患者病灶部位，VMAT的質(zhì)量保證顯得尤為重要。

現(xiàn)今，COMPASS(德國(guó)IBA公司)、ArcCHECK(美國(guó)SunNuclear公司)、Delta4(瑞典ScandiDos)等商用劑量驗(yàn)證工具已被大量用于放療計(jì)劃的劑量驗(yàn)證中[5-10]。但美國(guó)瓦里安TrueBeam等機(jī)型自身機(jī)載有1套用于驗(yàn)證放療計(jì)劃劑量的預(yù)測(cè)劑量工具(portal dosimetry，PD)系統(tǒng)，它基于非晶硅電子射野影像裝置(amorphous silicon electronic portal imagingdevice，a-Si EPID)，具有良好的圖像質(zhì)量、劑量響應(yīng)及抗輻射性等特點(diǎn)，并且操作簡(jiǎn)單、使用方便[11-14]。本研究旨在使用PD和ArcCheck系統(tǒng)對(duì)乳腺癌VMAT放療計(jì)劃進(jìn)行劑量驗(yàn)證，比較這兩種劑量驗(yàn)證方法的結(jié)果差異，為瓦里安治療計(jì)劃系統(tǒng)(treatment planning system，TPS)的劑量驗(yàn)證方式選擇提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 一般材料

使用美國(guó)瓦里安TrueBeam加速器及Eclispe 15.6 TPS，該加速器經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格臨床驗(yàn)收測(cè)試；60對(duì)MLC(類(lèi)型Millennium)，中間40對(duì)葉片，厚度5 mm，兩邊各10對(duì)葉片，厚度10 mm，最大照射野為40 cm×40 cm；PD劑量驗(yàn)證分析系統(tǒng)，機(jī)載于TrueBeam等機(jī)型上，由射野劑量圖像預(yù)測(cè)算法(portal dose image prediction，PDIP)計(jì)算軟件、電子射野影像系統(tǒng)(electronic portal image dosimetry，EPID)板、PD分析軟件構(gòu)成；ArcCHECK系統(tǒng)由驗(yàn)證軟件和圓柱體模體組成，該模體上有1 386個(gè)半導(dǎo)體探測(cè)器，每個(gè)探測(cè)器間距為1 cm，物理深度為2.9 cm，有效測(cè)量面積為21 cm×21 cm，軟件版本為6.7.0。

1.2 臨床病例選擇

選取2021年10月至2022年5月于福建省腫瘤醫(yī)院接受放療的27例乳腺癌患者，均為女性；年齡35～55歲，平均45.5歲；左乳癌10例，右乳癌17例。

1.3 計(jì)劃設(shè)計(jì)

使用瓦里安Eclipse 15.6 TPS制作VMAT放療計(jì)劃。根據(jù)靶區(qū)分布情況，采用1個(gè)中心，4個(gè)照射野。所有患者胸壁和鎖骨上靶區(qū)處方劑量均為45 Gy/25次，每周5次，每次180 cGy。

1.4 驗(yàn)證及分析方法

1.4.1PD系統(tǒng)驗(yàn)證

在瓦里安Eclipse 15.6 TPS中，27例乳腺癌VMAT放療計(jì)劃各創(chuàng)建1個(gè)PD驗(yàn)證計(jì)劃，不必導(dǎo)入驗(yàn)證模體，最終計(jì)算采用PDIP。計(jì)劃批準(zhǔn)和預(yù)約驗(yàn)證后，在直線(xiàn)加速器下調(diào)用并執(zhí)行這些驗(yàn)證計(jì)劃。執(zhí)行結(jié)束后，在TPS PD軟件模塊中，可以看到各個(gè)野的計(jì)劃圖像和測(cè)量圖像，使用Gamma分析工具按3 mm(距離符合度)、3%(劑量差異)、10%(劑量閾值)標(biāo)準(zhǔn)分析劑量驗(yàn)證結(jié)果，最終得到相對(duì)和絕對(duì)Gamma通過(guò)率，詳見(jiàn)圖1。

圖1 PD驗(yàn)證分析

1.4.2ArcCHECK系統(tǒng)驗(yàn)證

驗(yàn)證前，首先打開(kāi)要驗(yàn)證的VMAT放療患者，創(chuàng)建1個(gè)驗(yàn)證計(jì)劃，導(dǎo)入ArcCHECK模體影像(事先在CT模擬機(jī)上掃描獲得)，接著完成劑量計(jì)算。驗(yàn)證時(shí)，按定位標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行模體擺位后執(zhí)行計(jì)劃，最后按3%/3mm標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，詳見(jiàn)圖2。

圖2 ArcCHECK驗(yàn)證分析

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用 SPSS 20.0軟件針對(duì)兩種不同劑量驗(yàn)證方法的驗(yàn)證結(jié)果比較行配對(duì)t檢驗(yàn)，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

27例乳腺癌，根據(jù)Gamma分析工具按3%/3mm標(biāo)準(zhǔn)分析，PD 驗(yàn)證計(jì)劃54個(gè)劑量驗(yàn)證結(jié)果，相對(duì)和絕對(duì)劑量各27個(gè)，其通過(guò)率均為(100.0±0.0)%；ArcCHECK系統(tǒng)驗(yàn)證計(jì)劃54個(gè)劑量驗(yàn)證結(jié)果，相對(duì)和絕對(duì)劑量各27個(gè)，其通過(guò)率分別為(95.6±1.7)%、(92.7±1.5)%。前者的通過(guò)率高于后者，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t相對(duì)=-13.3，t絕對(duì)=-24.95，P值均<0.05)，詳見(jiàn)圖3。

注：PD為預(yù)測(cè)劑量工具

3 討論

放療計(jì)劃質(zhì)量控制的關(guān)鍵是確認(rèn)TPS計(jì)算精度和機(jī)器劑量傳輸精度，當(dāng)中測(cè)量驗(yàn)證工具的選取也是質(zhì)量控制工作的重點(diǎn)。柏朋剛等[5]通過(guò)在鼻咽癌VMAT劑量驗(yàn)證中應(yīng)用TPS計(jì)算和COMPASS實(shí)際測(cè)量，結(jié)果顯示通過(guò)率均>95%，表明COMPASS驗(yàn)證系統(tǒng)是VMAT劑量驗(yàn)證的一個(gè)比較理想的工具，它可以較快速、直觀(guān)地分析出靶區(qū)理論和實(shí)際照射情況下的差異。王振立等[6]對(duì)32例不同部位食管癌患者分別制作Helical旋轉(zhuǎn)照射和Direct固定野照射驗(yàn)證計(jì)劃并通過(guò)ArcCHECK測(cè)量分析對(duì)比驗(yàn)證結(jié)果，其結(jié)果顯示，3%/3 mm的標(biāo)準(zhǔn)，兩種照射方式通過(guò)率均>95%，證明ArcCHECK驗(yàn)證系統(tǒng)具有較好的適用性。此外，Adam等[15]結(jié)果顯示ArcCHECK檢測(cè)器可進(jìn)行近距離TPS軟件質(zhì)量控制工作。

目前，本單位新進(jìn)一臺(tái)瓦里安TrueBeam加速器，為放療計(jì)劃驗(yàn)證方式提供數(shù)據(jù)支持，我們比較了傳統(tǒng)驗(yàn)證方式和機(jī)器自帶的PD系統(tǒng)的優(yōu)劣性，結(jié)果顯示，27例乳腺癌VMAT放療計(jì)劃劑量驗(yàn)證中，PD和ArcCHECK驗(yàn)證結(jié)果均能滿(mǎn)足臨床需要，但PD系統(tǒng)的相對(duì)和絕對(duì)劑量通過(guò)率均為(100.0±0.0)%，ArcCHECK系統(tǒng)的相對(duì)和絕對(duì)劑量通過(guò)率分別為(95.6±1.7)%、(92.7±1.5)%，前者的通過(guò)率高于后者，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t相對(duì)=-13.3，t絕對(duì)=-24.95，P值均<0.05)，與王杰等[16]的結(jié)果吻合。可見(jiàn)，這些PD驗(yàn)證計(jì)劃的射野三維劑量驗(yàn)證結(jié)果總體上較好，這些乳腺癌放療計(jì)劃參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸和治療實(shí)施比較準(zhǔn)確。當(dāng)然，ArcCHECK的通過(guò)率偏低可能是由于探測(cè)器矩陣某些區(qū)域探頭出現(xiàn)亮紅顯示，影響了驗(yàn)證結(jié)果，盡管我們做了修正處理。

瓦里安的PD系統(tǒng)，包含a-Si EPID和PD分析軟件，常用于放療計(jì)劃的劑量驗(yàn)證，與使用三維探測(cè)器矩陣ArcCHECK等劑量驗(yàn)證產(chǎn)品相比，使用該系統(tǒng)減少了數(shù)據(jù)輸入輸出的步驟，也不必關(guān)聯(lián)線(xiàn)路和擺放沉重的模體及探測(cè)器矩陣，這樣看來(lái)，使用PD系統(tǒng)在驗(yàn)證工作中優(yōu)勢(shì)明顯[17-19]。另外，PD系統(tǒng)在放療中位置驗(yàn)證方面也有廣泛運(yùn)用[20-21]。針對(duì)探測(cè)器精度，ArcCHECK探測(cè)器分辨率低(每個(gè)探測(cè)器間距為0.76 cm)，自然采樣區(qū)域較少，而PD分辨率較高(每個(gè)探測(cè)器間距為0.039 cm)，測(cè)量所得數(shù)據(jù)更精準(zhǔn)。在實(shí)際驗(yàn)證工作中，PD系統(tǒng)也有不足之處，例如，PD只是利用直線(xiàn)加速器EPID獲得的影像信息，并預(yù)測(cè)算法重建二維劑量，驗(yàn)證過(guò)程中沒(méi)有患者或者模體；此外，EPID隨機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中有可能存在偏移現(xiàn)象，而影響了劑量的準(zhǔn)確投遞，這就要求我們?cè)诮窈蟮墓ぷ髦刑岣邔?duì)機(jī)器質(zhì)量保證的檢查頻度。

綜上所述，兩種劑量驗(yàn)證方式均可用于瓦里安TrueBeam加速器的計(jì)劃驗(yàn)證中，但PD劑量驗(yàn)證方式的工作效率、劑量驗(yàn)證精度均優(yōu)于A(yíng)rcCHECK。因此，臨床工作中推薦使用PD進(jìn)行瓦里安TrueBeam加速器的劑量驗(yàn)證。