MatriXX兩種劑量驗證方法在頭頸部腫瘤調強放療計劃驗證中的對比研究

梅長文,王 瑋,宮尚明,邵尚敏

(宣城市人民醫院,皖南醫學院附屬宣城醫院,安徽 宣城 242000)

調強放射治療(IMRT)通過多葉光柵(MLC)的不斷運動,動態調整射野內各點的輸出劑量率,實現靶區劑量分布與靶體積在三維空間上的形狀一致[1-2]。頭頸部腫瘤放療時的靶區器官解剖結構復雜,計劃的劑量分布高度適形,因此計劃執行前的劑量驗證測量成為確保治療準確性的關鍵[3-4]。MatriXX二維電離室矩陣帶有角度傳感器,不僅可以行機架角度歸零的劑量驗證,也可以行實際機架角度的劑量驗證[5]。本文選取2021年4月—2022年4月治療的頭頸部腫瘤患者20 例,回顧性分析基于機架角度歸零多野合成和實際機架角度多野合成兩種驗證方法在不同γ通過率分析標準下的差異,制訂符合本科室設備特點的劑量驗證標準。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2021年4月—2022年4月收治的頭頸部腫瘤患者20 例,其中男18 例,女2 例,中位年齡64 歲;喉癌7 例,下咽癌5 例,舌癌4 例,鼻咽癌4 例。所有患者均采用頭頸肩熱塑膜固定,行增強模擬定位掃描,醫生按照國際輻射單位與測量委員會(ICRU) 83號報告要求勾畫靶區和危及器官。所有患者均采用動態多葉光柵(dMLC)技術制作IMRT計劃,能量采用6MV X射線,計算網格為0.2 cm。治療機為醫科達(Elekta,Sweden)Synergy型醫用電子直線加速器,配備MLCi2機頭。

納入標準:經病理證實的頭頸部原發惡性腫瘤;放療靶區須包含頸部淋巴引流區。

排除標準:合并有其他惡性腫瘤者;頭頸部轉移性癌者;僅行局部病灶放療者。

1.2 驗證方法和結果分析

驗證設備為IBA公司MatriXX二維電離室矩陣及該公司MiniPhantom模體,劑量驗證測量和γ通過率分析軟件為IBA公司My QA(version:2018-001)。將患者IMRT計劃移植到驗證模體的CT圖像,由Monaco治療計劃系統(TPS)分別計算機架角度歸零和實際機架角度下的劑量分布,計算完成后分別導出等中心層面多野合成的劑量分布文件,供后續分析γ通過率時使用。

首先對直線加速器和MatriXX進行絕對劑量校準。然后,按機架角度歸零的驗證方法進行劑量驗證測量,得到角度歸零方法下的多野合成劑量分布結果。將角度傳感器接入MatriXX,按實際機架角度方法進行劑量驗證測量,得到實際角度方法下的多野合成劑量分布結果。將兩種驗證方法下測量得到的劑量分布與Monaco計劃系統導出的等中心層面劑量分布進行比較,采用2 mm/2%,2 mm/3%和3 mm/3%的γ通過率分析標準,計算不同驗證方法下的γ通過率。γ通過率大于90%定為通過驗證[6]。

1.3 統計學方法

使用SPSS 20.0軟件對兩種劑量驗證方法下采用不同分析標準計算得到的γ通過率結果進行分析。首先,對數據進行正態性檢驗,符合正態分布者應用配對樣本t檢驗,否則,使用Wilxocon符號秩和檢驗。對同一種測量方法下不同分析標準的γ通過率結果應用多個相關樣本Friedman檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

20 例頭頸部腫瘤患者IMRT計劃分別按機架角度歸零多野合成測量和實際機架角度多野合成測量,使用2 mm/2%,2 mm/3%,3 mm/3%三種分析標準得到的γ通過率見表1,并繪制箱形圖(見圖1)。頭頸部腫瘤患者兩種驗證方法的TPS計算和實際測量的劑量分布對比見圖2。

圖1 2 mm/2%和2 mm/3%及3 mm/3%標準下的γ通過率

(a):TPS計算的機架歸零多野合成的等中心層冠狀面劑量分布;(b):實際測量的機架歸零多野合成的劑量分布;(c):TPS計算的實際機架角度多野合成的等中心層冠狀面劑量分布;(d):實際測量的實際機架角度多野合成的劑量分布圖2 兩種驗證方法下TPS計算和實際測量的劑量分布圖

表1 兩種驗證方法下的γ通過率[M(M1,M2)] 單位:%

2.1 不同驗證方法的比較

比較采用2 mm/2%,2 mm/3%和3 mm/3%分析標準計算得到的γ通過率,結果顯示,基于機架角度歸零多野合成驗證方法的γ通過率均高于基于實際機架角度的γ通過率(P<0.05)。針對機架角度歸零多野合成驗證方法的驗證結果,使用2 mm/2%的分析標準,通過驗證的計劃比例為70%(14/20),使用2 mm/3%的分析標準,通過的比例為95%(19/20),使用3 mm/3%的分析標準,通過的比例為100%(20/20)。采用實際機架角度多野合成的驗證方法,通過驗證的比例分別為30%(6/20),90%(18/20)和100%(20/20)。

2.2 不同分析標準的比較

針對機架角度歸零驗證方法測量結果,使用2 mm/2%,2 mm/3%和3 mm/3%三種分析標準計算得到γ通過率呈升高趨勢,差異有統計學意義(P<0.05)。采用實際機架角度驗證方法時也呈升高趨勢(P<0.05)。成對比較分析結果顯示,機架角度歸零的驗證方法下2 mm/2%分析標準計算得到的γ通過率與2 mm/3%,3 mm/3%標準的γ通過率的差異具有統計學意義(P<0.05),2 mm/3%的γ通過率與3 mm/3%的差異也具有統計學意義(P<0.05)。針對實際機架角度驗證方法下三種分析標準的事后成對比較結果顯示,三種γ通過率分析標準兩兩比較,差異均具有統計學意義(P<0.05)。

3 討 論

IMRT計劃的劑量驗證是物理師日常質控工作中的重要內容[7],計劃的γ通過率不僅可以反映TPS計算劑量和實際照射劑量的差異,也可以反映加速器實際的機械精度和劑量準確度及MLC執行放療計劃時的到位精度等[8-10]。電離室探測器陣列操作簡單、使用方便,是目前IMRT劑量驗證廣泛使用的設備[11]。

采用MatriXX二維電離室陣列,配合角度傳感器,對20 例頭頸部腫瘤患者復雜靶區的放療計劃進行驗證測量,分別使用2 mm/2%,2 mm/3%,3 mm/3%的分析標準計算γ通過率。結果顯示,三種分析標準下基于實際機架角度多野合成驗證測量的γ通過率結果均低于機架角度歸零的驗證(P<0.05),與現有研究一致[12]。徐慶豐等[13]研究顯示,使用Synergy加速器,3 mm/3%標準下實際角度驗證的γ通過率比使用機架角度歸零驗證方法的結果低,差異為2.8%,與本實驗的結果接近。筆者分析差異可能來自機架和準直器到位準確度和不同機架角度時重力條件對MLC到位精度的影響。計劃驗證的γ通過率也與分析標準的選取緊密相關,分析標準越嚴苛,γ通過率越低[6],這與本研究的結果一致。本研究結果表明,無論選用何種驗證方法進行劑量測量,分析標準越嚴苛,γ通過率越低(P<0.05)。

機架角度歸零多野合成的驗證測量結果僅可以反映治療計劃在零度時所有射野實際投照劑量疊加后的準確性,不能反映每個治療野的劑量分布情況,更無法全面反映實際治療條件下的劑量分布[14]。因此,北美物理師學會TG 218號報告推薦使用實際角度合成測量的方式進行劑量驗證測量,并且采用2 mm/3%的分析標準進行γ通過率計算[4]。本研究顯示,采用實際角度多野合成的測量方法、2 mm/3%的分析標準,90%的頭頸部復雜靶區的患者IMRT計劃可以通過劑量驗證。李成強等[15]和Crowe等[16]的研究顯示,γ通過率和治療部位、射野調制的復雜程度有關,因此對于治療其他部位腫瘤的IMRT計劃,采用TG 218號報告推薦標準進行驗證測量,通過計劃驗證的比例將大于90%。對于不能通過實際機架角度多野合成測量、2 mm/3%標準的計劃,應分析未通過的點是否主要位于靶區或危及器官內,如果是則應采用機架角度歸零測量、分野驗證測量、2 mm/3%標準進行γ通過率分析或調整放療計劃重新驗證,直至滿意為止。

綜上所述,MatriXX兩種驗證方法均可運用于頭頸部腫瘤復雜靶區的調強計劃驗證,實際機架角度多野合成的驗證方法更符合真實照射時的情況,2 mm/3%的標準能更好地分析出實測的劑量分布與TPS計算的劑量分布之間的差異。通過實際角度多野合成測量、2 mm/3%標準進行γ通過率分析,可以保證治療時的準確性和患者的安全。