固定野調強與容積旋轉調強在前列腺癌放療計劃獨立驗算中的比較*

潘淑豪

（安徽醫科大學第一附屬醫院 腫瘤放療科，安徽 合肥 230022）

固定野調強（IMRT）與容積旋轉調強（VMAT）已廣泛用于臨床放療。調強計劃治療前的測量驗證耗時耗力［1-2］，對于需要盡早開始的姑息性放療，效率是影響調強計劃質量保證（QA）的一個重要因素。較于測量驗證，基于獨立運算的二次劑量驗證可更加高效完成調強放療計劃QA［3-10］。基于蒙特卡羅（MC）的獨立計算驗證已獲得研究證明［11-12］，但IMRT/VMAT 基于MC 算法的二次驗證比較的研究尚未見報道。故，本研究使用基于MC 算法的商業軟件VERIQA 對前列腺癌IMRT/VMAT 計劃進行二次劑量驗證，比較兩者的驗算差異。TG-114 報告要求初始劑量和驗證劑量間的差異不應超過±5%［13］，但并未涉及IMRT/VMAT。本研究將評估前列腺癌IMRT/VMAT 計劃中±5%的局部劑量驗算差異是否是一個合理的執行閾值。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取2022 年4～5 月在安徽醫科大學第一附屬醫院接受前列腺癌放射治療的22 例患者，分別設計7 野調強（7IMRT）計劃和VMAT 計劃。

1.2 計劃設計與驗證

7IMRT 與VMAT 計劃均選擇美國瓦里安直線加速器VitalBeam 的6 MV 光子線輸出，治療計劃系統（TPS）為瓦里安Eclipse 13.6 系統，采用向異性分析算法（AAA）。7IMRT 計劃機架角度均分，機頭、床角均為0°，劑量率600 MU/min；VMAT計劃使用兩全弧，機頭分別為：10°、350°，床角0°，劑量率由系統自動控制（0～600 MU/min 可變）。

本研究使用德國PTW 公司的VERIQA RT MonteCarlo 3D（簡稱VERIQA）進行調強計劃二次劑量驗證。VERIQA 通過讀取TPS 中計劃數據的CT-DICOM 圖像、RT Plans、RT Structures 及RT Dose 進行劑量獨立驗算。TPS 與VERIQA 間，使用3%/3 mm 默認標準的平均γ 通過率評估計劃靶區（PTV）。

1.3 劑量差異評估

通過選擇劑量-體積直方圖（DVH）參數中PTV 的平均劑量、中位劑量、最小劑量、最大劑量和95%靶體積劑量（D95）來分析TPS 與驗證軟件間關于PTV 的劑量差異。選擇DVH 參數中危及器官的平均劑量、中位劑量、最小劑量、最大劑量來分析膀胱和直腸的劑量驗證差異。ICRU83［14］報告定義D98為近似最小劑量、D50為中位劑量及D2為近似最大劑量，其中D2、D50和D98分別為2%、50% 和98%PTV 體積的受照量。根據ICRU83 報告計算PTV 的適形度CI 及均勻度HI。

DVH 參數的劑量差異值由公式（1）獲得：

式（1）中，DVer指VERIQA 計算劑量，DTPS指TPS 計算劑量。

1.4 統計學方法

采用SPSS 20.0 統計軟件進行數據處理，對TPS 與獨立驗算間關于靶區和危及器官的劑量差異值以均數±標準差（）表示，進行配對樣本t檢驗，P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩種技術計劃靶區劑量分布比較

7IMRT/VMAT 計劃中PTV、膀胱及直腸的平均體積分別為356 cm3、195 cm3、59 cm3。對于前列腺癌放療計劃，7IMRT 與VMAT 的CI、HI 在數值上相當，差異均無統計學意義（P＞0.05）；VMAT 中機器跳數（MU）值明顯低于7IMRT，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表1。

表1 兩種技術計劃靶區劑量分布比較（n=22,）

表1 兩種技術計劃靶區劑量分布比較（n=22,）

2.2 兩種技術PTV 劑量差異值分布比較

7IMRT 中平均劑量、中位劑量、最大劑量的劑量差異更大；VMAT 中最小劑量的劑量差異更大；兩種計劃中靶區劑量覆蓋的劑量差異及γ 通過率相當。使用配對t檢驗分析，7IMRT 和VMAT 間劑量驗算差異均無統計學意義（P＞0.05）。見表2。前列腺癌7IMRT/VMAT 計劃中PTV 劑量驗算差異的箱線圖，見圖1。

圖1 前列腺癌7IMRT/VMAT 計劃中PTV 的DVH 劑量驗算差異箱線圖

表2 兩種技術PTV 劑量差異值分布比較（n=22,）

表2 兩種技術PTV 劑量差異值分布比較（n=22,）

2.3 兩種技術危及器官劑量差異比較

對于7IMRT/VMAT 計劃，膀胱的DVH 劑量驗算，7IMRT 中平均劑量、中位劑量、最大劑量的驗算差異有統計學意義（P＜0.05）；7IMRT 中最小劑量的驗算差異無統計學意義（P＞0.05）。見表3。

表3 兩種技術膀胱受照劑量差異值分布比較（n=22,）

表3 兩種技術膀胱受照劑量差異值分布比較（n=22,）

對于7IMRT/VMAT 計劃，直腸的DVH 劑量驗算，7IMRT 中最小劑量、平均劑量、中位劑量的驗算差異有統計學意義（P＜0.05）；7IMRT 中最大劑量的驗算差異無統計學意義（P＞0.05）。見表4。

表4 兩種技術直腸受照劑量差異值分布比較（n=22,）

表4 兩種技術直腸受照劑量差異值分布比較（n=22,）

7IMRT/VMAT 計劃中，較與其他DVH 參數，膀胱和直腸的最大劑量驗算差異最大，其中7IMRT 中差異平均值為-6.41，VMAT 中差異平均值為-5.47。見圖2。

圖2 前列腺癌7IMRT/VMAT 計劃中危及器官的DVH 劑量驗算差異箱線圖

3 討論

QA 是調強放療的關鍵環節。本文針對前列腺癌放療計劃QA 展開研究。傳統的計劃驗證所需時間較長，降低了調強計劃QA 的效率。計劃的二次劑量驗證高效省時，劑量計算過程獨立于TPS。IMRT 與VMAT 的調制手段不同，目前關于二者的獨立驗算的研究尚不多，且不同研究結構的驗算差異不一致。因此，本研究結果將有助于基于劑量驗算差異建立統一的IMRT/VMAT 計劃執行閾值。

研究中發現，前列腺癌IMRT/VMAT 計劃中靶區和危及器官的劑量差異分布不同。從表2 可以看出，PTV 的劑量驗算差異在±1% 以內，其中PTV 的中位劑量驗算差異最大，且VMAT 計劃中DVH 劑量驗算差異的標準差更大。由表3、4 可以看出，危及器官的驗算差異較大，其中膀胱的驗算差異在±5%以內；直腸的平均劑量、最小劑量計中位劑量驗算差異在±5%以內，最大劑量的差異超過±5%。由圖1 可以看出，VMAT 計劃中PTV 最小劑量及平均劑量的劑量驗算差異中位值較高；7IMRT 計劃中PTV 中位劑量、最大劑量及95%體積劑量的劑量驗算差異中位值較高。由圖2可以看出，7IMRT 計劃中膀胱和直腸的劑量驗算差異均大于VMAT 計劃。

劑量驗算算法會影響劑量計算精度，如疊加/卷積算法、解析各向異性算法和折疊錐卷積等劑量計算的準確性略低［15-17］。本研究中二次劑量驗證采用MC 算法，TPS 采用AAA 算法，結果顯示驗算的劑量低于TPS 初始劑量。故，在進行獨立劑量計算時，應明確二次驗證軟件的劑量計算算法。

本研究結果與KUPPUSAMY 等［18］報道結果相似，靶區的劑量差異在±1%以內。定義行動閾值是為了確定計劃是否可接受，是否需觸發下一步操作如模體測量［13］。在IMRT 和VMAT 中，±1%的局部劑量差異或可是前列腺計劃執行的合理行動閾值。

配合使用指型或平板電離室的測量驗證，獨立劑量計算或可成為IMRT/VMAT 計劃更強大的QA 工具［19-20］。隨著驗證軟件的不斷升級，獨立劑量驗算的優勢在逐漸顯現。