ArcCHECK在宮頸癌TOMO計劃劑量驗證中的應用

陳思嘉

螺旋斷層放射治療（helical tomotherapy，HT）是一種新型的調強放療技術。HT 可以像CT 一樣對腫瘤逐層進行360°旋轉照射，并且治療時治療床同時移動。與傳統的直線加速器相比，HT 能夠實現腫瘤周圍劑量陡降，更好地保護正常組織[1-3]。對于中晚期（ⅡB ～ⅣB 期）宮頸癌患者，中國臨床腫瘤學會（Chinese Society of Clinical Oncology，CSCO）指南將放療作為患者綜合治療的Ⅰ級推薦[4]。宮頸癌放療中，HT 相比傳統的放療技術可以提高靶區劑量的均勻性和一致性，降低重要危及器官劑量，包括直腸、小腸、膀胱、卵巢、股骨頭等[5-6]。但HT 計劃的復雜度高、子野數目多，放療計劃實施前的劑量驗證就顯得尤為重要[7]。調強放療劑量驗證是放射治療質量保證的重要組成部分[8]。ArcCHECK（Sun Nuclear 公司，美國）是專門用來進行旋轉調強放療計劃劑量驗證的驗證設備，目前已經廣泛應用于多種放療技術的劑量驗證，包括容積旋轉調強放療（volumetric modulated arc therapy，VMAT）、HT 放療等[9-11]。本文應用ArcCHECK 模體實際測量宮頸癌患者HT 計劃執行時的劑量分布，與放療計劃系統（treatment planning system， TPS）計算得到的劑量分布進行比較，模擬不同方向不同量值擺位誤差對HT計劃伽瑪通過率的影響[12]。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2022 年4 月—2023 年5 月在廈門大學第一附屬醫院腫瘤放療科接受HT 放療的41 例中晚期宮頸癌女性患者，年齡33 ～75 歲，年齡中位數為59 歲。患者取仰臥位，以真空墊固定體位，在 GE 公司CT Lightspeed 16 模型定位機（通用電氣醫療系統公司，美國）下定位掃描，掃描層厚為5 mm。本研究為回顧性分析，且實驗過程不涉及動物、人體以及人體來源的樣本、人胚胎干細胞的科學研究，不涉及人倫道德、受試者權益和隱私等問題，未侵犯患者的權益和隱私。

1.2 方法

模擬定位后的患者CT 影像傳送至Eclipse version 15.6 醫生工作站（瓦里安醫療系統公司，美國），臨床醫師結合磁共振圖像進行腫瘤靶區和正常器官的勾畫。勾畫完成后以DICOM 格式傳送到HT 計劃系統Precision version 1.1（安科銳公司，美國）進行計劃設計，參數如下：Field width ＝5 cm，Modulation factor＝2.5 ～3.0，Pitch=0.287，Calculation grid ＝Fine，根據患者個性化的靶區調整優化條件。將治療計劃導為ArcCHECK 驗證計劃，導出RT Plan 和RT Dose 文件，用于后續劑量比對。

計劃執行采用的是Radixact X7 放療系統（安科銳公司，美國），它是新型的TOMO 平臺，配備有64 對超快速二元化氣動多葉光柵，劑量率1 000 MU/min，單次治療范圍最大可達到40 cm×160 cm。ArcCHECK 是專門用于檢測旋轉放療的三維二極管探測器陣列，見圖1。它由1 386 個SunPoint 半導體探測器組成的圓柱形模體，探測器間距0.5 cm，測量范圍為21 cm×21 cm，探測靈敏度32 nC/Gy，最大劑量/脈沖0.003 Gy，測量穩定性0.5%/kGy，采樣頻率50 ms。使用前按照說明書步驟進行矩陣、本底、劑量校準。配套使用的軟件Sun Nuclear Corporation（SNC）Patient version 6.4.1（Sun Nuclear 公司，美國）可以進行特定患者劑量的伽瑪分析。

圖1 ArcCHECK 劑量驗證設備

1.3 觀察指標

將ArcCHECK 置于在Radixact version X7 治療輸送系統的治療床上，按照驗證計劃中的激光燈坐標系擺位、連接通信線，執行驗證計劃，ArcCHECK 采集劑量數據。在SNC Patient 軟件中，將41 例患者的ArcCHECK驗證結果的劑量分布分別沿X、Y 軸方向偏移±1 mm，±2 mm，±3 mm，±5 mm，±7 mm， ±10 mm（患者右側為正，左側為負；頭方向為正，腳方向為負）。重新計算劑量分布，并與TPS 計算的劑量分布進行比對，得到伽瑪通過率的結果。采用絕對劑量進行伽瑪分析，評判條件為劑量差異（dose difference，DD）3%、一致性距離（distance to agreement，DTA）3 mm。

1.4 統計學方法

采用SPSS 25.0 軟件進行統計學分析。采用Shapiro-Wilk 檢驗法對數據正態性檢驗，P＞0.05 表示數據接近正態分布。符合正態分布的計量資料以（±s）表示，兩組正態分布數據組間比較采用配對樣本t檢驗；不符合正態分布的計量資料以[M（P25，P75）]表示，組間采用非參數配對樣本Wilcoxon 符號秩和檢驗比較不同偏移位置與原始位置的伽馬通過率差異。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 左、右方向誤差對伽瑪通過率的影響

引入左、右方向（X 方向，向右為正，向左為負）偏移誤差后，對伽瑪通過率數據進行正態性檢驗，P＜0.05表示數據為非正態分布，見表1。由于對照組（X ＝0）的伽馬通過率為非正態分布，因此采用Wilcoxon 檢驗比較計量資料的組間差異，結果見表2。往右側偏移2、3、5、7、10 mm，伽瑪通過率較原始位置（X ＝0）的98%（96.7%，99.6%） 分別下降為97.8%（96.05%，99.1%）、96.6%（94.4%，98%）、93.2%（90.1%，94.95%）、88%（84.8%，91.15%）、81.4%（77%，84.75%），差異有統計學意義（P＜0.05）；往左側偏移1、2、3、5、7、10 mm 后，通過率下降為97.4%（95.05%，99.1%）、96.1%（93.15%，97.7%）、94.1%（91.1%，96.65%）、89.6%（85.8%，92.6%）、84.9%（80%，89.6%）、79.3%（72.6%，83.05%），差異有統計學意義（P＜ 0.05）。圖2 可見，偏移量的絕對值越大，計劃的伽瑪通過率就越低；當左、右方向偏移達到5 mm 和7 mm 時，伽瑪通過率＜90%。當左右偏移達到10 mm 時，伽瑪通過率下降至約80%。

表1 帶入X 方向偏移后伽瑪通過率的正態性檢驗結果

表2 ArcCHECK 驗證結果X 方向平移后伽瑪通過率

圖2 X 方向不同偏移量下的伽瑪通過率

2.2 頭、腳方向誤差對伽瑪通過率的影響

引入頭、腳方向（Y 方向，腳方向為負，頭方向為正）偏移誤差后，對伽瑪通過率數據進行正態性檢驗，P＜ 0.05表示數據為非正態分布，見表3。由于對照組（Y ＝0）的數據為非正態分布，采用Wilcoxon 檢驗比較計量資料的組間差異，見表4。往頭方向偏移2 mm 時，伽瑪通過率與原始位置差異無統計學意義（P＞0.05）；當偏移達為1、3、5、7、10 mm 時，伽瑪通過率較原始位置的98%（96.7%，99.6%） 分別上升或下降為98.9%（97.95%，99.4%）、97.8%（96.1%，98.8%）、87.5%（82.4%，90.45%）、73.1%（67.6%，78.45%）、52.8%（50.8%，57.55%）， 差異有統計學意義（P＜0.05）。當往腳方向偏移1、2、3、5、7、10 mm 后，伽瑪通過率下降為95.3%（90.55%，97.2%）、86.4%（80.65%，91.85%）、78.6%（74.4%，81.7%）、65.9%（64.8%，68.05%）、57.4%（53.4%，60.5%）、46.5%（40.65%，51.05%），差異有統計學意義（P＜ 0.05）。從圖3 可以看出，偏移量絕對值越大，計劃的伽瑪通過率就越低；當頭方向偏移達到5 mm、腳方向偏移達到2 mm 時，伽瑪通過率＜90%。當頭、腳方向偏移達10 mm 時，伽瑪通過率僅50%左右。腳方向偏移比頭方向偏移帶來更大的伽瑪通過率下降。對比圖2、圖3 可看出，相比于左右方向的偏移，ArcCHECK 的劑量驗證結果受頭腳方向的偏移影響更大。

表3 帶入Y 方向偏移后伽瑪通過率的正態性檢驗結果

表4 ArcCHECK 驗證結果Y 方向平移后伽瑪通過率

圖3 Y 方向不同偏移量下的伽瑪通過率

3 討論

宮頸癌是第四大最常診斷的癌癥，也是婦女癌癥死亡的第四大原因，2020 年全球大約有60.4 萬例新發病例和34.2 萬例死亡病例[13]。外照射放射治療（external beam radiation therapy，EBRT）和近距離放療（brachytherapy，BT）聯合化療是中晚期宮頸癌的標準治療方法[4]。在宮頸癌的外照射放療中，直腸、小腸、膀胱、卵巢、骨髓等器官都是需要保護的正常器官，否則劑量太高會造成腸炎、膀胱炎、白細胞降低等放療副反應。

HT 是一種新的放射治療方式，它使用螺旋360°傳遞射線。HT 放療技術中氣動多葉準直器的快速打開和關閉使TOMO 能夠針對復雜形狀的腫瘤區域給予治療劑量，而正常器官的受照劑量可以更低。LI 等[5]比較了HT 與傳統調強放療（intensity modulated radiation therapy，IMRT）對中晚期宮頸癌患者劑量學和癌癥控制結果的影響，得出HT 組有更好的腫瘤靶區適形度和均勻性，對卵巢有較強的保護作用，直腸炎和白細胞減少的急性放射損傷明顯降低，放射性小腸結腸炎和膀胱炎的慢性放射損傷較低。CHENG 等[6]也發現HT 相比于傳統的三維適形放療（3-Dimensional conformal radiation therapy，3DCRT）和VMAT，直腸受照劑量更低，二級以上急性腹瀉發生的概率也更低。HT 技術似乎是治療中晚期宮頸癌的一個很好的選擇。

然而，由于現代放療技術的固有復雜性，HT 增加了對患者特異性劑量驗證的需求，對劑量驗證和擺位精度也提出了更高的要求。放療流程的質量控制不僅包含了計劃中劑量的控制，治療中擺位誤差的控制也非常重要。

美國醫學物理學會（American Association Of Physicists In Medicine，AAPM）第119 號和218 號工作組報告建議在DD 3%、DTA 3 mm 的標準下，劑量驗證的全局伽瑪通過率≥90%才能執行[14]。而放療計劃的精準傳遞依賴于患者擺位精度，因為擺位精度關系到劑量的準確傳遞，從而影響腫瘤靶區、危及器官的受照劑量[15]。例如，在乳腺癌全乳切除術后的放療中，擺位誤差就會帶來不同程度的靶區劑量影響、心臟及其亞結構以及肺部的劑量變化和正常組織并發癥概率上升[16]。

傳統劑量驗證采用的是膠片驗證，ArcCHECK 作為一種專門用于檢測旋轉放療的探測器陣列，也已廣泛應用于HT 放療計劃的劑量驗證[17-19]。在這項研究中，當對ArcCHECK 的驗證結果在SNC Patient 軟件中模擬擺位誤差時，伽瑪通過率隨著偏移的增加而迅速下降。當左、右偏移誤差≥7 mm 時，伽瑪通過率就會＜90%；當頭方向偏移≥5 mm、腳方向偏移≥2 mm 時，伽瑪通過率也會下降至＜90%。微小的偏移使伽瑪通過率明顯下降，說明擺位精度對劑量驗證結果影響很大。而腳方向的偏移比頭方向的偏移帶來更大的伽瑪通過率下降，可能是因為Y 方向的激光燈存在一些誤差，因為國標的激光燈有≤1 mm 的容差范圍。若Y 方向激光燈存在1mm 的誤差，造成驗證時ArcCHECK 的1mm 擺位誤差，因而頭、腳方向偏移造成的通過率下降呈不對稱分布。同時，與左右方向的偏移相比，ArcCHECK 的劑量驗證結果對頭腳方向的偏移更加敏感。ZHOU 等[20]對多中心全腦全脊髓VMAT 放療的擺位誤差影響使用ArcCHECK 進行了研究，發現當頭腳方向擺位誤差3 mm 時，會造成交界野處±10%的劑量誤差；當誤差達到5 mm 時，會造成35%的劑量誤差。文章中體現了國家癌癥中心/ 國家腫瘤質控中心2019 年發布的《NCC/T-RT 005—2019 調強放療劑量驗證實踐指南》、《NCC/T-RT 003—2019 螺旋斷層放療系統的質量保證》和AAPM 2018 年發布的《基于調強放療驗證測量的容差限值和方法：AAPM 工作組第218 號建議》的執行標準。

綜上所述，在使用ArcCHECK 進行HT 劑量驗證時，尤其要注意擺位精度，并確保激光燈位置的準確性。在治療患者時，更應確保擺位精度，避免產生劑量偏差，這種超出理論情況的偏差可能影響腫瘤治療效果或造成不必要的正常器官照射。本研究的局限性在于只是宏觀地分析了宮頸癌計劃的伽瑪通過率，對于計劃中具體的靶區、危及器官的照射劑量受偏移的影響尚未研究，后續可采用一些其他軟件進行劑量體積直方圖方面的研究。