Delta4高分辨率模式在VMAT劑量驗(yàn)證中的應(yīng)用

李金凱，王沛沛，李彩虹，孫新臣

(南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院放療中心，江蘇南京 210029)

·論 著·

Delta4高分辨率模式在VMAT劑量驗(yàn)證中的應(yīng)用

李金凱，王沛沛，李彩虹，孫新臣

(南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院放療中心，江蘇南京 210029)

目的：通過Delta4高分辨率模式研究空間分辨率變化對劑量驗(yàn)證γ通過率的影響。方法：隨機(jī)選取11例鼻咽癌制定VMAT治療計(jì)劃，利用Delta4自帶的Merge功能獲取3組不同分辨率的實(shí)測劑量分布，分別為原始分辨率組和高分辨率組(offset=2.5 mm和offset=5 mm)，利用SPSS軟件對3組實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。結(jié)果：2種高分辨率組的劑量測量點(diǎn)較原始分辨率組均有不同程度的增加；高分辨率組offset為5 mm的γ分析通過率較offest為2.5 mm的稍低，但兩者均低于原始分辨率組，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論：利用Delta4的Merge功能可以獲取更多的劑量測量點(diǎn)參與劑量比較，驗(yàn)證結(jié)果更加真實(shí)可靠，一般情況下可替代傳統(tǒng)膠片驗(yàn)證。

容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)； 質(zhì)量保證； 劑量驗(yàn)證； Delta4； 三維劑量驗(yàn)證

隨著放療技術(shù)的發(fā)展，容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)(volume modulated arc therapy，VMAT)等快速治療手段廣泛應(yīng)用于臨床，其對放療精度的要求更加嚴(yán)格，劑量驗(yàn)證成為放療中一個(gè)必須重視的環(huán)節(jié)[1-2]。由于劑量分布在三維空間中并不均勻，存在很大的劑量梯度，二維劑量分布驗(yàn)證成為評價(jià)治療計(jì)劃通過與否的必要條件之一。目前二維劑量分布驗(yàn)證主要有膠片劑量儀和二維實(shí)時(shí)探測陣列劑量計(jì)法兩種方法[3-4]，前者空間分辨率高，但測量步驟復(fù)雜，獲取速度慢，后者可用來快速獲取照射野的二維劑量分布，但空間分辨率較低，存在遺漏某些細(xì)節(jié)造成評價(jià)結(jié)果不準(zhǔn)確的可能性。Delta4半導(dǎo)體探測器陣列[5]具備點(diǎn)劑量和二維劑量分布實(shí)時(shí)在線測量的能力，測量效率高，但考慮到探測器陣列本身探頭間隔會影響采樣的空間分辨率，作者通過Delta4高分辨率模式增加驗(yàn)證測量點(diǎn)，研究空間分辨率變化對治療計(jì)劃劑量驗(yàn)證通過率的影響。

1 材料與方法

1.1 儀器設(shè)備

西門子Sensation Open大孔徑CT，Lap激光定位系統(tǒng)，醫(yī)科達(dá)Axesse電子直線加速器，配Agility160片多葉光柵，等中心投影5 mm，Monaco(V3.3)治療計(jì)劃系統(tǒng)，MosaiQ放療專用網(wǎng)絡(luò)，PTW 30013 0.65 cm3指型電離室(經(jīng)國家劑量科學(xué)研究院標(biāo)定)，PTW UNIDOS Webline絕對劑量儀，配標(biāo)準(zhǔn)水箱，ScanDidos AB公司的Delta4三維劑量驗(yàn)證系統(tǒng)。

1.2 Delta4的校準(zhǔn)

Delta4三維劑量驗(yàn)證系統(tǒng)由放置在22 cm×40 cm圓柱形模體中兩個(gè)正交的二維半導(dǎo)體探測器陣列組成，共有1 069個(gè)敏感面積為0.78 mm2的P型圓柱型半導(dǎo)體探頭，(有效)探測面積為20 cm×20 cm，中心6 cm×6 cm區(qū)域探頭間隔為5 mm，周圍探頭間隔為1 cm，可實(shí)現(xiàn)所有入射角度射線束截面的劑量測量。Delta4的校準(zhǔn)分為4個(gè)部分，即參考點(diǎn)的測量、相對劑量的校準(zhǔn)、方向性的校準(zhǔn)和絕對劑量的校準(zhǔn)，按照軟件提示的步驟執(zhí)行，先后順序不可以改變。

1.3 治療計(jì)劃的選擇和驗(yàn)證計(jì)劃的生成及導(dǎo)出

隨機(jī)選取11例鼻咽癌制定VMAT治療計(jì)劃。最小子野邊長為10 mm，控制點(diǎn)小于300。在治療計(jì)劃系統(tǒng)Monaco上將治療計(jì)劃移植到Delta4 QA驗(yàn)證模體上，照射野中心置于模體的擺位中心點(diǎn)，計(jì)算治療計(jì)劃在驗(yàn)證模體上的劑量分布(蒙卡算法，計(jì)算網(wǎng)格2 mm)。利用Dicom RT模塊將治療計(jì)劃和三維劑量分布導(dǎo)出至Delta4軟件數(shù)據(jù)庫。

1.4 不同分辨率模式劑量分布的測量

實(shí)施驗(yàn)證前模體做好預(yù)熱準(zhǔn)備，并對Delta4絕對劑量因子進(jìn)行校準(zhǔn)。原始組(origin group，OG)：通過MosaiQ網(wǎng)絡(luò)QA模式將治療計(jì)劃在Axesse直線加速器對驗(yàn)證模體實(shí)施模擬照射，結(jié)束后對實(shí)測劑量分布與治療計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算所得劑量分布進(jìn)行比較。高分辨率組(high resolution group，HRG)：選擇Delta4高分辨率測量模式，等中心Y軸方向的offset值分別取2.5 mm和5 mm，移動加速器治療床改變投照中心，二次測量后利用Delta4自帶的Merge功能合成得到相對高分辨率的實(shí)測劑量分布，與治療計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算所得劑量分布進(jìn)行分析比較。其中offset為2.5 mm獲得中心6 cm×6 cm區(qū)域探頭間隔為2.5 mm的實(shí)測數(shù)據(jù)，如圖1a所示；offset為5 mm獲得整個(gè)20 cm×20 cm探測區(qū)域探頭間隔為5 mm的實(shí)測數(shù)據(jù)，如圖1b所示。

a中offset=2.5 mm； b中offset=5 mm

圖1 高分辨率模式實(shí)測劑量分布示意圖

Fig 1 The sketch map of measured dose distribution with high-resolution mode

1.5 實(shí)測劑量分布與計(jì)算劑量分布的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

分別通過γ分析法對實(shí)測劑量分布與計(jì)算劑量分布進(jìn)行比較。其中，位移偏差(Δdm)和劑量偏差(ΔDm)通過標(biāo)準(zhǔn)分別取3 mm、3%，范圍取10%等劑量曲線(最大劑量點(diǎn)為100%)所包含的區(qū)域，γ(rm)≤1為通過。

利用軟件SPSS 18.0對3組實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，兩組高分辨率數(shù)據(jù)的γ通過率分別與原始測量數(shù)據(jù)的γ通過率行配對樣本的t檢驗(yàn)，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 離軸劑量曲線的比較

隨機(jī)取主探測器陣列長軸不同測量方法同一坐標(biāo)值的離軸劑量曲線。某例患者3種不同測量方式獲得的劑量分布如圖2所示，其中實(shí)線為治療計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算所得，每個(gè)小圓點(diǎn)對應(yīng)每個(gè)實(shí)測點(diǎn)。未做任何處理的原始離軸劑量曲線如圖2a所示；offset 2.5 mm合并后的離軸劑量曲線如圖2b所示；offset 5 mm合并后的離軸劑量曲線如圖2c所示。

課程對指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度=權(quán)重系數(shù)×樣本中與該畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)課程的相關(guān)試題平均分/樣本中與該畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)課程的相關(guān)試題滿分。

a

b

c

a.原始分辨率組； b.高分辨率組，其中offset=2.5 mm； c.高分辨率組，其中offset=5 mm

圖2 某例患者3種不同測量方式獲得的劑量分布圖

Fig 2 The diagram of a patient’s dose distribution in three different measurements

圖2a為OG，沒有對實(shí)測劑量分布做任何處理，由圖可見，中間6 cm的區(qū)域測量點(diǎn)較密集，間隔5 mm，并且左側(cè)的邊緣仍處于高劑量測量區(qū)，說明探測器陣列并沒有完全涵蓋計(jì)劃的整個(gè)投照區(qū)域，存在一部分計(jì)劃沒有獲得實(shí)測劑量；圖2b為高分辨HRG，由offset為2.5 mm組和OG利用Merge功能合成得到，由圖可見，中間6 cm區(qū)域測量點(diǎn)非常密集，間隔2.5 mm，其余部分間隔為2.5 mm和7.5 mm交替，測量點(diǎn)較OG增多1倍；圖2c為HRG，由offset為5 mm組和OG利用Merge功能合成得到，由圖可見，整個(gè)測量區(qū)域測量點(diǎn)間距相等均為5 mm，外周(除中心6 cm×6 cm區(qū)域)區(qū)域測量點(diǎn)增加1倍。

2.2 劑量驗(yàn)證γ分析法通過率的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果

劑量學(xué)驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表1)發(fā)現(xiàn)，11例患者的治療計(jì)劃劑量驗(yàn)證γ通過率均大于98%，遠(yuǎn)優(yōu)于臨床治療要求的標(biāo)準(zhǔn)90%。OGγ分析方法的通過率均值99.518%高于兩個(gè)HRG的均值99.446%(HRG:2.5 mm)和均值99.409%(HRG:5 mm)，其中，HRG offset為5 mm的通過率較2.5 mm的稍低。將HRG與OG的劑量驗(yàn)證通過率行配對樣本的t檢驗(yàn)，由表1可見，兩組統(tǒng)計(jì)學(xué)分析的P值均大于0.05，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。當(dāng)把γ分析法的Δdm和ΔDm通過標(biāo)準(zhǔn)分別取2 mm、2%時(shí)，3組的通過率均有不同程度下降，均值分別為OG為94.804%，offset為2.5 mm的HRG為95.116%，offset為5 mm的HRG為95.488%。其中OG下降最大，為4.714%，offset為5 mm的HRG最小，為3.921%。3組行單因素方差分析，P=0.883。

表1 劑量驗(yàn)證γ分析法的通過率(%)

Tab 1 The passing-rate of dose verification by γ -analysis(%)

a HRG(2.5 mm)vsOG； b HRG(5 mm)vsOG

3 討 論

VMAT作為目前最先進(jìn)的放射治療技術(shù)有著腫瘤靶區(qū)劑量分布高度適形、治療速度快等特點(diǎn)，在放射治療中的應(yīng)用越來越廣泛[6-8]。VMAT治療計(jì)劃多葉光柵控制點(diǎn)數(shù)量多，子野間切換速度快，得到的劑量分布復(fù)雜，劑量變化梯度大，對加速器照射劑量的準(zhǔn)確性要求較高，考慮到還存在如治療計(jì)劃系統(tǒng)劑量計(jì)算精度等許多影響因素，治療前的劑量驗(yàn)證是確保放射治療準(zhǔn)確實(shí)施的關(guān)鍵步驟。只有實(shí)測的劑量分布與計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算的劑量分布符合臨床要求標(biāo)準(zhǔn)，才可以對患者進(jìn)行實(shí)際的治療。VMAT放療過程中直線加速器機(jī)架處于不同角度，重力會對多葉準(zhǔn)直器的葉片到位精度產(chǎn)生影響，地磁場會對加速器劑量系統(tǒng)產(chǎn)生影響，在Delta4劑量驗(yàn)證測量過程中這些都會得到體現(xiàn)。有研究[9]證明,Delta4三維劑量驗(yàn)證系統(tǒng)能滿足VMAT放射治療的劑量驗(yàn)證，是理想的三維驗(yàn)證工具。

本研究選取鼻咽癌[10]VMAT計(jì)劃驗(yàn)證Delta4分辨率模式對通過率的影響有兩點(diǎn)考慮：首先，鼻咽癌靶區(qū)長度一般在20 cm左右，能夠?qū)elta4探測器陣列進(jìn)行比較好的覆蓋照射；其次，鼻咽部的馬蹄形靶區(qū)與脊髓、腦干、腮腺之間的劑量下降梯度幅度較大，可以很好地代表VMAT計(jì)劃的劑量分布特點(diǎn)。本研究利用Delta4的Merge功能對11例鼻咽癌患者的VMAT計(jì)劃進(jìn)行了3種不同分辨率模式下的劑量驗(yàn)證，實(shí)測結(jié)果與治療計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果顯示出較好的一致性，平均γ通過率均大于98%。兩組高分辨率模式的γ通過率較OG略有下降，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。分析原因可能為3%/3 mm的劑量驗(yàn)證通過標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定過于寬松，導(dǎo)致過高的γ分析通過率所致，但當(dāng)把劑量驗(yàn)證通過標(biāo)準(zhǔn)更改為2%/2 mm時(shí)，OG和HRG通過率均有不同程度下降，差異亦無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。其中HRG offset為5 mm的γ通過率較offset為2.5 mm的稍低，分析原因可能為前者的整個(gè)測量區(qū)域測量點(diǎn)間距相等且均為5 mm，使劑量驗(yàn)證的大部分范圍的測量分辨率較后者高所致。

Robar等[11]一致認(rèn)為進(jìn)行二維劑量驗(yàn)證的探測器需要較高的空間分辨率，以保證數(shù)據(jù)采樣的準(zhǔn)確性。根據(jù)采樣定理[12]，當(dāng)采樣頻率fs大于信號中最高頻率fmax的2倍時(shí)(fs≥2 fmax)，則采樣之后的數(shù)字信號能夠完整地保留原始信號中的信息。即如果給定了采樣頻率fs，那么能夠保證采樣不發(fā)生畸變的最大頻率fmax是確定的。加速器實(shí)際投照劑量分布的最大頻率與治療計(jì)劃設(shè)計(jì)中最小子野邊長和控制點(diǎn)數(shù)量相關(guān)，最小子野邊長越小，控制點(diǎn)數(shù)量越多，最大頻率越高。本研究最小子野邊長為10 mm，控制點(diǎn)小于300，最大頻率取值被相對固定在一個(gè)區(qū)間內(nèi)。鑒于Delta4探測器陣列空間分辨率理論上無法達(dá)到膠片精度，為確保在劑量梯度較大區(qū)域γ值計(jì)算的精確性，對高劑量梯度區(qū)域劑量分布驗(yàn)證需要給予進(jìn)一步分析。利用Delta4高分辨率模式的Merge功能可以獲取更多的劑量測量點(diǎn)參與劑量比較，如offset為2.5 mm，劑量測量點(diǎn)可以增加1倍，達(dá)到2 138個(gè)測量點(diǎn)，中間分辨率高達(dá)2.5 mm，使驗(yàn)證結(jié)果更加真實(shí)可靠。膠片常被用作調(diào)強(qiáng)劑量驗(yàn)證的金標(biāo)準(zhǔn)，膠片法可快速獲得二維黑度分布，根據(jù)光學(xué)密度-劑量(OD)曲線進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成劑量分布，具有分辨率高、二維成像的特點(diǎn)，但在具體工作中存在處理和數(shù)據(jù)讀取工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不能進(jìn)行實(shí)時(shí)驗(yàn)證，且易受各種因素的影響，使驗(yàn)證結(jié)果的準(zhǔn)確性有所折扣等缺點(diǎn)。有鑒于此，Delta4高分辨率模式通過增加測量點(diǎn)，提高測量分辨率，可以在一般情況下替代傳統(tǒng)膠片驗(yàn)證。需要強(qiáng)調(diào)的是，可以利用Delta4高分辨率模式將測量范圍得到拓展，如位移值取90 mm可使測量長度增加到29 cm，使測量范圍增加近50%，這一功能是膠片所不具備的。

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Application of Delta4 with high resolution mode in VMAT dose verification

LI Jin-kai，WANG Pei-pei，LI Cai-hong，SUN Xin-chen

(DepartmentofRadiationOncology，theFirstAffiliatedHospital，NanjingMedicalUniversity,Nanjing210029，China)

Objective: To study the impact of spatial resolution of measurement on Gamma rate in the dose verification through the Delta4 high resolution mode. Methods: 11 volume modulated arc therapy (VMAT)treatment plans of nasopharyngeal carcinoma were randomly chosen， and 3 groups of measured dose distribution with different resolution for each patient， including a original resolution group and two high resolution groups (offset=2.5 mm and offset=5 mm)， were obtained by Delta4 using the Merge function. In addition， the pairedt-test with SPSS software was applied for the three groups of data. Results: The number of measured dose points of the two high resolution groups increased in different degrees， compared with the original resolution group; the Gamma rate of the high resolution group with 5 mm offset was slightly lower than that of the group with 2.5 mm offset， besides， the Gamma rates of both high resoulution groups were lower than that of the original resolution group， which had no significant difference. Conclusion: More measured dose points can be accessed by the Merge function of Delta4 to obtain more reliable dose verification results， furthermore， the traditional film can be replaced in dose verification under general conditions．

volume modulated arc therapy; quality assurance; dose verification; Delta4; three-dimensional dosimetry verification

2014-12-26

2015-03-18

李金凱(1983-)，男，山東臨沂人，主管技師，主要從事腫瘤放射物理學(xué)的研究。E-mail:lijinkai1028@163.com

孫新臣 E-mail:13770662828@163.com

李金凱,王沛沛,李彩虹,等.Delta4高分辨率模式在VMAT劑量驗(yàn)證中的應(yīng)用[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào):醫(yī)學(xué)版,2015,34(4):593-597.

R739.63; R815

A

1671-6264(2015)04-0593-05

10.3969/j.issn.1671-6264.2015.04．020