運用ArcCHECK實施旋轉(zhuǎn)調(diào)強全骨髓照射超長靶區(qū)的計劃驗證

【作者】解傳濱，徐壽平，徐 偉，叢小虎，葛瑞剛，鞏漢順，鞠忠建，戴相昆

解放軍總醫(yī)院放療科，北京市，100853

運用ArcCHECK實施旋轉(zhuǎn)調(diào)強全骨髓照射超長靶區(qū)的計劃驗證

【作者】解傳濱，徐壽平，徐 偉，叢小虎，葛瑞剛，鞏漢順，鞠忠建，戴相昆

解放軍總醫(yī)院放療科，北京市，100853

探討利用ArcCHECK對VMAT（Volumetric Modulated Arc Therapy）和HT (Helical Tomotherapy)全骨髓照射（TMI）超長靶區(qū)計劃的驗證方法。選取8例全身掃描患者，分別設(shè)計TMI計劃。采用ArcCHECK對兩組計劃頭頸、胸腹及盆腔三部位行驗證分析。VMAT組采用模體Merge功能通過平移治療床實現(xiàn)， HT組采用雙計劃（參考/執(zhí)行）法得以完成，三部位驗證通過率分別為98.9%±1.9%/94.3%±1.5%、98.4%±1.8%/96.5%±1.2%、97.4%±2.1%/94.1%±1.9%。表明利用ArcCHECK的Merge功能能較好地完成VMAT超長靶區(qū)的驗證，采用雙計劃法實現(xiàn)了對HT超長靶區(qū)及遠離中心部分靶區(qū)的驗證。

劑量驗證；全骨髓照射（TMI）；容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強放射治療（VMAT）; 螺旋斷層放射治療（HT）

調(diào)強放射治療計劃的設(shè)計和實施是一個復雜的過程，任何一個環(huán)節(jié)如CT定位、靶區(qū)和重要器官勾畫、加速器物理參數(shù)以及患者體位設(shè)置等方面的任何微小誤差，都可能導致最終劑量分布的較大偏離[1]。隨著放療技術(shù)的發(fā)展，對調(diào)強放射治療特別是旋轉(zhuǎn)調(diào)強治療前的質(zhì)量保證及劑量驗證變得越來越重要，以確保復雜的劑量分布真正準確地傳輸?shù)交颊唧w內(nèi)[2-3]。螺旋斷層放療( Helical Tomotherapy，HT)作為治療腫瘤的一種全新治療技術(shù)[4-5]，通過直線加速器的360°旋轉(zhuǎn)與治療床的同步運動實現(xiàn)對患者的螺旋斷層照射。其劑量實施的復雜性和精準性要求使得質(zhì)量保證( QA) 工作顯得尤為重要。特別是在超長靶區(qū)計劃諸如全中樞照射、全骨髓照射等患者劑量驗證中，超出當前所用驗證方法測量范圍的靶區(qū)部分也逐漸引起了各放療中心的重視。而近年來興起的容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）放療技術(shù)在普通加速器上實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)調(diào)強，并可通過完美的計劃系統(tǒng)進行多中心的射野弧銜接以實現(xiàn)對超長靶區(qū)計劃的設(shè)計與實施，由此也帶來了常規(guī)方法無法全面驗證超長靶區(qū)計劃的問題。本研究設(shè)計和探討應用ArcCHECK模體對HT和VMAT中以全骨髓照射（TMI）為代表的超長靶區(qū)計劃的驗證方法，為臨床應用提供參考。

1 材料和方法

1.1 TMI治療計劃的生成

選取8例全身CT掃描的患者圖像，完成TMI靶區(qū)及正常器官勾畫后分別設(shè)計HT和VAMT[6]兩組全身照射計劃?？紤]實施效率問題，HT計劃鉛門寬度選擇5 cm，螺距（pitch)選用0.43，根據(jù)計劃優(yōu)化情況適當調(diào)整調(diào)制因子（Modulate Factor，MF）以保證機架旋轉(zhuǎn)周期在17～19 s之間。

1.2 劑量驗證

1.2.1 HT計劃組劑量驗證

HT組劑量驗證采用頭頸、胸腹、盆腔三部分分別予以實施，但在模體計劃設(shè)計過程中由于紅、綠激光燈距離不能超過15 cm，而治療計劃的中心位于胸腹部，所以頭頸部及盆腔部驗證計劃紅激光燈不能定位在模體中心，但驗證軟件在讀取計算劑量及模體坐標時以紅激光為基準進行提取。為了實現(xiàn)驗證計劃的正常實施及結(jié)果分析，設(shè)計過程中將同一驗證計劃在模體位置固定后、紅色激光燈定位前進行備份處理，然后將紅激光燈定位在模體中心進行劑量計算，以此作為導出計算劑量的參考計劃；將備份計劃恢復后保持模體位置不變而只將Y方向紅激光燈移動到與綠激光燈重合位置，并讀出其到模體中心的距離，計算完成后留存作為實施計劃。驗證實施前先將模體按照紅激光燈擺位，然后按預讀距離在Y方向移動治療床到正確位置，以此為基準實施驗證計劃。通過這種辦法可實現(xiàn)距離虛擬等中心（綠激光燈）超出最大距離（15 cm)靶區(qū)部分的驗證，如圖1所示。

圖1 一例患者HT頭部驗證計劃Fig.1 The dose verification plans of HT in head-neck

1.2.2 VMAT計劃組的劑量驗證

VMAT組同樣分頭頸、胸腹、盆腔三部分進行驗證，每一部分包括三個照射弧，由于ArcCHECK模體的最大測量長度為21 cm，為盡可能多地采集到每部分中3個照射弧的劑量信息以及降低模體邊緣散射對通過率的影響，研究采用了ArcCHECK的Merge功能將驗證長度增加至36 cm，以實現(xiàn)對治療計劃的全面驗證，如圖2所示。

圖2 ArcCHECK模體Merge功能擺位示意圖Fig.2 The diagram ArcCHECK setup in merging function

為了實現(xiàn)分析軟件對計算劑量進行正確的坐標定位，制定驗證計劃時需以中間弧中心作原點，并將其排序在前，如圖3所示。驗證實施過程中按相鄰中心的距離移動治療床，以實現(xiàn)3個銜接弧整體數(shù)據(jù)的采集。在每次中心調(diào)整過程中要適當調(diào)整模體高度及水平，以保證位置精準性。

圖3 VMAT頭部驗證計劃示意圖Fig.3 The dose verification plan in head-neck region for VMAT

2 結(jié)果

通過SNC Patient驗證分析軟件采用3 mm/3%(Gamma分析法)對兩組驗證計劃分別進行定量分析，如表1所示，各部位兩組計劃Gamma通過率( γ ≤1)均在94%以上，且在VMAT組表現(xiàn)出了更好的結(jié)果，這與采用了ArcCHECK模體的Merge功能以及每次中心擺位的位置校準有一定關(guān)系。

表1 兩組計劃各部位驗證通過率統(tǒng)計Tab.1 The pass rate of patient verification for the two groups

在對各部位的計算劑量及測量劑量通量圖對比分析中發(fā)現(xiàn)，兩組計劃均顯示出較好的一致性。在VMAT組對射野銜接部分做了著重地分析比較，如圖4所示，在距中心7 cm 附近的x方向Profile表現(xiàn)出了計算劑量與測量劑量高度一致性。

圖4 一例患者HT與VMAT頭頸部驗證分析示意圖Fig.4 Diagram of dosimetric verification for HT and VMAT in head-neck

3 討論

本研究以全骨髓照射為例設(shè)計了應用ArcCHECK對HT和VMAT超長靶區(qū)計劃的驗證方法，并對驗證結(jié)果做了比較分析。特別是在兩組驗證計劃的設(shè)計上，由于全骨髓靶區(qū)的超長特性，研究中按照頭頸、胸腹以及盆腔三個部分分別進行計劃的劑量驗證，以全面地分析評估整個計劃的準確性和可行性，從而為臨床的實際應用提供有效而可靠的參考。

目前，常規(guī)劑量驗證的模體圖像多是通過日常定位所用的kVCT進行采集，但是卻存在因模體高密度組件引起圖像偽影的缺點。ArcCHECK模體內(nèi)二極管探測器的物理密度較大，在kVCT進行圖像采集時會產(chǎn)生明顯偽影，勢必對劑量計算產(chǎn)生影響，因此研究選用了HT的MVCT進行模體圖像采集，并對MVCT圖像的CT -電子密度值做了刻度創(chuàng)建。

HT劑量驗證計劃設(shè)計時需考慮紅綠激光燈距離限制的問題，為實現(xiàn)頭頸部及盆腔部的驗證，研究之初只采用了預讀模體中心到激光燈距離用于實施擺位的辦法，但在驗證分析時卻遇到測量劑量與計算劑量無法匹配的問題。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，在提取計算劑量信息時SNC Patient軟件是以擺位激光燈為基準予以讀取的，這就要求導出計算劑量的驗證計劃紅激光燈必須定位在模體中心。于是設(shè)計了一套將同一驗證計劃在模體位置固定后、紅色激光燈定位前進行備份處理的辦法，先將紅激光燈定位在模體中心進行劑量計算并導出計算劑量(參考計劃)，將備份計劃恢復后保持模體位置不變而將Y方向紅激光燈移動到與綠激光燈重合位置，并讀出其到模體中心距離以用于計劃實施過程中模體擺位(執(zhí)行計劃)，最終解決了驗證分析中劑量配準問題。這種辦法也可以應用到其它一些特殊病例的劑量驗證，如全腦/全中樞放療、多靶區(qū)計劃中遠離標記點的靶點部分等病例的劑量驗證。VMAT驗證計劃設(shè)計之初筆者遇到了驗證通過率一直偏低的情況，分析發(fā)現(xiàn)是因每個部位三個銜接照射弧的總長度(39～41 cm)遠超過了模體實際探測長度(21 cm)。而計劃系統(tǒng)的劑量計算是根據(jù)模體表面輪廓的界定范圍予以實施的，所以超出模體長度的射野部分并沒有參與到劑量計算中，而在實際實施過程中，這一部分對于探測模體的貢獻是不可忽視的，因此導致了通過率偏低的情況。研究中利用ArcCHECK模體的Merge功能，將可測量的范圍增加到36 cm，并且用于劑量計算的虛擬模體圖像長度可達到50 cm，已能夠較好地完成三個照射弧的全局計算，最終實現(xiàn)并獲得了理想的驗證通過率結(jié)果。

在VMAT組治療計劃設(shè)計中，為避免射野銜接部分劑量冷熱點的出現(xiàn)，要求射野重疊部分至少保持在2 cm以上[6]。驗證中也對這一部分做了著重地分析和比較，結(jié)果表明RapidArc計劃能夠完美地實現(xiàn)多中心射野銜接計算。而對于以往研究中筆者采用EDR2膠片對HT計劃劑量驗證中所發(fā)現(xiàn)的“螺紋”效應[7]，本研究中沒有得到明顯地體現(xiàn)，雖然采用較大的射野寬度(5 cm)和螺距值(0.43)。這是因為模體探測器矩陣分辨率較低(1 cm)，不足以顯示類似膠片所能呈現(xiàn)的劑量信息。

對兩組計劃的Gamma通過率進行比較后發(fā)現(xiàn)，HT組總體要比VMAT組偏低，尤其在頭頸部及盆腔部。這是由于HT治療擺位是在虛擬等中心上進行，而在治療床的前行過程中卻有著約2 mm自身重力的沉降[8]，雖然在計劃實施前予以MVCT圖像配準，但這種影響依然無法消除。Low DA等[9]研究顯示1mm的床位誤差可以使劑量均勻度在不同旋轉(zhuǎn)層面的相鄰處產(chǎn)生大于20%的誤差，而在頭頸部及盆腔部的驗證實施時先將模體按照激光燈擺位，再按計劃預讀距離(30～45 cm)通過平移治療床將模體送達驗證實施的初始位置，這個過程勢必存在著由于治療床到位精度所致的偏差存在。而VMAT組在驗證實施過程中需要對每次中心擺位進行模體位置的校對和調(diào)整，這個步驟最大限度地降低了由于擺位誤差對劑量通過率產(chǎn)生的影響。

4 結(jié)論

運用ArcCHECK的Merge功能能夠較好的完成VMAT超長靶區(qū)的劑量驗證，采用雙計劃法（參考/執(zhí)行）可實現(xiàn)對HT超長靶區(qū)以及遠離擺位中心部分靶區(qū)的劑量驗證，并得到了較高的驗證通過率。通過本研究中技術(shù)方法的探討，筆者較為有效而可靠地建立了超長靶區(qū)旋轉(zhuǎn)調(diào)強的驗證規(guī)程，從而為其他單位臨床應用提供了必要的依據(jù)與參考。

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Patient-Specific Dose Verification Method Using ArcCHECK for Total Marrow Irradiation with Intensity Modulated Arc Therapy

【W(wǎng)riters】XIE Chuanbin, XU Shouping, XU Wei, CONG Xiaohu, GE Ruigang, GONG Hanshun, JU Zhongjian, DAI Xiangkun

Department of Radiotherapy, PLA General Hospital, Beijing, 100853

To investigate the patient-specific dose verification method using ArcCHECK for total marrow irradiation (TMI) with Volumetric Modulated Arc Therapy(VMAT) and Helical Tomotherapy(HT) . The kVCT images collected from 8 patients were respectively designed for RapidArc and Tomotherapy plans in total marrow irradiation. ArcCHECK was used for dose verification for the head-neck, chest-abdomen and pelvic. The merging function of ArcCHECK was used in VMAT and the method of double plans(reference and delivery plans) were used in HT. The γ-analysis passing rates for the head-neck, chest-abdomen, pelvic were 98.9%±1.9%, 98.4%±1.8%, 97.4%±2.1% for VMAT plans and 94.3%±1.5%, 96.5±1.2%, 94.1%±1.9% for HT plans. The results show that using the merging function of ArcCHECK can achieve the dose verification well for VMAT plans with TMI, The method of double plans was done for the dose verification of HT plans with TMI as well as the plans with the targets keeping away from the set-up center.

dose verification, total morrow irradiation (TMI), volumetric modulated arc therapy (VMAT), helical tomotherapy (HT)

R815

A

1671-7104(2015)01-0068-04

10.3969/j.issn.1671-7104.2015.01.019

2014-08-29

解放軍總醫(yī)院科技創(chuàng)新苗圃基金項目（13KMM09）

解傳濱，E-mail: xiechuanbin2003@163.com