多葉準(zhǔn)直器葉片位置校準(zhǔn)對胸部腫瘤IMRT計劃驗證的影響

張惠玲，許會軍，吳小良，李靜，陳曉芳，趙鵬，劉朝興，李鵬

石家莊市第一醫(yī)院 放療科，河北 石家莊 050011

引言

調(diào)強放射治療（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）目的是實現(xiàn)靶區(qū)高度適形，降低危及器官受量。IMRT 的實施是利用多葉準(zhǔn)直器（Multi-Leaf Collimator，MLC）的運動將大照射野分割成多個子野，對每個子野給予不同的劑量權(quán)重，實現(xiàn)臨床需求的劑量分布。為了確保IMRT 劑量的準(zhǔn)確性，需要日常檢測加速器MLC 的到位精度，多葉準(zhǔn)直器的位置偏差是影響劑量驗證通過率的重要因素。Yan 等[1]報道MLC 2 mm 的系統(tǒng)誤差可以明顯降低IMRT 計劃的驗證通過率。王清鑫等[2]報道對于MLC 1 mm 以內(nèi)的位置誤差，容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強（Volume Rotation Intensity Modulated Arc Therapy Technique，VMAT）計劃驗證對其不敏感，但2 mm 的位置誤差影響驗證通過率。Mu等[3]在頭頸部IMRT 計劃中分別引入MLC 隨機誤差和系統(tǒng)誤差，發(fā)現(xiàn)MLC 的隨機誤差高達(dá)2 mm 時，對計劃的劑量影響不明顯，而MLC 的系統(tǒng)誤差對于簡單和復(fù)雜的IMRT 劑量影響較明顯，尤其對復(fù)雜IMRT 計劃更明顯。因此，減小MLC 系統(tǒng)誤差非常必要，有必要對MLC 的到位精度開展嚴(yán)格的質(zhì)量保證工作。本文研究了MLC 的系統(tǒng)偏差對胸部IMRT 計劃驗證結(jié)果的影響，試圖通過三維半導(dǎo)體陣列Delta4 的驗證結(jié)果來分析MLC 的葉片到位情況。

1 材料與方法

1.1 材料

飛利浦Pinnacle39.10 治療計劃系統(tǒng)，Elekta Synergy 直線加速器，40 對內(nèi)置多葉準(zhǔn)直器（MLC），Elekta-iViewGT（EPID）、Auto Cal 軟件系統(tǒng)，瑞典ScandiDos Delta4 三維半導(dǎo)體劑量驗證系統(tǒng)。

1.2 計劃設(shè)計

本研究選取了9 例胸部腫瘤患者，其中肺癌5 例，胸腺瘤4 例IMRT 計劃。肺癌病例根據(jù)具體情況設(shè)計3～5 個射野，胸腺瘤病例均設(shè)計5 野計劃，所有計劃單個射野平均子野數(shù)小于10 個，最小子野面積為7～10 cm2，最小子野機器跳數(shù)為8 MU（表1）。

表1 9例胸部患者治療計劃信息

1.3 MLC位置誤差檢測

利用Elekta 的EPID 配合AutoCAL 軟件自動校準(zhǔn)MLC的位置偏差，Shameem[4]發(fā)現(xiàn)AutoCAL 能夠快捷、準(zhǔn)確地用于MLC 的日常QA，且檢測精度高于膠片。EPID 的探測器尺寸為0.4 mm，檢測時，輻射源到探測器的距離為160 cm（SSD=160 cm），AutoCAL 軟件將測到的圖像自動縮為SSD=100 cm 時的比例分析，且此時探測精度達(dá)到0.25 mm。檢測內(nèi)容主要包括：射束輻射中心、機械中心、光射野重合性、MLC 葉片的高度、葉片側(cè)向平行度以及葉片的整體到位精度等。按照軟件的檢測提示發(fā)現(xiàn)A、B 方向葉片的整體偏差分別為-1.26 mm 和-1.42 mm。

1.4 劑量驗證

Delta4 采用了2 塊交叉的半導(dǎo)體探測器陣列，共含有1069 個敏感面積為0.78 mm2的P 型圓柱型半導(dǎo)體探測器，每塊探測板的面積為20 cm×20 cm，位于直徑為22 cm，長度為40 cm 的圓柱形有機玻璃體模中，中心6 cm×6 cm范圍內(nèi)，探頭間隔5 mm，其他范圍的探頭間距10 mm。使用Delta4 之前，在加速器上對其進(jìn)行參考劑量、相對劑量、絕對劑量和方向性刻度。

1.4.1 開野驗證

加速器機架0°，10 cm×10 cm 開野，應(yīng)用Delta4 模體對比分析調(diào)整MLC 前、后的結(jié)果。

1.4.2 計劃驗證

將9 例患者的治療計劃移植到Delta4 模體上，再次計算模體上計劃的劑量分布，通過網(wǎng)絡(luò)傳至Delta4 劑量驗證系統(tǒng)。

1.4.3 數(shù)據(jù)采集

應(yīng)用Delta4 Gamma 通過率分析軟件，比較Delta4 的測量和計算的結(jié)果，Gamma 分析法分別選擇劑量差別（Dose deviation，DD）、距 離 符 合 度（Distance to agreement，DTA）及Gamma 通過率2%/2 mm、3%/3 mm、4%/4 mm的標(biāo)準(zhǔn)，對比分析MLC 校準(zhǔn)前、后的劑量驗證結(jié)果。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 17.0 軟件對IMRT 劑量驗證結(jié)果行單樣本t檢驗，對MLC 校準(zhǔn)前、后的結(jié)果進(jìn)行配對t 檢驗，P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 開野測量結(jié)果

圖1 中，MLC 校準(zhǔn)前，加速器機架0°，10 cm×10 cm開野通量圖1a 上顯示，B 方向存在劑量較低區(qū)域（藍(lán)色點示），統(tǒng)計圖上該區(qū)域分布在-10%以外（圖1b 黃色柱狀示）；MLC 校準(zhǔn)后，從通量圖1c 和統(tǒng)計圖1d 上明顯沒有劑量較低區(qū)域。

圖1 MLC校準(zhǔn)前、后10 cm×10 cm開野比較

2.2 計劃測量結(jié)果

9 例胸部患者IMRT 計劃MLC 校準(zhǔn)前和校準(zhǔn)后的2%、3%、4%DD 分別為（39.08±14.13）%和（58.37±10.55）%、（55.18±14.5）%和（77.17±10.62）%、（69.46±11.45）%和（86.73±7.74）%（表2）；2、3、4 mm DTA 分 別 為（65.53±12.64）%和（88.39±6.94）%、（86.72±6.41）%和（97.07±2.47）%、（96.00±2.89）%和（99.48±0.89）%（表3）；2%/2 mm、3%/3 mm、4%/4 mm Gamma 通過率分別為（62.89±14.33）%和（82.42±9.38）%、（84.49±11.61）%和（95.07±5.6）%、（95.53±4.49）%和（98.39±2.59）%（表4）。

表2 MLC調(diào)整前、后劑量差別（DD，%）

表3 MLC調(diào)整前、后距離符合度（DTA，%）

表4 MLC調(diào)整前、后Gamma通過率（%）

2.3 校準(zhǔn)前、后平均通過率的變化

DD、DTA、Gamma 通過率三種方法對于MLC 校準(zhǔn)前、后的平均通過率變化如下：應(yīng)用DD2%、3%、4%標(biāo)準(zhǔn)時，校準(zhǔn)前、后平均通過率分別增加了19.29%、21.99%、17.27%；DTA 2 mm、3 mm、4 mm 標(biāo) 準(zhǔn) 時，分別增加了22.86%、10.35%、3.48%；Gamma 通過率為2%/2 mm、3%/3 mm、4%/4 mm 標(biāo)準(zhǔn)時，分別增加了19.53%、10.58%、2.86%。三種標(biāo)準(zhǔn)中，隨著評價指標(biāo)的增大，平均通過率的變化減小，從中可以發(fā)現(xiàn)2%/2 mm評價指標(biāo)比4%/4 mm 評價指標(biāo)平均通過率變化更大，即對MLC 的校準(zhǔn)更敏感，更容易發(fā)現(xiàn)MLC 的位置誤差。

3 討論

IMRT 技術(shù)要求MLC 葉片具有到位精確、長期的運動重復(fù)性良好，一旦MLC 有了到位誤差，直接影響患者吸收劑量的準(zhǔn)確性。MLC 到位偏差的測量依賴于調(diào)強的模式、射野的機架角度以及直線加速器的特性等[5]，因此加速器質(zhì)控時，應(yīng)對MLC 的到位精度進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量保證工作[6-8]。筆者有一段時間在使用Delta4 對治療計劃劑量驗證時發(fā)現(xiàn)驗證結(jié)果普遍較低，10 cm×10 cm 的開野提示加速器B 方向劑量偏低，于是又使用加速器自帶的EPID 和AutoCAL 軟件檢測MLC 的到位精度，發(fā)現(xiàn)B 方向的偏差達(dá)到1.42 mm。

Mu 等[3]在文章中指出MLC 位置偏差有隨機偏差和系統(tǒng)偏差兩種，隨機偏差源于機械的不確定性、馬達(dá)動力不足[6]、重力對部分角度葉片的影響；系統(tǒng)偏差是由葉片序列校準(zhǔn)偏差、光射野不一致性、半影等因素[9-11]引起。游濤等[12]在文章中人為設(shè)計MLC 的系統(tǒng)偏差將其引入到前列腺癌IMRT 計劃中，發(fā)現(xiàn)其劑量分布與原計劃相比會產(chǎn)生明顯的劑量偏差，并且偏差隨著MLC 系統(tǒng)偏差的增大而增大，從而導(dǎo)致腫瘤靶區(qū)劑量的嚴(yán)重偏差。王猛[13]將MLC 的偏差引入到鼻咽癌IMRT 計劃中，發(fā)現(xiàn)Octavius4D三維驗證系統(tǒng)對MLC 誤差較敏感。分析原因是由于，三維劑量驗證系統(tǒng)的測量方式在劑量驗證時，機架采用實際角度，測量結(jié)果考慮了重力因素對MLC 的影響，充分暴露了MLC 的位置偏差，而二維驗證系統(tǒng)機架角度歸零，測量結(jié)果隱藏了重力對MLC 的影響。因此，同樣的病例、同樣的評價標(biāo)準(zhǔn)三維驗證系統(tǒng)的測量結(jié)果往往低于二維驗證設(shè)備的結(jié)果[14-15]。

本文針對MLC 的位置誤差，對比分析了校準(zhǔn)MLC 前、后的10 cm×10 cm 開野和9 例胸部IMRT 劑量驗證結(jié)果。校準(zhǔn)前10 cm×10 cm 開野的數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖1b 上黃色柱狀顯示有一部分?jǐn)?shù)據(jù)分布在-10%以外，劑量偏低較多，此數(shù)據(jù)對應(yīng)通量圖1a 的藍(lán)色點狀區(qū)域，分析得出加速器B 方向的測量數(shù)據(jù)較計劃數(shù)據(jù)偏低較大，而校準(zhǔn)后的開野中此現(xiàn)象明顯消失，因此，開野的驗證結(jié)果提示加速器B 方向的MLC 葉片有位置偏差。為了進(jìn)一步驗證此結(jié)論，筆者選擇了9 例胸部計劃進(jìn)行劑量驗證分析。計劃（表1）采用3～5野靜態(tài)調(diào)強，子野個數(shù)不多，計劃較簡單，但是未校準(zhǔn)MLC 時的3%/3 mm Gamma 通過率普遍低于90%，結(jié)合前面開野結(jié)果的分析，筆者分別采用了DD、DTA、Gamma通過率三種方法對比分析了MLC 校準(zhǔn)前、后的驗證結(jié)果，表2 和表3 的DD 和DTA 結(jié)果顯示，校準(zhǔn)前、后對比差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，而在表4 中2%/2 mm Gamma 評價標(biāo)準(zhǔn)時校準(zhǔn)前、后P=0.005，3%/3 mm 和4%/4 mm 標(biāo)準(zhǔn)時，P值均大于0.05，差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義，即當(dāng)Gamma 分析方法選擇2%/2 mm 時可以發(fā)現(xiàn)MLC 位置誤差，當(dāng)放寬分析標(biāo)準(zhǔn)后，3%/3 mm 和4%/4 mm 均不能夠發(fā)現(xiàn)此誤差。筆者還對比了MLC 校準(zhǔn)前、后平均通過率的變化，明顯發(fā)現(xiàn)當(dāng)評價標(biāo)準(zhǔn)放寬后，通過率差異變小，即對于MLC 的位置偏差更不敏感。

綜上所述，MLC 的系統(tǒng)偏差明顯影響Delta4 IMRT 驗證結(jié)果，調(diào)強放療MLC 的葉片位置精度直接影響計劃驗證的Gamma 通過率，IMRT 計劃驗證通過率下降時應(yīng)考慮檢測MLC 的葉片位置精度。