熱塑膜固定底板對(duì)ⅠMRT計(jì)劃三維劑量驗(yàn)證通過(guò)率的影響與修正

王曉春，王守宇，霍曉慶，張清琴，洪振宇，路平，吳鵬，劉波，王穎拓，苗戰(zhàn)會(huì)

新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院放療中心，河南衛(wèi)輝453100

前言

放療患者每天的擺位重復(fù)性是決定放射治療準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素之一［1］，低溫?zé)崴苣た捎脕?lái)提高擺位的可重復(fù)性，在頭頸部腫瘤［2-3］、胸腹部腫瘤［4-5］以及盆腔腫瘤［6-8］中均能有效提高治療擺位精度，已經(jīng)成為重要的輔助裝置，在臨床工作中應(yīng)用廣泛。

但是，對(duì)患者進(jìn)行體位固定用的熱塑膜固定底板并非由空氣等效材料制成，其必然會(huì)對(duì)患者所受放療劑量產(chǎn)生一定的衰減，就像加速器治療床一樣［9-11］。目前，在臨床工作中，大多數(shù)TPS在制定放療計(jì)劃時(shí)，并沒(méi)有對(duì)固定底板進(jìn)行劑量修正，這給劑量驗(yàn)證通過(guò)率帶來(lái)了影響，導(dǎo)致患者最終劑量可能低于計(jì)劃設(shè)計(jì)值。本研究擬通過(guò)測(cè)量一款熱塑膜固定底板對(duì)劑量驗(yàn)證通過(guò)率的影響程度來(lái)評(píng)估這一問(wèn)題，并提供一種修正方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

英國(guó)醫(yī)科達(dá)Precise 直線加速器，英國(guó)iBEAM evo 碳纖維治療床，荷蘭Philiphs CT 模擬定位機(jī)，英國(guó)XⅠO 4.80 計(jì)劃系統(tǒng)，德國(guó)Octavius 4D 模體，德國(guó)PTW1500 電離室探測(cè)器，北京中康聯(lián)醫(yī)療器械公司生產(chǎn)的QSDW型碳纖維熱塑膜固定底板。

1.2 入組病例資料

新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院2017年靜態(tài)調(diào)強(qiáng)患者近1 000例，為了能夠具有代表性，我們從中隨機(jī)選擇60例患者調(diào)強(qiáng)放射治療（ⅠMRT）計(jì)劃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中，男25例，女35例；平均年齡63歲；肺癌患者17例，食管癌10例，頭頸部腫瘤11例，盆腔腫瘤7例，其他15例。

射野機(jī)架角度在110°-180°-250°之間的定義為后入射野角度。按照后入射野數(shù)目所占總?cè)肷湟皵?shù)目比值升序，每10個(gè)病人為一組，共分為6組，6組后入射野數(shù)目所占總?cè)肷湟皵?shù)目比值平均值分別是第1組0.07、第2 組0.25、第3 組0.39、第4 組0.45、第5 組0.56、第6 組0.76，第6組平均后入射野數(shù)目占比最大。

1.3 劑量驗(yàn)證

驗(yàn)證測(cè)量是將所有ⅠMRT 計(jì)劃分對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組兩次測(cè)量，對(duì)照組是將PTW1500 電離室矩陣和Octavius 4D 模體的組合體直接放置在加速器治療床上，并利用直線加速器激光引導(dǎo)裝置準(zhǔn)確地將驗(yàn)證組合體放置在床板左右方向床板中間位置，以及等中心位置。實(shí)驗(yàn)組是將PTW1500 電離室矩陣和Octavius 4D 模體的組合體放置在碳纖維熱塑膜固定板上，再跟臨床治療一樣用卡條放置在機(jī)器治療床上，并利用激光燈引導(dǎo)裝置準(zhǔn)確對(duì)驗(yàn)證組合體擺位。

對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組均在加速器QA模式下，調(diào)出用于實(shí)驗(yàn)的ⅠMRT計(jì)劃，將每個(gè)計(jì)劃的射野按照實(shí)際角度（誤差≤0.2°）進(jìn)行出束，利用自帶的VeriSoft軟件分析γ通過(guò)率，其中劑量偏差設(shè)置為3%，位移偏差設(shè)置為3 mm，閾值偏差為5 mm，計(jì)算為max dose of calculated volume。

1.4 對(duì)熱塑膜固定底板進(jìn)行劑量修正

為了修正碳纖維固定底板對(duì)劑量的影響，論文采取手動(dòng)勾畫(huà)的方式［12］。針對(duì)第6組，后入射野數(shù)目占比最高的一組10例患者ⅠMRT計(jì)劃，將碳纖維治療床板和碳纖維固定地板勾畫(huà)到皮膚輪廓以內(nèi)，讓碳纖維治療床板和固定底板參與計(jì)算，這樣就能從根源上對(duì)其影響進(jìn)行修正。修正后，同樣分別在加速器治療床上和加了固定底板的加速器治療床上進(jìn)行三維劑量驗(yàn)證，并用γ分析法（3 mm/3%標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行分析。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行配對(duì)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 對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組分別對(duì)60 例ⅠMRT 計(jì)劃進(jìn)行劑量驗(yàn)證

利用自帶VeriSoft 軟件，γ 分析方法中劑量偏差設(shè)置為3%，位移偏差設(shè)置為3 mm，閾值偏差為5 mm，計(jì)算方式為max dose of calculated volume，得到每一小組的三維劑量驗(yàn)證γ 通過(guò)率平均值。利用SPSS 19.0軟件對(duì)后入射野數(shù)目占比最小的對(duì)照一組與實(shí)驗(yàn)一組進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)，得出P值，以此類(lèi)推，分別對(duì)剩下的對(duì)照5 個(gè)小組與實(shí)驗(yàn)5 個(gè)小組進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，得出P值，得出數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組IMRT計(jì)劃γ通過(guò)率平均值t檢驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Results of t test on the average gamma passing rates of intensity-modulated radiotherapy plans in control and experimental groups

通過(guò)表1，我們可以得到：（1）除了后入射野數(shù)占比幾乎為0 的第1 組以外，后面5 組實(shí)驗(yàn)組的平均γ通過(guò)率均小于對(duì)照組的平均γ 通過(guò)率；（2）后入射野數(shù)目占比為0.56 的實(shí)驗(yàn)第5 組與對(duì)照第5 組配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，平均γ 通過(guò)率有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（t=2.566,P=0.030），這是因?yàn)槭艿搅藷崴苣す潭ǖ装宓挠绊?。同理?shí)驗(yàn)第6組與對(duì)照第6組配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，平均γ通過(guò)率有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（t=5.637,P=0.000）；（3）當(dāng)ⅠMRT 計(jì)劃后射野數(shù)目占比≥0.56 時(shí)，熱塑膜固定底板對(duì)三維劑量驗(yàn)證γ通過(guò)率影響有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.2 固定底板劑量修正后ⅠMRT 計(jì)劃劑量驗(yàn)證γ 通過(guò)率變化

為了解決熱塑膜固定底板對(duì)ⅠMRT 計(jì)劃三維劑量驗(yàn)證γ 通過(guò)率有一定影響的問(wèn)題，我們選擇影響最大的第6 組10 例ⅠMRT 計(jì)劃在計(jì)劃系統(tǒng)中，利用固定底板參與計(jì)算的方式對(duì)其進(jìn)行劑量修正。

修正前后，通過(guò)將Octavius 4D劑量驗(yàn)證系統(tǒng)分別對(duì)這10例ⅠMRT患者病例進(jìn)行碳纖維加速器治療床及固定底板的共同影響下的三維劑量驗(yàn)證，并利用Verisoft軟件，采用γ分析方法對(duì)劑量的驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行分析，γ通過(guò)率的劑量偏差設(shè)置為3%，位移偏差設(shè)置為3 mm，計(jì)算方法為max dose of calculated volume，得到相應(yīng)的γ通過(guò)率，所得數(shù)據(jù)通過(guò)使用Excel表格做統(tǒng)計(jì)和分析得出相應(yīng)的結(jié)果，如表2所示。

表2 碳纖維固定底板參與計(jì)算前后劑量驗(yàn)證γ通過(guò)率對(duì)比表Tab.2 Comparison of gamma passing rate of dosimetric verification before and after the consideration of immobilization baseplate of carbon fiber

從表2 可知，修正前，在治療床和底板的共同影響下，這10 例ⅠMRT 計(jì)劃的三維劑量驗(yàn)證γ 通過(guò)率平均值為89.1%，修正之后，平均值為94.9%，平均值增加5.8%，且最高在原來(lái)基礎(chǔ)上提升10.7%。我們將這兩組數(shù)據(jù)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這兩組數(shù)據(jù)有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（t=-5.769,P=0.000），這表明利用計(jì)劃系統(tǒng)使熱塑膜固定底板參與劑量計(jì)算的修正方法具有可行性。

3 討論

國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)當(dāng)中，有一些討論固定裝置對(duì)劑量驗(yàn)證通過(guò)率影響的文獻(xiàn)，其中Olson 等［13］報(bào)道采用Eclipse 治療計(jì)劃系統(tǒng)和AAA 算法，回顧性研究在VMAT治療中頭頸部固定裝置對(duì)射線的衰減情況。3家機(jī)構(gòu)對(duì)15 例不同頭頸部腫瘤患者進(jìn)行回顧性評(píng)估，從每個(gè)患者在Eclipse 中的現(xiàn)有計(jì)劃中創(chuàng)建一個(gè)測(cè)試計(jì)劃，其在劑量計(jì)算中將固定裝置勾畫(huà)到輪廓之內(nèi)參與計(jì)算。使用劑量體積直方圖與原有未考慮固定裝置的計(jì)劃進(jìn)行比較，該直方圖評(píng)估了最大劑量、接受95%處方劑量的PTV 百分比V95和100%的PTV 劑量D100。最大劑量差異計(jì)算范圍從0.3%到4.1%，原有計(jì)劃和試驗(yàn)計(jì)劃的V95覆蓋率的絕對(duì)差異為0.4%～2.3%，D100的差異更具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，報(bào)道的范圍為1.2%～71.4%，經(jīng)過(guò)對(duì)固定裝置進(jìn)行修正后的計(jì)劃指標(biāo)明顯低于原有計(jì)劃指標(biāo)，這充分說(shuō)明對(duì)固定裝置進(jìn)行劑量修正的必要性。

AAPM 176 號(hào)報(bào)告［9］中，詳細(xì)地闡述了不同品牌和廠家的治療床頭及固定裝置對(duì)放療劑量的影響，尤其是當(dāng)VMAT 技術(shù)逐漸取代ⅠMRT 技術(shù)后，導(dǎo)致后入射野傳遞更多的劑量，治療床頭及固定裝置對(duì)劑量的影響會(huì)更大，同時(shí)也指出放療過(guò)程中治療床頂部或固定裝置的劑量擾動(dòng)經(jīng)常被忽略，與本文觀點(diǎn)一致。

Munjal 等［14］曾做過(guò)相關(guān)研究，指出大多數(shù)TPS只用于垂直射束入射衰減修正因子。而當(dāng)射束斜入射時(shí)，底板、頭枕和其他固定裝置的衰減比垂直射束入射要大。斜入射束衰減的校正因子在大多數(shù)商用的治療計(jì)劃系統(tǒng)中都沒(méi)有配置。因此，對(duì)于需要在ⅠMRT 和3D-CRT 中進(jìn)行多次的治療，如此高的劑量傳遞可能導(dǎo)致目標(biāo)體積的劑量不足，需要在監(jiān)測(cè)單元計(jì)算中進(jìn)行糾正。

Chen 等［15］和辜石勇等［16］研究表明，頭頸部固定裝置的衰減和建成效應(yīng)降低了鼻咽癌計(jì)劃靶量的劑量覆蓋率和平均劑量，導(dǎo)致皮膚劑量增加。在治療計(jì)劃和劑量計(jì)算中，固定裝置應(yīng)該勾畫(huà)在皮膚外輪廓以內(nèi)參與計(jì)算，以減少劑量衰減和增加皮膚劑量。該結(jié)論與本文應(yīng)對(duì)熱塑膜固定裝置進(jìn)行劑量修正有類(lèi)似之處。

柏正璐［17］利用二維矩陣，將機(jī)架打到180°，測(cè)量不同厚度的碳纖維底板對(duì)二維劑量驗(yàn)證通過(guò)率的影響，表明碳纖維固定底板有一定的衰減能力。雖然有一定說(shuō)服力，但是其沒(méi)有完全模擬實(shí)際情況。

本文從實(shí)際臨床角度出發(fā)，利用三維驗(yàn)證系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法分析測(cè)量了固定底板對(duì)三維劑量驗(yàn)證通過(guò)率的影響程度，并且對(duì)固定底板進(jìn)行劑量修正，經(jīng)過(guò)劑量修正后的三維劑量驗(yàn)證通過(guò)率有明顯提升，而且有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。如果放療患者采用熱塑膜固定裝置，有后入射照射野，但是卻不對(duì)熱塑膜固定底板進(jìn)行劑量修正，這可能會(huì)導(dǎo)致患者最終接受劑量值低于設(shè)計(jì)值，給患者的腫瘤控制率帶來(lái)一定的影響，尤其對(duì)后入射野數(shù)占比較多的ⅠMRT 計(jì)劃和靶區(qū)劑量響應(yīng)梯度小的腫瘤影響程度可能會(huì)更大［18］。因此，在制定ⅠMRT 計(jì)劃時(shí)非常有必要對(duì)熱塑膜固定底板等固定裝置進(jìn)行劑量修正。本文提供了一種簡(jiǎn)便的方法：在勾畫(huà)靶區(qū)時(shí)將固定底板勾畫(huà)到皮膚以內(nèi)參與劑量計(jì)算，以達(dá)到對(duì)固定底板進(jìn)行劑量修正的目的，希望能為廣大放療同行提供幫助。由于條件限制，只對(duì)一種固定底板做了研究，將市面上多數(shù)固定底板均納入研究是筆者努力的一個(gè)方向。