鼻咽癌調(diào)強(qiáng)計劃分野和大野Portal Dosimetry劑量驗證的分析比較

時飛躍，王敏，趙紫婷，秦偉，趙環(huán)宇，魏曉為

1. 南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院（南京市第一醫(yī)院） a. 腫瘤放療中心；b. 醫(yī)療設(shè)備處，江蘇 南京 210006；2. 南京醫(yī)科大學(xué) 醫(yī)學(xué)物理研究中心，江蘇 南京 210029

引言

鼻咽癌（Nasopharyngeal Carcinoma，NPC）是最常見的頭頸部惡性腫瘤之一，由于腫瘤靶區(qū)形狀復(fù)雜且周圍有較多重要器官，因此臨床上患者多采用放射治療的方式進(jìn)行治療。調(diào)強(qiáng)放射治療（Intensity Modulated Radiotherapy，IMRT）不僅能為靶區(qū)提供高度適形的劑量分布，而且能夠保護(hù)周圍的危及器官和正常組織，是目前治療NPC的主流放療技術(shù)[1]。由于NPC的腫瘤靶區(qū)形狀復(fù)雜，周圍需要保護(hù)的危及器官較多，因此其IMRT計劃也比較復(fù)雜，一般采用7個或9個射野的布野方式。為了確保NPC計劃復(fù)雜的劑量分布準(zhǔn)確傳輸?shù)交颊呱砩?，需要對IMRT計劃進(jìn)行劑量驗證。近年來，電子射野影像裝置（Electronic Portal Imaging Device，EPID）越來越廣泛地被應(yīng)用于IMRT和容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）計劃的劑量驗證中[2-4]。使用基于非晶硅EPID的瓦里安Portal Dosimetry（PD）系統(tǒng)對放療計劃進(jìn)行劑量驗證，具有操作簡單、使用方便、顯示結(jié)果及時等諸多優(yōu)點[5]。瓦里安醫(yī)用直線加速器的多葉準(zhǔn)直器（Multi-leaf Collimator，MLC）因為采用獨特的驅(qū)動設(shè)置，所以大靶區(qū)射野（即大野，Large Field）會自動生成2～3個分野（Split Field）[6]。加速器在執(zhí)行上述治療計劃時可根據(jù)是否支持大野調(diào)強(qiáng)，選擇按照大野或分野方式出束。對于由治療計劃生成的PD劑量驗證計劃，早期軟件版本只支持按照每個分野出束，后來可以選擇按照大野或分野出束。由于NPC靶區(qū)尺寸較大，其IMRT計劃的射野多為大野。關(guān)于分野和相應(yīng)大野Portal Dosimetry劑量驗證結(jié)果的差異和聯(lián)系，尚未見報道。本研究通過對NPCPD劑量驗證計劃的分野和大野進(jìn)行比較分析，得到兩種射野Gamma通過率的相關(guān)數(shù)據(jù)差異，為物理師評估NPC調(diào)強(qiáng)計劃的PD劑量驗證結(jié)果提供有益的參考和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 病例選擇

選取2016年6月至2018年6月南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院（南京市第一醫(yī)院）收治的NPC患者11例。所有患者均為初次治療且病理或細(xì)胞學(xué)證實為NPC，放療計劃（或首程放療計劃）采用9野計劃設(shè)計，并且每個治療射野均為由兩個分野組成的大野。排除治療射野為非大野，或由三個分野組成的大野的病例?；颊呦嚓P(guān)統(tǒng)計資料見表1。因NPC患者腫瘤靶區(qū)較多且不同患者情況不同，故表中只選取PGTV的體積（VPGTV）和所有靶區(qū)的總體積（VPTV-Sum）進(jìn)行統(tǒng)計。 表中總劑量是特指給予PGTV的總劑量。以P1-P11對11例患者計劃進(jìn)行編號。

表1 NPC患者的統(tǒng)計資料

1.2 驗證計劃的制作與執(zhí)行

在放療工作中，使用瓦里安Eclipse 8.6治療計劃系統(tǒng)設(shè)計制作IMRT治療計劃。上述11例NPC患者均采用9野調(diào)強(qiáng)方式，機(jī)架角度分布如下：280°、300°、320°、340°、0、20°、40°、60°和80°。治療計劃制作完成后，制作治療計劃的PD劑量驗證計劃，由PDIP算法計算得到計算（預(yù)測）劑量圖像。本單位Portal Dosimetry版本為8.6.23，因此每個大野（Large Field）在PD驗證計劃中分成2～3個分野。本研究為了統(tǒng)計分析及論述方便，選取的每個調(diào)強(qiáng)計劃中的射野，都是能夠分成2個分野的大野。更高版本的Portal Dosimetry（版本10.0及以上），治療計劃的大野在制作PD驗證計劃時，可以選擇生成大野或分野來進(jìn)行驗證。

使用Clinac iX直線加速器出束，執(zhí)行上述PD驗證計劃。驗證計劃執(zhí)行結(jié)束后，在PD軟件模塊里使用Gamma分析工具，對計算劑量分布和測量劑量分布進(jìn)行比較，獲取每個分野的Gamma通過率值等劑量驗證結(jié)果。分析參數(shù)距離符合度、標(biāo)準(zhǔn)劑量差異和劑量閾值分別設(shè)定為3 mm、3%和10%。

1.3 大野數(shù)據(jù)的獲取

選取的11例NPC患者的治療計劃，其射野均為大野。每個大野在PD驗證計劃中分成兩個分野。對每一例PD驗證計劃，導(dǎo)出每個分野的計算圖像和測量圖像的DXF文件。對于測量圖像的DXF文件，通過將兩個分野DXF文件中兩個數(shù)字矩陣相加，得到相應(yīng)大野測量圖像的DXF文件。對于計算圖像的DXF文件，首先將每個分野DXF文件中的數(shù)字矩陣乘以相應(yīng)的MU值，乘積結(jié)果矩陣記為M，然后將M矩陣相加，從而得到相應(yīng)大野計算圖像的DXF文件。最后將計算和測量兩類DXF文件導(dǎo)回PD軟件模塊，然后使用PD的相應(yīng)分析菜單和工具，從而實現(xiàn)對大野進(jìn)行Gamma分析[7]。圖1所示為兩個分野合成一個大野的示意圖。a和b兩個分野的計算劑量分布合成大野c的計算劑量分布；d和e兩個分野的測量劑量分布合成大野f的測量劑量分布。

圖1 兩個分野合成一個大野的計算和測量劑量分布示意圖

1.4 統(tǒng)計分析與比較

11例PD驗證計劃，每例計劃有18個分野，共計有198個分野，對應(yīng)了99個大野。統(tǒng)計所有分野和大野Gamma通過率的最大值、最小值、平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)據(jù)。使用符號G表示射野的Gamma通過率，用ΔG表示分野和大野Gamma通過率的差異。ΔG=G (SF)-G (LF)，其中G （SF）和G（LF）分別表示分野和相對應(yīng)大野的Gamma通過率值。對ΔG進(jìn)行統(tǒng)計分析，除了統(tǒng)計最大值、最小值、平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，還統(tǒng)計ΔG的絕對值大于3%和5%的個數(shù)及所占比例。對每一例PD驗證計劃，分別對18個分野和9個大野，統(tǒng)計最大值、最小值、平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。對兩種射野的上述四個統(tǒng)計參數(shù)，分別使用配對t檢驗進(jìn)行比較分析，以P＜0.05為有統(tǒng)計學(xué)差異。

2 結(jié)果

對198個分野和99個大野，分別統(tǒng)計Gamma通過率（G）的最大值、最小值、平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，統(tǒng)計結(jié)果列于表2。對分野和大野，分別統(tǒng)計不同范圍G值的射野數(shù)目及所占百分比，統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。對198個分野與相應(yīng)大野的G值，使用配對t檢驗進(jìn)行比較，兩組數(shù)據(jù)沒有統(tǒng)計學(xué)差異（P=0.095＞0.05）。

表2 所有分野和大野Gamma通過率的相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)

表3 Gamma通過率相關(guān)數(shù)值的數(shù)目及所占百分比

對G值小于90%的射野進(jìn)行詳細(xì)分析。有一個大野（記為L1）的G值為88.69%，其對應(yīng)的兩個分野（分別記為S1-a和S1-b）的G值分別為99.92%和98.10%。有兩個分野（分別記為S2-b和S3-b）的G值小于90%，分別為89.67%和88.09%，S2-b對應(yīng)的S2-a和L2的G值分別為99.36%和95.46%，S3-b對應(yīng)的S3-a和L3的G值分別為99.29%和95.78%，見圖2。

圖2 分野和大野Gamma通過率的差異（ΔG）

評價一個PD驗證計劃的結(jié)果，不只關(guān)注單個射野的數(shù)據(jù)，還要對所有射野的整體情況進(jìn)行評價。對11例PD驗證計劃，計算每例計劃分野和大野Gamma通過率的最大值、最小值、平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。表4列出了平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)據(jù)。對兩種射野（分野和大野）的上述四種參數(shù)分別使用配對t檢驗，結(jié)果顯示除最大值（P=0.004＜0.05）外，最小值、平均值和標(biāo)準(zhǔn)差都沒有統(tǒng)計學(xué)差異（P=0.550、0.230和 0.734＞0.05）。

表4 NPCPD驗證計劃分野和大野Gamma通過率的統(tǒng)計和比較

3 討論

最初EPID的設(shè)計目標(biāo)是解決臨床上射野形狀、位置和患者擺位驗證的問題[8]。后來由于其具有較高的分辨率、較快的獲取圖像速度及良好的劑量響應(yīng)特性，使得EPID在劑量驗證方面的應(yīng)用越來越廣泛。朱金漢等[9]、李玉成等[8,10]、張朋等[11]，使用EPID進(jìn)行了二維和三維劑量驗證方面的研究。瓦里安的Portal Dosimetry（PD）系統(tǒng)，包含非晶硅EPID和PD軟件模塊，可用于IMRT和RapidArc放療計劃的劑量驗證，可分析得到每個照射野（射弧）的劑量驗證結(jié)果。黎旦等[12]、張基永等[13]、孟慧鵬等[14]、胡俏俏等[15]、王杰等[5]，使用PD系統(tǒng)對IMRT或VMAT計劃進(jìn)行了劑量驗證，并與其他劑量驗證設(shè)備的驗證結(jié)果進(jìn)行了比較。我們前期使用PD系統(tǒng)對NPC和宮頸癌的調(diào)強(qiáng)劑量驗證計劃進(jìn)行了研究，其中對宮頸癌的研究中涉及了分野與總射野（大野）的PD劑量驗證[7]，對NPC的研究中提出了使用計劃的總射野評價PD劑量驗證結(jié)果的方法[16]。

在射線出束過程中，瓦里安23EX、Clinac iX、Trilogy等加速器的MLC葉片可以運(yùn)動，但是Carriage不可以運(yùn)動，且MLC最大伸出范圍為15 cm。因此當(dāng)IMRT計劃中靶區(qū)尺寸較大導(dǎo)致射野X接近15 cm時，射野會自動分野，原始的照射野（大野）會分成2～3個分野，每個分野有不同的Carriage位置。楊波等[17]、Wei等[18]、楊濤等[19]比較了調(diào)強(qiáng)分野與固定鎢門技術(shù)在大靶區(qū)腫瘤放療中的劑量學(xué)參數(shù)和治療效率。本研究中，選取的每例NPC治療計劃均采用9野射野分布，每個射野均為大野，由治療計劃制作PD驗證計劃時每個大野分成兩個分野。

由198個分野和99個大野Gamma通過率的統(tǒng)計結(jié)果可見，分野和大野整體的G值都比較高，表明這些NPC調(diào)強(qiáng)放療計劃射野參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸和治療實施比較準(zhǔn)確。由198個分野和相應(yīng)大野的配對t檢驗結(jié)果可見，分野和大野的Gamma通過率沒有統(tǒng)計學(xué)差異。由對三組個別射野（L1，S1-a，S1-b ；L2，S2-a，S2-b；L3，S3-a，S3-b） 的Gamma通過率的分析可見，兩個G值偏小的分野合成大野的G值可能較大；G值較大的大野對應(yīng)的其中一個分野的G值也可能偏小。由圖1及表3中ΔG和ΔG絕對值的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可見，分野和大野Gamma通過率的差異整體上較小，其中ΔG為0.26%±2.21%，ΔG的絕對值為1.38%±1.75%。由ΔG的統(tǒng)計還可見，絕大部分（大約95.98%）射野的ΔG值在-5%～5%的范圍內(nèi)，大部分（88.38%）射野的ΔG值在-3%～3%的范圍內(nèi)。由表1、表2及相應(yīng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)可見，11例PD驗證計劃，每例計劃中大野Gamma通過率值的平均值都大于96.5%，分野Gamma通過率值的平均值都大于97%表明，這些PD驗證計劃的劑量驗證數(shù)據(jù)結(jié)果較好。配對t檢驗的結(jié)果表明，對PD驗證計劃大野和分野分別統(tǒng)計的最小值、平均值和標(biāo)準(zhǔn)差都沒有統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05）。

綜上所述，對于NPC固定野調(diào)強(qiáng)計劃的PD劑量驗證計劃，分野和相應(yīng)大野的Gamma通過率總體上差異較小，但也有極少部分分野和相應(yīng)大野的Gamma通過率差異較大。對于每例PD驗證計劃所有射野Gamma通過率的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，分野和大野的數(shù)據(jù)結(jié)果沒有統(tǒng)計學(xué)差異。本研究的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，可為物理師使用基于EPID的瓦里安PD系統(tǒng)評估NPC調(diào)強(qiáng)計劃的劑量驗證結(jié)果，提供了有益的參考依據(jù)。