ArcCHECK聯(lián)合3DVH在全腦放療劑量驗(yàn)證中的應(yīng)用

王敏，趙紫婷，時(shí)飛躍,2，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. 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

目前，腫瘤已成為危害人類健康的第二大殺手，死亡率僅次于心腦血管疾病[1-2]。對于惡性腫瘤的治療，主要有手術(shù)、放療和化療三大治療手段。其中，放療被認(rèn)為是僅次于手術(shù)的局部治療腫瘤的最有效手段。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代腫瘤放射治療已進(jìn)入精確放療時(shí)代[3]。為了“殺死”腫瘤細(xì)胞同時(shí)最大程度地保護(hù)周邊危及器官，放療劑量的準(zhǔn)確性及其分布起到了非常關(guān)鍵的作用[4]。一般來說，在放射治療過程中靶區(qū)劑量的總不確定度應(yīng)控制在5%以內(nèi)[4]。治療計(jì)劃系統(tǒng)（Treatment Planning System，TPS）中理論計(jì)算得到的劑量分布可以供物理師參考，但不能直接作為患者實(shí)際治療過程中的劑量分布。為了評估放療計(jì)劃能否達(dá)到預(yù)期的劑量分布，預(yù)防潛在錯(cuò)誤，治療前的計(jì)劃劑量驗(yàn)證是物理師必須完成的一步[5-6]。針對全腦放療計(jì)劃，本文采用與人體頭部形狀相似的ArcCHECK驗(yàn)證模體模擬患者進(jìn)行照射，并通過3DVH分析軟件對靶區(qū)和危及器官的劑量體積進(jìn)行重新計(jì)算，比較實(shí)際測量與理論計(jì)算得到的劑量分布，為全腦放療患者的實(shí)際治療提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器設(shè)備

瓦里安Clinac iX醫(yī)用電子直線加速器，配置了60對多葉準(zhǔn)直器（Multi-leaf Collimator, MLC），使用6 MV高能X線進(jìn)行計(jì)劃制作和治療；瓦里安Eclipse TPS，用于設(shè)計(jì)放療計(jì)劃和ArcCHECK劑量驗(yàn)證計(jì)劃；Sun Nuclear公司ArcCHECK劑量驗(yàn)證系統(tǒng)，分析軟件為SNC Patient，驗(yàn)證模體呈圓柱形，表面螺旋分布有1386個(gè)半導(dǎo)體探頭；Sun Nuclear公司3DVH軟件，可用于分析靶區(qū)和危及器官的理論計(jì)算和實(shí)際測量的差異。

1.2 臨床資料

選取14例腦轉(zhuǎn)移患者的全腦照射治療計(jì)劃進(jìn)行研究，患者中位年齡為64.5歲（50～76歲），其中男性8例，女性6例，分別以W1、W2、W3、…… W14進(jìn)行編號。所選取的全腦治療計(jì)劃均有兩個(gè)照射野，機(jī)架角度分別為90°和270°；處方為30 Gy/10次，分次劑量為3 Gy/次；靶區(qū)為PTV，正常組織有左、右眼晶體。

1.3 劑量驗(yàn)證方法

將全腦治療計(jì)劃移植到ArcCHECK模體圖像上重新進(jìn)行劑量計(jì)算，制作出ArcCHECK劑量驗(yàn)證計(jì)劃，然后將TPS計(jì)算得到的模體劑量分布文件導(dǎo)出并導(dǎo)入至SNC Patient軟件中。使用瓦里安Clinac iX直線加速器執(zhí)行劑量驗(yàn)證計(jì)劃，并通過ArcCHECK模體進(jìn)行測量。應(yīng)用SNC Patient軟件對ArcCHECK模體的TPS計(jì)算劑量分布和實(shí)際測量的劑量分布進(jìn)行比較（圖1），使用Gamma分析工具，分別設(shè)定2 mm/3%、閾值10%和3 mm/3%、閾值10%兩種分析參數(shù)，對ArcCHECK劑量驗(yàn)證計(jì)劃的Gamma通過率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

圖1 SNC Patient分析軟件中全腦照射計(jì)劃測量劑量分布與計(jì)劃劑量分布的比較

將治療計(jì)劃、劑量驗(yàn)證計(jì)劃和實(shí)際測量得到的劑量分布等數(shù)據(jù)導(dǎo)入3DVH軟件，通過3DVH進(jìn)行計(jì)算后，比較靶區(qū)和危及器官的理論計(jì)算和實(shí)際測量的差異。本文中，理論計(jì)算值是指TPS計(jì)算得到劑量參數(shù)值；實(shí)際測量值是指把包括ArcCHECK模體實(shí)際測量的劑量分布等數(shù)據(jù)導(dǎo)入3DVH軟件后，3DVH計(jì)算出的劑量參數(shù)值。使用劑量體積差異進(jìn)行分析，其公式為：劑量體積差異（%）=100%×（C-R）/R，其中R代表理論計(jì)算值，C代表實(shí)際測量值[7]。比較的參數(shù)有：PTV的平均劑量（PTV Dmean），PTV的95%體積的劑量（PTV D95%），左晶體的最大劑量（Lens-L Dmax），左晶體的平均劑量(Lens-L Dmean)，右晶體的最大劑量(Lens-R Dmax)，右晶體的平均劑量(Lens-R Dmean)。對劑量分布差異數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果

14例腦轉(zhuǎn)移患者的全腦照射治療計(jì)劃在兩種分析參數(shù)下的Gamma通過率，見圖2。分析參數(shù)設(shè)定為3 mm/3%、閾值10%和2 mm/3%、閾值10%兩種。后一種參數(shù)設(shè)置是參照了國家癌癥中心與國家腫瘤質(zhì)控中心聯(lián)合發(fā)布的《調(diào)強(qiáng)放療劑量驗(yàn)證實(shí)踐指南》中的要求[8]。

圖2 兩種分析參數(shù)條件下全腦驗(yàn)證計(jì)劃的Gamma通過率值

表1所示為通過3DVH分析軟件得到的靶區(qū)和危及器官實(shí)際測量和理論計(jì)算的結(jié)果差異數(shù)據(jù)，所使用的參數(shù)為劑量體積差異。若劑量體積差異為正，代表相應(yīng)的靶區(qū)或危及器官實(shí)際測量值高于理論計(jì)算值；若劑量體積差異為負(fù)，代表相應(yīng)的靶區(qū)或危及器官實(shí)際測量值低于理論計(jì)算值。

表1 靶區(qū)和危及器官理論計(jì)算和實(shí)際測量的劑量分布結(jié)果差異（劑量體積差異/%）

圖3所示為某例全腦患者由TPS得到的計(jì)算劑量分布和由測量數(shù)據(jù)并經(jīng)3DVH計(jì)算的劑量分布（實(shí)際劑量分布）的比較，可以看出，該患者靶區(qū)PTV實(shí)際獲得的劑量比TPS計(jì)算劑量整體略微偏低。

圖3 某例全腦患者計(jì)算劑量分布和實(shí)際劑量分布的比較

3 討論

精確放療對放療劑量的準(zhǔn)確性提出了更高的要求，其中，治療前的計(jì)劃劑量驗(yàn)證是放療質(zhì)量保證中必不可少的項(xiàng)目。從2019年底起，江蘇省已將放療計(jì)劃劑量驗(yàn)證納入收費(fèi)條目。目前市面上用于放療計(jì)劃劑量驗(yàn)證的設(shè)備多種多樣，包括ArcCHECK、MatriXX 、Delta-4以及COMPASS等[9-10]。其中，SunNuclear公司生產(chǎn)的ArcCHECK模體，外形是一個(gè)圓柱體，模體內(nèi)呈螺旋分布有1386個(gè)半導(dǎo)體探測器，相鄰探測器之間間隔10 mm[11]。配套的SunNuclear 3DVH軟件，可以分析TPS理論計(jì)算值和ArcCHECK模體實(shí)際測量值之間的差異，包括患者每個(gè)斷層和整體的劑量體積的差異[12]。研究表明，ArcCHECK探測器實(shí)際測得的劑量分布與TPS理論計(jì)算得到的劑量分布具有良好的一致性[13]，因此ArcCHECK不僅適用于容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃的劑量驗(yàn)證，還適用于普通調(diào)強(qiáng)計(jì)劃和三維適形計(jì)劃的劑量驗(yàn)證。對于腦轉(zhuǎn)移患者，目前常規(guī)采用兩野對穿照射，ArcCHECK模體與人體頭部形狀相似，可以較好地模擬患者頭部實(shí)際受照情況。

ArcCHECK已被廣泛應(yīng)用于多種腫瘤放療計(jì)劃的劑量驗(yàn)證中，大量研究表明基于ArcCHECK模體的劑量驗(yàn)證計(jì)劃的Gamma通過率均大于95%[14-16]，能夠滿足臨床劑量驗(yàn)證的要求。由圖2可見，分析參數(shù)設(shè)定為3 mm/3%、閾值10%時(shí)，14例全腦劑量驗(yàn)證計(jì)劃的Gamma通過率值均為100%；分析參數(shù)設(shè)定為2 mm/3%、閾值10%時(shí)，14例全腦劑量驗(yàn)證計(jì)劃的Gamma通過率為（98.64±0.40）%，除W8號患者的Gamma通過率為97.8%，其余患者的Gamma通過率均大于98%，這也說明TPS計(jì)算得到的劑量分布與實(shí)際執(zhí)行照射時(shí)ArcCHECK模體測量得到的劑量分布具有非常良好的一致性。所有患者均達(dá)到國家癌癥中心與國家腫瘤質(zhì)控中心聯(lián)合發(fā)布的《調(diào)強(qiáng)放療劑量驗(yàn)證實(shí)踐指南》中劑量差異3%、DTA 2 mm、10%劑量閾值時(shí)γ通過率應(yīng)＞95%的要求[8]。利用劑量驗(yàn)證工具ArcCHECK還能有效探測MLC的位置誤差[17-18]，本文中全腦劑量驗(yàn)證計(jì)劃的Gamma通過率較高，平均值大于98%，也能說明在執(zhí)行驗(yàn)證計(jì)劃時(shí)MLC走位較為準(zhǔn)確。

為了進(jìn)一步了解全腦患者的實(shí)際受照情況，本研究還利用3DVH分析軟件重建患者劑量分布，提供實(shí)際執(zhí)行計(jì)劃時(shí)靶區(qū)和危及器官的劑量體積信息。從表1可以看出，靶區(qū)方面，PTV Dmean和PTV D95%差異均略微偏低，分別為（-0.95±0.41）%和（-2.03±0.43）%，說明PTV Dmean和PTV D95%的實(shí)際測量值低于TPS理論計(jì)算值，所有病例靶區(qū)PTV Dmean和PTV D95%差異的絕對值均在3%以內(nèi)，其中，某例全腦患者靶區(qū)PTV的DVH比較結(jié)果如圖3所示。危及器官方面，Lens-L Dmax）和Lens-R Dmax的差異偏高，分別為（2.69±4.28）%和（0.31±6.21）%，其中，分別有4例全腦患者的Lens-L Dmax）和Lens-R Dmax差異的絕對值大于5%；Lens-L Dmean和 Lens-R Dmean的差異也偏高，分別為（3.66±3.64）%和（1.79±1.61）%，其中，有4例全腦患者的Lens-L Dmean差異的絕對值大于5%。需要注意的是，PTV Dmean和PTV D95%的平均值均在30 Gy左右，左、右晶體Dmax和Dmean的平均值4.2 Gy和3.1 Gy左右。整體來看，危及器官的劑量實(shí)際測量值略高于TPS理論計(jì)算值，大部分患者危及器官差異的絕對值在5%以內(nèi)，個(gè)別患者Lens-L Dmean差異甚至大于12%，這可能是晶體的體積較小且劑量限制較低，導(dǎo)致晶體的劑量體積差異相對靶區(qū)較大。目前針對全腦三維適形計(jì)劃劑量驗(yàn)證的研究較少，本研究利用3DVH軟件模擬重建全腦患者實(shí)際受照時(shí)的劑量分布，可為全腦適形計(jì)劃的劑量驗(yàn)證提供更多的參考信息。

綜上所述，本研究中14例全腦放療患者的ArcCHECK模體劑量驗(yàn)證結(jié)果總體上較好，3DVH的結(jié)果顯示實(shí)際劑量分布與理論計(jì)算差異較小。ArcCHECK和3DVH 是方便快捷且信息豐富的放療劑量工具，它們不但能夠顯示模體中劑量分布的Gamma分析結(jié)果，而且可以直觀顯示TPS理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)際測量結(jié)果的差異，提供患者靶區(qū)和危及器官實(shí)際劑量分布的信息，對放療計(jì)劃的設(shè)計(jì)和實(shí)施提供了有益的指導(dǎo)和參考。

致謝

感謝南京蘭鑫公司甘衛(wèi)寧和王娟在驗(yàn)證設(shè)備使用上提供的幫助和支持，感謝SNC公司唐小羽在軟件使用上提供的指導(dǎo)和幫助。