基于Edose 系統(tǒng)的鼻咽癌調(diào)強(qiáng)放療三維劑量驗(yàn)證

李政歡，成 媛，孔繁圖，陳露茜，董 潔，嚴(yán)華梅*

（1.中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院腫瘤放射治療科，廣州 510630；2.亳州寶璋醫(yī)院放療科，安徽亳州 236700）

0 引言

鼻咽癌是中國華南地區(qū)常見的惡性腫瘤，在每10 萬人中就有15～50 人患有該病[1-3]。鼻咽癌的主要治療手段是放療[4]。調(diào)強(qiáng)放療（intensity-modulated radiotherapy，IMRT）根據(jù)腫瘤形狀以及解剖結(jié)構(gòu)情況設(shè)置約束條件，然后進(jìn)行劑量優(yōu)化，使形成的劑量分布與靶區(qū)形狀一致，在增加腫瘤劑量的同時(shí)盡量降低周圍正常組織的受照劑量，目的是提高治療增益比[5-7]。IMRT 計(jì)劃由于劑量梯度大，治療過程涉及環(huán)節(jié)較多，射野內(nèi)的劑量分布不均勻，因此，治療前必須對(duì)IMRT 計(jì)劃進(jìn)行劑量驗(yàn)證，保證放療劑量的準(zhǔn)確性。IMRT 在臨床上的應(yīng)用越來越廣泛，更加凸顯了個(gè)體化的劑量學(xué)驗(yàn)證的重要性[8-9]。

Edose 系統(tǒng)的劑量主要依靠加速器自帶的電子射野影像系統(tǒng)（electronic portal imaging device，EPID）進(jìn)行測量，該系統(tǒng)應(yīng)用最初用來解決臨床上射野位置偏差和患者擺位準(zhǔn)確性驗(yàn)證的問題。由于EPID具備獲取圖像速度快、分辨力高的特點(diǎn)，并且擁有良好的劑量響應(yīng)特性[10-11]，具備優(yōu)良的劑量測定特性，因此越來越廣泛地應(yīng)用于臨床IMRT 劑量驗(yàn)證[12-13]。EPID 用于劑量驗(yàn)證的發(fā)展結(jié)果是劑量引導(dǎo)放療，實(shí)現(xiàn)三維的劑量驗(yàn)證，最終實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)劑量引導(dǎo)放療[14]。本研究利用Edose 系統(tǒng)的三維重建劑量和實(shí)測重建劑量分析功能，對(duì)鼻咽癌IMRT 計(jì)劃的Gamma 通過率進(jìn)行分析，并對(duì)靶區(qū)和危及器官單獨(dú)進(jìn)行劑量、體積參數(shù)分析，深入探討Edose系統(tǒng)在鼻咽癌IMRT劑量驗(yàn)證中的作用和意義。

1 資料與方法

1.1 患者資料

隨機(jī)選取2020 年2—10 月接受IMRT 的17 例鼻咽癌患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：年齡18～75 歲，經(jīng)病理確診為鼻咽癌，心臟、肝腎、骨髓等功能基本正常，可耐受放療。排除標(biāo)準(zhǔn)：患者KPS 評(píng)分小于70 分，無法配合治療者。納入患者臨床分期T1 期6 例，T2 期7 例，T3期4 例，年齡21～73 歲，平均年齡52 歲。

1.2 儀器和設(shè)備

采用的儀器和設(shè)備包括Elekta Synergy 加速器，Edose 劑量驗(yàn)證系統(tǒng)，Simens Somatom Definition 大孔徑CT 模擬機(jī)，Elekta Monaco V5.11 治療計(jì)劃系統(tǒng)。

1.3 CT 圖像掃描

所有患者掃描方式均為平掃加增強(qiáng)，掃描層厚為3 mm，掃描范圍為顱頂至鎖骨頭下2 cm。采用頭頸肩熱塑體模結(jié)合發(fā)泡膠固定，患者呈仰臥位，頭朝機(jī)架。所有CT 圖像重建后的圖像傳輸至Monaco治療計(jì)劃系統(tǒng)。在平掃CT 圖像中完成靶區(qū)和危及器官勾畫并進(jìn)行IMRT 計(jì)劃設(shè)計(jì)，計(jì)劃設(shè)計(jì)完成后將IMRT 計(jì)劃、CT 圖像和解剖結(jié)構(gòu)等傳輸至Edose系統(tǒng)。

1.4 靶區(qū)和危及器官的勾畫

靶區(qū)和危及器官定義參考《2020 年鼻咽癌診療指南》，腫瘤靶區(qū)（gross tumor volume，GTV）包括影像及內(nèi)鏡檢查可見的原發(fā)腫瘤部位（GTVnx）以及影像和臨床檢查可見的腫大淋巴結(jié)（GTVnd）。臨床靶區(qū)（clinical target volume，CTV）包括臨床靶體積與高危區(qū)域的臨床靶體積（CTV1）以及需要預(yù)防照射的低危區(qū)（CTV2）。GTVnx、GTVnd、CTV1、CTV2分別外擴(kuò)3 mm得到計(jì)劃靶區(qū)（planning target volume，PTV），依次定義為PTVnx、PTVnd、PTV1、PTV2。危及器官勾畫包括脊髓、腦干、晶體、眼球、視神經(jīng)、視交叉、垂體、腮腺等。

1.5 計(jì)劃設(shè)計(jì)與劑量學(xué)差異比較

采用動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)優(yōu)化方式，采用蒙特卡羅（Monte Carlo，MC）算法計(jì)算劑量，控制點(diǎn)統(tǒng)計(jì)不確定度為2%，計(jì)算網(wǎng)格為3 mm，單野控制點(diǎn)數(shù)為20，射線能量為6 MV，計(jì)劃設(shè)置9 個(gè)共面射野，角度為160°、120°、80°、40°、0°、320°、280°、240°、200°。物理參數(shù)設(shè)置為Surface Margin（體表內(nèi)縮）：0.3 cm，Beamlet Width（射束寬度）：0.5 cm，Min Segment Width（最小子野寬度）：0.6 cm。

采用Edose Version 2.1[16]商用軟件分析Gamma值。測量時(shí)放射源到EPID 平板的距離為160 cm，出束前對(duì)EPID 平板進(jìn)行本底測量和增益校準(zhǔn)，消除探測器內(nèi)部的暗電流，保證所有測量點(diǎn)響應(yīng)的一致性和劑量圖像的采集質(zhì)量。Edose 系統(tǒng)根據(jù)測量的劑量圖像利用反卷積和卷積算法在患者的CT 圖像中重建患者體內(nèi)的三維劑量分布，并與Manoco V5.11 治療計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算的三維劑量分布進(jìn)行比較，得到3%/3 mm、3%/2 mm 和2%/2 mm 標(biāo)準(zhǔn)下的Gamma 通過率，劑量閾值設(shè)為10%。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

表1、2 分別為17 例鼻咽癌患者PTV 和危及器官的Edose 系統(tǒng)重建劑量和實(shí)測劑量的比較。表1中各PTV 的D%都在2%以內(nèi)，所有PTV 的D98的P 值均大于0.05，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，除PTVnd的D2外，其余各參數(shù)的P 值均小于0.05，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。除了PTV2的靶區(qū)覆蓋率差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外（P=0.043），其余靶區(qū)的靶區(qū)覆蓋率差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。表2 中危及器官的D%較PTV 的差異大，D%最大的為小體積的晶體，可達(dá)（12.47±7.43）%，其次是眼球[（10.29±7.74）%]，其余各危及器官的D%均在5%以內(nèi)。3%/3 mm、3%/2 mm 和2%/2 mm 的Gamma 通過率分別為（99.20±0.63）%、（98.61±0.86）%和（96.39±1.89）%。圖1（a）、（b）分別為鼻咽癌靶區(qū)和危及器官的劑量散點(diǎn)對(duì)比圖，靶區(qū)的Edose 系統(tǒng)重建劑量與Edose 系統(tǒng)實(shí)測劑量的偏差并不大，幾乎重合。圖2（a）、（b）分別為Edose 系統(tǒng)計(jì)算的患者CT 圖像三維劑量分布和劑量體積直方圖（dose-volume histogram，DVH），只有小體積的晶體和眼球這2 個(gè)器官的Edose系統(tǒng)重建劑量與實(shí)測劑量的偏差較大，呈明顯的分開狀態(tài)。結(jié)合表1 和表2，表明大部分組織的重建劑量會(huì)比實(shí)測劑量偏低，但是在小體積組織中體現(xiàn)較為明顯，比如晶體和眼球。

圖1 鼻咽癌靶區(qū)和危及器官的劑量散點(diǎn)對(duì)比圖

圖2 Edose 系統(tǒng)計(jì)算的患者CT 圖像三維劑量分布和DVH

表1 17 例鼻咽癌患者PTV Edose 系統(tǒng)重建劑量R 和實(shí)測劑量E 的比較

表2 17 例鼻咽癌患者危及器官Edose 系統(tǒng)重建劑量R 和實(shí)測劑量E 的比較

3 討論

目前，IMRT 計(jì)劃的質(zhì)量保證（quality assurance，QA）驗(yàn)證都是利用驗(yàn)證系統(tǒng)計(jì)算的Gamma 通過率數(shù)值高低來判斷計(jì)劃是否通過（大于90%認(rèn)為計(jì)劃通過），但是Gamma 通過率只是評(píng)估機(jī)器執(zhí)行的計(jì)劃與治療計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算計(jì)劃之間的整體符合度，并不能給出臨床感興趣結(jié)構(gòu)的具體劑量差異，反而會(huì)降低治療QA 的臨床意義[17]。Edose 系統(tǒng)的劑量驗(yàn)證是根據(jù)測量透過患者的劑量反推患者體內(nèi)的劑量，相對(duì)應(yīng)用模體測量機(jī)器的輸出劑量更加準(zhǔn)確[18]。

AAPM TG-119 報(bào)告認(rèn)為，在3%/3 mm 條件下，計(jì)劃合格標(biāo)準(zhǔn)是要求Gamma 通過率超過90%[19]。但是，Gamma 通過率的評(píng)價(jià)不具備很強(qiáng)的臨床相關(guān)性，即在評(píng)判計(jì)劃合格的同時(shí)并不具備比較Gamma通過率與靶區(qū)和危及器官的DVH 劑量偏差（D%）的關(guān)系。照射區(qū)域內(nèi)腫瘤的照射劑量差異應(yīng)小于處方劑量的±5%，如果腫瘤劑量偏離最佳劑量，可能出現(xiàn)腫瘤原發(fā)灶局部復(fù)發(fā)或治療副反應(yīng)增加，從而降低治療獲益，導(dǎo)致腫瘤治療失敗[8]。本研究中部分PTV和危及器官的DVH 劑量分布比較結(jié)果存在明顯差異。3%/3 mm 與3%/2 mm 標(biāo)準(zhǔn)的Gamma 通過率超過95%，2%/2 mm 標(biāo)準(zhǔn)的Gamma 通過率超過90%，均符合臨床要求；PTV 的劑量偏差均在2%以內(nèi)，但有部分危及器官的劑量偏差超過3%，偏差最大的是晶體，其次是眼球。晶體和眼球這2 個(gè)結(jié)構(gòu)在鼻咽癌中屬于小體積解剖結(jié)構(gòu)，體積小的解剖結(jié)構(gòu)造成的劑量偏差會(huì)比體積大的解剖結(jié)構(gòu)更大[20]。

對(duì)于小體積的解剖結(jié)構(gòu)而言，一方面，是因?yàn)槠浣馄鼠w積太小，較小的劑量偏差就可引起DVH 上的較大差異。另一方面，由于探測板探測器間距較大，空間分辨力不夠精細(xì)，導(dǎo)致射野邊界出現(xiàn)低劑量點(diǎn)，從而造成靶區(qū)邊緣的DVH 重建劑量小于治療計(jì)劃系統(tǒng)的計(jì)算劑量[21]。本研究中偏差最大的晶體和眼球都是距離皮膚較近的結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)超過5%的差異，這是由于Edose 系統(tǒng)對(duì)于皮膚下表淺區(qū)域劑量的修正效果較差，從而導(dǎo)致劑量差異偏高，Huang 等[16]的研究也得出相似結(jié)果。另外由于解剖結(jié)構(gòu)體積小，多葉準(zhǔn)直器（multi-leaf collimator，MLC）到位精度、機(jī)架旋轉(zhuǎn)精度、劑量準(zhǔn)確度等因素對(duì)小體積結(jié)構(gòu)的劑量影響更大[22]。由于鼻咽癌患者的腦干、視交叉等組織距離靶區(qū)非常近，周圍的劑量梯度非常大，即使較小的偏差就可能造成很大的劑量偏差。但本研究病種單一，下一步應(yīng)考慮擴(kuò)大病種的研究范圍，比如肺癌、宮頸癌和乳腺癌等高發(fā)病種，研究這一現(xiàn)象是否在其他病種中也存在相同的規(guī)律。

綜上所述，僅依靠Gamma 通過率的比較有時(shí)并不能完全反映治療計(jì)劃是否符合臨床治療的要求，需要全面評(píng)估基于三維影像解剖結(jié)構(gòu)的劑量誤差對(duì)臨床計(jì)劃執(zhí)行的影響，從而為治療計(jì)劃的QA 提供更充分的參考依據(jù)。