ArcCHECK和EBT3膠片應用于螺旋斷層放射治療劑量驗證的比較研究*

丁艷秋 吳偉章 朱夫海 王 勇 程金生 翟賀爭

[文章編號] 1672-8270(2015)09-0031-05 [中圖分類號] R144.1 [文獻標識碼] A

ArcCHECK和EBT3膠片應用于螺旋斷層放射治療劑量驗證的比較研究*

丁艷秋①吳偉章②*朱夫海②王 勇②程金生①翟賀爭③

[文章編號] 1672-8270(2015)09-0031-05 [中圖分類號] R144.1 [文獻標識碼] A

目的：比較研究ArcCHECK半導體矩陣和EBT3膠片在螺旋斷層放射治療劑量驗證中的應用。方法：隨機選取10例小靶區患者的螺旋斷層放射治療計劃，分別采用ArcCHECK半導體矩陣和EBT3膠片兩種方法進行劑量驗證，設置γ分析通過標準(1 mm/1%、2 mm/2%、3 mm/3%)，獲得兩種方法的γ分析通過率。結果：ArcCHECK半導體矩陣γ分析標準(1 mm/1%、2 mm/2%、3 mm/3%)的平均通過率為86.9%、99.1%及99.9%，EBT3膠片γ分析標準(1 mm/1%、2 mm/2%、3 mm/3%)的平均通過率為65.3%、92.4%及98.1%，兩者相差分別為21.6%、6.7%和1.8%。兩種劑量驗證γ分析通過率相比較，其差異具有統計學意義(Z=-3.0627，P=0.0022)、(Z=-3.6070，P=0.0003)及(Z=-3.7920，P=0.0001)。結論：在進行劑量梯度變化較大區域或低劑量區的螺旋斷層放射治療計劃驗證時需要使用膠片進行劑量驗證復核。

螺旋斷層放射治療；EBT3膠片；劑量驗證；ArcCHECK半導體矩陣

[First-author’s address] National Institute for Radiological Protection, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Beijing 100088, China.

目前，放射治療仍然是治療腫瘤的重要手段，而新型放射治療技術也在不斷發展。螺旋斷層放射治療(Tomotherapy，TOMO)系統是一種在CT圖像引導下，以調強放射治療為主的新型放射治療技術。目前全世界已有超過400臺的TOMO設備投入臨床使用，我國現已安裝運行10余臺，預計在不久的將來會得到更快速的發展[1]。

TOMO是一種全新調強放射治療設備，將6 MV直線加速器代替球管安裝在CT的滑環機架上，使用扇形束實施螺旋照射。TOMO系統在進床的同時環繞患者進行360o旋轉，在40cm×160cm范圍內螺旋照射治療。TOMO系統采用64片二元多葉光柵調制照射野，源軸距(source axis distance，SAD)為85cm，射野的最大寬度為40cm，最大開度為5cm，由次級準直器開口決定。等中心處的劑量率為9Gy/min左右。取消了傳統加速器的均整器設計，增加了多葉光柵的漏射保護功能和采用窄束照射等功能。其機架每旋轉一圈有51個投照角度，具有巨大數目的調制射野，因此可以給復雜的腫瘤靶區非常均勻且高度適形的劑量分布[2-3]。同時，TOMO系統將CT掃描技術與放射治療系統整合到一起，在每次治療前采集患者圖像資料，與定位CT進行配準，以減少擺位誤差。其自帶的自適應軟件能快速的將患者治療前的MV CT圖像與定位的kV CT圖像進行融合，便于醫生進行靶區的修改，同時能快速的創建自適應計劃，將腫瘤治療的精度提高到一個新的水平。

鑒于TOMO系統是一種高精度的調強放射治療，實施放射治療前進行放射治療計劃劑量驗證顯得尤為重要。螺旋斷層質量控制推薦的解決方法是在專用圓柱形模體中采用膠片相對劑量和電離室同時測量點絕對劑量來給予實現[4-7]。目前已有許多免沖洗膠片滿足臨床劑量驗證的要求，EBT3膠片作為一種新型免沖洗膠片具有能量依賴性小和分析簡單等優勢已逐漸應用于臨床劑量驗證。ArcCHECK半導體矩陣是用于放射治療劑量分布測量的三維劑量測量系統，1386個半導體探測器分布在圓柱型模體面上，可以測量該圓柱面上的劑量分布，目前已有多家TOMO系統放射治療機構使用該矩陣進行螺旋斷層劑量驗證。本研究隨機選取10例小靶區患者的TOMO系統放射治療計劃，分別采用ArcCHECK半導體矩陣和EBT3膠片兩種方法進行螺旋斷層放射治療劑量驗證，旨在比較分析兩種方法的驗證結果。

1 材料與方法

1.1 EBT3膠片與ArcCHECK半導體矩陣的刻度

(1)膠片的刻度。膠片型號為美國產GAFCHROMIC EBT3，尺寸為8×10 in，標稱劑量響應范圍為0.1～10Gy，免沖洗，對可見光不敏感。將EBT3膠片虛擬分為九宮格，每格放置于5cm厚的固體水上，上面再放置1cm厚的固體水，源到固體水表面源皮距離(source skin distance，SSD)=85cm。輻射野大小為5cm×5cm，參考電離室有效測量點深度為2cm，照射時間分別為5 s、15 s、20 s、25 s、30 s、40 s、70 s以及100 s，在膠片上形成不同黑度的9個方塊，用TOMO系統自帶軟件繪制出EBT3膠片的劑量響應曲線[8]。

(2)ArcCHECK半導體矩陣刻度。ArcCHECK半導體矩陣為美國Sun Nuclear公司生產，長21cm的矩陣上分布1386個半導體探測器，探測器尺寸為0.8mm×0.8mm，探測器間距為10mm。在TOMO治療機上進行絕對劑量刻度，機器跳數設為200 MU，射野大小為5cm×10cm，機架角0o，出束時間為15～20 s。隨儀器帶的SNC Patient軟件內建有ArcCHECK半導體矩陣絕對劑量刻度的標準程序，其方法為在等效深度固體水下利用電離室測量規定出束條件下的絕對劑量，在相同的出束條件下照射ArcCHECK半導體矩陣后，將參考電離室測量的絕對劑量輸入到程序中，完成劑量刻度。采用TOMO系統的MV CT掃描ArcCHECK半導體矩陣，獲取矩陣MV CT圖像，傳輸到TOMO系統DQA Station軟件后生成DQA(執行劑量驗證)數字模體。在DQA Station中調用DQA數字矩陣，將患者的TOMO計劃移植到矩陣上，使用紅激光燈定位矩陣，再經過計算得到可供執行的DQA數字計劃，將DQA計劃的RT-PLAN和RT-DOSE兩個文件用DICOM傳輸工具導入到SNC Patient軟件中[9]。

1.2 劑量驗證

本研究對每例螺旋斷層計劃分別用膠片和ArcCHECK半導體矩陣進行劑量驗證。

(1)使用EBT3膠片在TOMO治療機上進行患者劑量驗證。將膠片置于cheese模體兩半球中間，紅激光燈擺位模體，綠激光燈標記好4點位置以及膠片正方向位置，連接參考電離室，調用每例患者的DQA計劃出束照射。在使用EBT3膠片進行劑量驗證的同時用電離室監測靶區感興趣點的點劑量，使得點劑量偏差≤±2%(如圖1所示)。

圖1 EBT3膠片劑量驗證示意圖

(2)使用ArcCHECK半導體矩陣在TOMO治療機上進行患者劑量驗證。連接ArcCHECK半導體矩陣和SNC Patient工作站，選取SNC Patient軟件中待驗證計劃劑量分布的計算結果，在TOMO治療機操作臺調用已完成的患者DQA計劃，按照紅激光燈擺位矩陣出束照射，采用SNC Patient收集測量的數據，生成劑量分布的測量結果(如圖2所示)。

圖2 ArcCHECK半導體矩陣劑量驗證示意圖

1.3 比較分析

本研究測量結果采用的γ分析方法是一種定量比較兩種劑量分布可靠且快速的方法，是劑量偏差比較方法與距離一致性比較方法的結合，可定量和快速比較兩種劑量分布的整體偏差情況。γ分析通過率定義將測量得到的劑量分布數據定義為“參考分布”，將計算出的劑量分布數據定義為“被評估分布”。將“被評估分布”中所有數據與計算“參考分布”中每個參考點的γ指數進行比較，γ≤1即為通過，γ＞l為不通過，統計通過的參考點個數占參考點總數的百分比即為γ分析通過率[10-12]。

將照射后的EBT3膠片用Vidar掃描儀掃描后生成.dcm格式文件，輸入治療計劃系統膠片分析系統軟件中，定量分析EBT3膠片測量的冠狀面劑量分布情況。設置γ分析通過標準(1mm/1%、2mm/2%及3mm/3%)，獲得γ分析的通過率。在SNC Patient軟件中設置γ分析通過標準(1mm/1%、2mm/2%及3mm/3%)，對ArcCHECK半導體矩陣劑量分布的計算結果和測量結果進行對比分析，獲得γ分析的通過率。

1.4 統計學方法

采用統計學軟件SAS9.3對數據進行分析，首先檢驗3種不同γ分析通過標準是否符合正態性，使用秩和檢驗分析每組γ分析通過標準差異是否具有統計學意義，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 實驗結果

隨機選取10例小靶區患者的螺旋斷層放射治療計劃，分別用ArcCHECK半導體矩陣和EBT3膠片兩種方法進行劑量驗證，比較分析兩種方法的驗證結果。5號患者膠片劑量驗證γ分析通過標準為2%/2mm的分析圖(如圖3所示)；5號患者ArcCHECK半導體矩陣劑量驗證γ分析通過標準為2%/2mm，其分析如圖4所示。

圖3 EBT3膠片劑量驗證分析圖

EBT3膠片和ArcCHECK半導體矩陣兩種劑量驗證方法在不同γ分析通過標準下的γ通過率。從3種不同γ分析通過標準整體顯示，ArcCHECK半導體矩陣劑量驗證γ分析通過率明顯高于EBT3膠片γ分析通過率。ArcCHECK半導體矩陣的1mm/1%、2mm/2%及3mm/3%γ分析標準下的平均通過率為86.9%、99.1%及99.9%；而EBT3膠片的1mm/1%、2mm/2%及3mm/3%γ分析標準下的平均通過率為65.3%、92.4及98.1%，兩者相差分別為21.6%、6.7%及1.8%，兩種劑量驗證通過率相比，其差異均具有統計學意義(Z=-3.0627，P=0.0022)、(Z=-3.6070，P=0.0003)及(Z=-3.7920，P=0.0001)(見表1)。

圖4 ArcCHECK半導體矩陣劑量驗證分析圖

患者計劃編號1mm/1%2mm/2%3mm/3% EBT3 ArcCHECKEBT3 ArcCHECKEBT3 ArcCHECK 163.071.992.597.698.5100.0 270.093.996.599.799.099.7 364.085.291.399.697.5100.0 474.096.197.499.499.5100.0 570.062.692.596.399.0100.0 676.085.492.598.698.099.5 762.595.494.0100.098.5100.0 863.597.392.599.797.799.7 960.093.590.099.896.8100.0 1050.087.384.3100.096.8100.0平均值65.386.992.499.198.199.9 Z值-3.0627-3.6070-3.7920 P值0.00220.00030.0001

3 結論

螺旋斷層放射治療是高精度高適形度的調強放射治療，為了保證其治療精度和安全性，需要建立完善的質量控制體系。為使治療的順利進行，在實施放射治療前需要對放射治療計劃進行劑量驗證，選用合適的劑量驗證方法顯得尤為重要。本研究分別采用ArcCHECK半導體矩陣和EBT3膠片兩種方法，并設置不同γ分析，通過標準(1mm/1%、2mm/2%及3mm/3%)進行螺旋斷層放射治療劑量驗證。實驗結果可以得出3種不同γ分析驗證通過標準下，ArcCHECK半導體矩陣γ分析通過率明顯高于EBT3膠片γ分析通過率，兩種劑量驗證通過率相比較具有統計學意義。

由于使用ArcCHECK半導體矩陣進行劑量驗證具有擺位方便，通過Patients軟件能夠快速得出劑量驗證γ通過率，相對于使用膠片劑量驗證方法節省了時間，受到放射治療機構的青睞。但是ArcCHECK半導體矩陣由于受矩陣間距的制約其劑量驗證精度不如膠片；EBT3膠片比ArcCHECK半導體矩陣在劑量強度分布中更加明顯體現了TOMO系統放射治療的“螺紋”效應，因而在劑量梯度變化較大區域或低劑量區，在使用ArcCHECK半導體矩陣進行劑量驗證時需要使用膠片進行復核[7，13]。

目前，大部分放射治療機構均采用3mm/3%的γ分析通過標準，使用ArcCHECK半導體矩陣進行劑量驗證其通過率較高[13-14]。由于實驗條件的限制，本研究僅選用10例螺旋斷層放射治療計劃，分析兩種劑量驗證方法的區別，日后尚需進一步證實是否在劑量梯度變化較大區域或低劑量區使用ArcCHECK半導體矩陣進行劑量驗證時選擇較低的γ分析通過標準更為合適，為螺旋斷層放射治療質量控制規范的制定積累基礎數據[15]。

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The comparison research on application on ArcCHECK and EBT3 film in dose verification of tomotherapy planning/DING Yan-qiu, WU Wei-zhang, ZHU Fu-hai, et al// China Medical Equipment,2015,12(9)∶31-35.

Objective∶ To evaluate the dosimetric characteristics of both ArcCHECK semiconductor matrix and EBT3 film application for dose verification of helical tomotherapy planning. Methods∶ Dose verifications of tomotherapy planning of 10 patients with small target were randomly using both ArcCHECK semiconductor matrix and EBT3 film, Setting 1mm/1%, 2mm/2% and 3mm/3% γ-analysis criteria. Results∶ The average γ pass rates of ArcCHECK semiconductor matrix with 1mm/1%, 2mm/2% and 3mm/3% γ-analysis criteria were 86.9%, 99.1%, 99.9% ,which were higher than those of the EBT3 film with 65.3%, 92.4%, 98.1%, respectively. The difference between both ArcCHECK semiconductor matrix and EBT3 film were 21.6%(Z=-3.0627, P=0.0022), 6.7%(Z=-3.6070, P=0.0003), 1.8%(Z=-3.7920, P=0.0001). The differences were statistical significance. Conclusion∶ It was necessary to verify the dose using the film for dose distribution change area or lower dose area.

Helical tomotherapy; EBT3 film; Dose verification; ArcCHECK semiconductor matrix

丁艷秋,女,(1979- ),碩士，副研究員。中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫學所，從事輻射防護與輻射劑量學工作。

2015-05-07

中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫學所所長青年基金(201405)“螺旋斷層放療質量控制劑量驗證方法的研究”

①中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫學所 北京 100088

②空軍總醫院腫瘤放療科 北京 100142

③中國醫學科學院放射醫學研究所 天津 300192

*通訊作者：tianjinwwz@163.com

DOI∶ 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.09.010