宮頸癌調強放療的三維劑量驗證

陳旭明，姚升宇，許奕

上海交通大學附屬第一人民醫院 腫瘤放療科，上海 201620

宮頸癌調強放療的三維劑量驗證

陳旭明，姚升宇，許奕

上海交通大學附屬第一人民醫院 腫瘤放療科，上海 201620

目的使用Compass系統分別驗證宮頸癌的調強放療（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）計劃，分析其靶區和正常組織的γ通過率和劑量體積直方圖（Dose Volume Histogram，DVH），以驗證其三維劑量分布。方法選取10例宮頸癌病人，對其設計IMRT計劃，將計劃導入Compass系統，進行計算和3位實測劑量重建，針對各靶區與正常組織進行三維γ分析和DVH分析。結果10例病人計劃的靶區和正常組織γ通過率（以3 mm/3%為標準）都能達到90%以上。結論使用Compass系統進行三維劑量驗證能夠有效保證治療計劃的劑量準確性，在宮頸癌的放射治療中，IMRT的三維劑量分布準確性均能達到臨床要求。

宮頸癌；三維劑量驗證；Compass系統；三維γ分析；劑量重建；調強放療

引言

隨著放療技術的不斷發展，調強放療（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）得到廣泛應用。已有文獻研究表明，IMRT應用于宮頸癌的治療，能起到提高靶區劑量，降低正常組織毒性，提高患者生存質量的作用[1-4]。基于調強技術的復雜性，必須對其開展劑量驗證以保證治療的準確性[5]。在傳統的二維劑量驗證工作中，一般采取使用電離室對點劑量進行測量并使用膠片或其他二維平板矩陣對射野進行二維劑量分布驗證。然而這種驗證只能反映某一點或某一特定條件下的劑量分布情況，無法獲得三維空間的劑量分布情況，因此具有一定局限性[6]。二維驗證的缺陷在于無法獲取實際照射條件下病人體內的三維劑量分布情況，沒有針對各靶區和正常組織的定量分析工具，無法獲得其受照情況；同時由于在做二維測量時一般都要求將所有射野的機架角歸零，在機架角零度的條件下測量，無法反映真實治療狀態和加速器本身存在的誤差。Compass系統是一款基于病人CT影像和解剖結構的三維劑量驗證系統，在實際測量中具有一定精度，能夠通過測量獲取真正的三維劑量分布[7-13]。通過三維劑量分布以及其它分析工具，醫生和物理師能夠更直觀地了解計劃內各靶區和正常組織的劑量分布。同時由于直接在治療條件下進行測量，在劑量重建過程中可將加速器在治療中存在的各類誤差納入考量范圍，因此也能夠取得更貼近實際治療的情況，更真實地反應患者在治療過程中的受照射情況，對臨床更具有指導意義。我們抽取了10例宮頸癌IMRT計劃，分別用Compass系統進行計算和測量重建，并對其進行三維γ分析和劑量體積直方圖（Dose Volume Histogram，DVH）分析，研究使用Compass進行三維劑量驗證的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取在我院進行IMRT治療的10例宮頸癌患者，由放療科醫師勾畫靶區和各危及器官包括膀胱、小腸、直腸和左右股骨頭。

1.2 設備

Varian Clinac iX直線加速器，Eclipse 10.0治療計劃系統，IBA公司Compass系統。Compass是一種基于二維矩陣Matrixx的平板，配備疊加卷積算法（Collapsed Cone Convolution，CCC）可獨立計算獲得第三方三維劑量分布，可懸掛于加速器機頭，隨機架同步旋轉并通過測量所得通量圖反推重建基于CT影像的三維劑量分布。

1.3 計劃設計

針對靶區設計七野IMRT計劃，處方劑量為48 Gy/25 Fx，要求95%以上計劃靶區（Planning Taget Volume，PTV）體積受量達48 Gy。

1.4 三維劑量驗證

將IMRT計劃導入Compass系統，分別對每一個計劃進行獨立運算獲取三維計算分布（Compute Dose，CD）；懸掛測量后得到三維重建分布（Reconstruct Dose，RD）。對PTV，膀胱、小腸、直腸和左右股骨頭進行三維γ分析（以3 mm/3%為通過標準），比較平均劑量Dmean的偏差，以及靶區95%體積受照劑量D95的偏差。

2 結果

2.1 計算劑量CD

使用Compass系統自帶的CCC算法對治療計劃系統（Treatment Planning System，TPS）進行第三方獨立運算，統計指標包括PTV、膀胱、小腸、直腸和左右股骨頭的平均劑量Dmean偏差，三維γ通過率和PTV95%體積受照劑量D95的偏差。獨立計算參數偏差結果，見表1。

表1 獨立計算參數偏差（CD-TPS，±s，%）

表1 獨立計算參數偏差（CD-TPS，±s，%）

PTV 膀胱 小腸 直腸 右股骨頭 左股骨頭Dmean -1.3±0.1 -1.9±0.3 -3.0±1.1 -1.7±0.3 -2.6±0.6 -2.3±0.4 γ100.0±0.1 100.0±0.0 99.9±0.1 99.9±0.3 99.9±0.2 99.9±0.2 D95 -1.3±0.2

2.2 重建劑量RD

將計劃傳輸至加速器，使用Martixx平板矩陣懸掛于加速器機頭對計劃進行實測，獲取實測通量圖，與TPS的通量比較偏差，重建得到三維劑量分布。實測重建算參數偏差結果，見表2。

表2 實測重建算參數偏差（RD-TPS，±s，%）

表2 實測重建算參數偏差（RD-TPS，±s，%）

PTV 膀胱 小腸 直腸 右股骨頭 左股骨頭Dmean 1.1±0.5 1.1±0.7 0.5±1.9 -0.7±1.1 0.0±1.6 0.1±1.3 γ99.3±0.6 99.8±0.2 99.7±0.4 99.7±0.4 99.9±0.2 99.9±0.2 D95 0.7±0.3

3 討論

當使用CCC算法獨立對IMRT計劃進行計算驗證時，影響兩者差異的因素主要來自TPS與Compass系統建模時存在的差異和兩套系統各自采用的不同算法。建模的差異主要表現在建成區前的體表位置，而這種差異由于系統算法差異的原因，很難消除。同時由于所在深度都在表淺位置，對腹盆部位的治療并無顯著影響，故可以忽略。Eclipse采用各向異性分析算法（Anisotropic Analytical Algorithm，AAA），而Compass采用CCC算法。以往的文獻研究表明，在相同射野條件下，AAA的計算結果往往略高于CCC[14-15]。從結果中也能發現，在靶區的平均劑量Dmean上，CCC的計算結果都小于AAA，但偏差都在2%以內D95的偏差也控制在2%以內，γ通過率接近100%。表明靶區劑量的兩種算法計算結果有很好的通過率。個別正常組織的偏差會大于5%，但所有γ通過率都基本接近100%，表示在兩種算法正常組織計算上也有很好的通過率。

在傳統的IMRT驗證中，往往只選取個別層面的劑量，并將加速器機架角度都歸零，這會導致測量結果與實際治療的偏差，通過率僅反映整體平面的劑量分布，無法針對單個靶區和正常組織的獲取實際受量情況，由于靶區的劑量冷點或正常組織的劑量熱點會導致治療失敗或產生并發癥，而二維驗證無法獲取相關信息，因此對于臨床的參考意義有限。

Compass在根據治療計劃進行測量，并能直接獲取靶區和正常組織的受照劑量，對于臨床更具參考意義。在重建劑量RD內，所有靶區的平均劑量Dmean和D95偏差均在1.5%以內，γ通過率大于95%；所有正常組織Dmean的偏差均在95%以內，γ通過率接近100%。結果表明，實測重建的劑量與TPS計算劑量也能很好的符合。

從結果中可以注意到，對于靶區的平均劑量，計算劑量CD和重建劑量RD之間產生了相反的結果：CD低于TPS，而RD高于TPS。差異的原因主要來自于通過測量所得的通量圖。由于重建劑量基于測量得到的通量圖與TPS通量圖之間的差異再通過系數轉換，由CCC算法計算最終得出，而測量過程中由于平板分辨率和探頭與葉片端面位置的關系，所得通量圖可能存在一定偏差[16]。因此，將重建劑量與計算劑量搭配使用是一種更可靠的方法：當重建劑量與TPS有較大偏差時，由于這種偏差可能來自于測量中的一些無法避免的因素，可用CCC算法獨立對計劃進行核對。

對于正常組織，由于盆腔部多為并行器官，并不需要考慮點劑量的差異，因此在本研究中主要關注平均劑量偏差和γ通過率。從結果中可以看到，在獨立計算和測量重建的結果中，個別正常組織的平均劑量偏差達到5%，但γ通過率卻能控制在100%附近。這表明，在三維劑量驗證中，由于參與驗證的空間點數較傳統的二位驗證有所增加，γ＞1的點數占總體積比例下降，使得γ通過率普遍較高，這與邢曉芬等[8]的研究結果類似。因此，我們建議在做三維劑量驗證時，對于靶區可參考常規驗證中點劑量的驗證方法，將靶區的平均劑量偏差控制在±3%以內，將γ通過率以3 mm/3%的標準設定為95%；對于正常組織的平均劑量，如驗證結果低于TPS則可忽略，若高于TPS，可將標準設定在5%以內，γ通過率設定在95%，對于串行器官則需增加對1%體積劑量D1的考察，設定標準為3%。

Compass三維驗證相較于傳統的二維驗證更接近實際臨床條件，并且能提供基于病人CT解剖影像的三維劑量分布和DVH等量化分析工具，同時還具備第三方算法，可對計劃進行獨立驗證，對于IMRT劑量驗證更有參考價值。宮頸癌IMRT計劃經三維劑量驗證后，結果均能符合驗證標準，其臨床可靠性進一步加強。

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本文編輯 袁雋玲

Three-Dimensional Dose Verification of Cervix Cancer Intensity Modulated Radiation Therapy

CHEN Xu-ming, YAO Sheng-yu, XU Yi
Department of Radiation Oncology, Shanghai General Hospital, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 201620, China

ObjectiveTo make three-dimensional dose verification for cervix cancer intensity modulated radiation therapy (IMRT) plans by Compass system, then analyze the γ passing rate and dose volume histogram of the target region and normal tissue to verify three-dimensional dose distribution.MethodsTen patients with cervix cancer were selected and IMRT plans were designed for them. Then, exported the 10 IMRT plans to Compass system to calculate and reconstruct three-dimensional dose distribution for target volume and normal tissue through three-dimensional γ analysis and dose volume histogram analysis.ResultsThe γ passing rate of the target region and normal tissue of all ten patients were above 90% (taking 3mm/3% as standard).ConclusionVerifying three-dimensional dose distribution with Compass system can effectively guarantee the dose accuracy of treatment plan and make IMRT plan meet clinical standard in the radiation therapy of cervix cancer.

cervix cancer; three-dimensional dose verification; Compass system; three-dimensional γ analysis; dose reconstruction; intensity modulated radiation therapy

R730.44；R737.33

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.02.020

1674-1633(2017)02-0074-03

2016-03-28

2016-04-06

許奕，主任醫師，主要研究方向為盆腔腫瘤的放射治療。

通訊作者郵箱：xuyibjr@163.com