IGRT治療床模型對食管癌調強計劃ArcCHECK劑量驗證的影響

時飛躍 ，柏正璐 ，唐小羽，趙環宇

1. 南京醫科大學附屬南京醫院（南京市第一醫院） a. 腫瘤放療中心；b. 醫療設備處，江蘇 南京 210006；2. SunNuclear公司，佛羅里達 墨爾本 32940

引言

食管癌是我國高發的惡性腫瘤之一，其發病率和死亡率均居我國惡性腫瘤第4位，放射治療已成為除手術之外的標準治療手段，調強放療（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）技術在食管癌放療中的應用越來越廣泛，它比傳統的適形放療技術靶區適形度好，對重要組織器官的保護更好[1]。調強放療技術的復雜性使得劑量驗證工作越來越重要，傳統的手工計算核對和單點劑量的驗證已經不再適用[2-3]。ArcCHECK作為一種圓柱形半導體探測器陣列，與空氣電離室陣列相比，具有更高的靈敏度[4]。與二維平面劑量測量工具（MatriXX，MapCHECK等）相比，ArcCHECK的圓柱形更接近患者的解剖結構。國內外許多單位使用ArcCHECK劑量驗證工具，開展了對IMRT和容積旋轉調強（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）計劃的劑量驗證工作[4-8]。在將患者的治療計劃移植到ArcCHECK模體圖像中重新進行劑量計算時，廠家提供的模體圖像上默認無治療床，而在實際實施驗證計劃時，ArcCHECK模體被放置在治療床上，有些角度的射野或射弧發出的射線需要穿過治療床才能到達ArcCHECK模體[6]。瓦里安Eclipse 8.6治療計劃系統（Treatment Planning System，TPS）在設計放射治療計劃時提供薄、中、厚3種IGRT虛擬治療床的選擇，期望修正治療床對吸收劑量的影響[9]。本工作通過比較ArcCHECK模體圖像中有無瓦里安IGRT治療床模型的實驗數據，研究了圖像引導放射治療（Image Guide Radiation Therapy，IGRT）治療床模型對食管癌固定野調強計劃ArcCHECK劑量驗證的影響。

1 材料與方法

1.1 儀器設備

瓦里安Clinac iX醫用電子直線加速器，配備了碳纖維材質的Varian Exact IGRT治療床，采用6 MV高能X線進行本研究。Varian Eclipse 8.6 TPS，用于放療計劃和ArcCHECK驗證計劃設計。驗證工具為SunNuclear公司的ArcCHECK，相應的分析軟件為SNC Patient。ArcCHECK驗證模體呈圓柱形，表面分布1386個高精度半導體探頭，相鄰探頭間距為l cm；分析軟件可顯示測量的絕對劑量及相對劑量分布，并與計劃系統計算的劑量分布進行對比[10]。

1.2 實驗方法

選取14例食管癌患者設計固定野調強治療計劃，腫瘤靶區均位于胸中下段。患者中，男性12例，女性2例，年齡50～78歲，中位年齡66歲。治療計劃均采用如下5野機架角度分布 ：210°、300°、0°、60°和 150°。單次處方劑量為1.8 Gy或2.0 Gy。對每例治療計劃分別制作兩個ArcCHECK劑量驗證計劃，一個驗證計劃的模體圖像中沒有治療床模型（驗證計劃A），一個驗證計劃的模體圖像中添加了IGRT治療床模型（驗證計劃B，圖1）。根據實驗中ArcCHECK模體在治療床上的擺放位置（LNG=100 cm），在TPS中治療床模型采用“Exact IGRT Couch Top,thin”[9]。根據文獻數據，治療床模型內部（Panel Interior）CT值設置為-960 HU，床體表面（Panel Surface）CT值設置為-700 HU[11]。待驗證計劃劑量計算完成后，分別從驗證計劃A和B中，導出TPS計算的劑量分布文件，并導入SNC Patient分析軟件中。

圖1 食管癌驗證計劃ArcCHECK模體圖像中的IGRT治療床模型

使用瓦里安Clinac iX加速器執行驗證計劃A。由于都是劑量驗證計劃，驗證計劃A和驗證計劃B的每個射野的跳數和MLC走位情況完全一致，因此只執行驗證計劃A就可以了。使用ArcCHECK得到驗證計劃的測量劑量分布，然后使用SNC Patient軟件分析測量劑量分布，將驗證計劃A組和B組的TPS計算劑量分布分別與測量計算分布進行比較（圖2）。使用Gamma分析工具，分析參數采用3 mm/3%和2 mm/2%兩種情況，劑量閾值均為10%，對Gamma通過率數據進行統計分析，對兩組驗證計劃ArcCHECK劑量驗證的Gamma通過率值進行比較。

圖2 SNC Patient分析軟件中食管癌驗證計劃測量劑量分布與計算劑量分布的比較

2 結果

14例食管癌驗證計劃，對每個計劃5個射野總跳數進行統計分析，其最大值、最小值、平均值和標準差分別為：1041、453、674和143；對每個計劃機架角度為150°和210°的兩個射野的跳數和進行統計分析，其最大值、最小值、平均值和標準差分別為：435、169、262和65；對機架角度為150°和210°的兩個射野的跳數和占五個射野總跳數的百分比例進行統計分析，其最大值、最小值、平均值和標準差分別為：44.09%、32.26%、38.83%和3.54%。

兩種Gamma分析參數的情況下，A和B兩組食管癌驗證計劃的Gamma通過率值，見圖3。對Gamma通過率值進行統計分析，結果見表1。

圖3 兩種分析參數情形下驗證計劃A和B的Gamma通過率值

表1 兩種分析參數下兩組食管癌驗證計劃Gamma通過率值的統計（%）

當分析參數為3 mm/3%時，對A和B兩組驗證計劃的Gamma通過率進行配對t檢驗，兩組數據有統計學差異（P=3.93×10-3＜0.05）；當分析參數為2 mm/2%時，對A和B兩組驗證計劃的Gamma通過率進行配對t檢驗，兩組數據有統計學差異（P=2.39×10-5＜0.05）。

為了進一步研究驗證計劃Gamma通過率的差異具體來自哪些射野，通過對測量劑量分布進行拆分和制作單個射野的ArcCHECK劑量驗證計劃，對五個機架角度射野的Gamma通過率單獨進行統計，獲取每個機架角度射野Gamma通過率的差異（該射野驗證計劃B的Gamma通過率減去相應驗證計劃A的Gamma通過率）。其中2 mm/2%評價標準的計算結果示于圖4，G210、G300、G0、G60和G150 分別代表 210°、300°、0°、60°和 150°機架角度射野的情形。3 mm/3%評價標準的計算結果與2 mm/2%評價標準的計算結果類似。

圖4 每個射野Gamma通過率的差異（驗證計劃A和B，2 mm/2%）

3 討論

由結果可知，分析參數為3 mm/3%和2 mm/2%時，驗證計劃A組和B組的Gamma通過率均有統計學差異（P＜0.05）。在實際執行驗證計劃時，食管癌驗證計劃的5野分布中機架角度150°和210°兩個后斜野發出的高能X射線，需穿過碳纖維治療床到達ArcCHECK模體。在驗證計劃B中，這兩個角度的射野發出的射線穿過治療床模型到達模體，從而導致驗證計劃A組和B組的計算劑量分布產生差異，最后導致兩組計劃的Gamma通過率存在差異。圖3和表1的結果中，Gamma通過率表示的是5個照射野的總體通過率。圖4反映了每個射野Gamma通過率的差異。由圖4可見，300°、0°和60°三個機架角度射野的Gamma通過率差異很小；150°和210°兩個機架角度射野的Gamma通過率差異較大。

在理想情況下，驗證計劃B組在計算劑量時考慮了IGRT治療床的影響，其計算劑量分布應更接近實際測量劑量分布，因此與驗證計劃A組相比，其對應的Gamma通過率應該更高。但是本研究結果顯示，驗證計劃B組的Gamma通過率普遍略低于A組的Gamma通過率。原因在于，對于具體某個加速器的各項參數設置條件（例如絕對劑量，導入TPS的原始測量數據等）下，驗證計劃的Gamma通過率并不一定最佳，這也是進行放療計劃劑量驗證的目的[12]。在本研究中，驗證計劃B的Gamma通過率結果，是加速器絕對劑量、原始測量數據、MLC執行走位等的綜合影響的結果。因此在TPS中是否考慮治療床這一影響因素，對驗證計劃Gamma通過率結果的影響，有可能使Gamma通過率值變大，也有可能使Gamma通過率值變小。

ArcCHECK作為一種劑量驗證設備，已廣泛應用于臨床中。吳愛林等[5]研究了ArcCHECK探測器在調強放射治療劑量驗證中的應用，姜仁偉等[6]利用ArcCHECK研究了在實際機架角與零機架角的IMRT劑量驗證結果比較。但大多數的研究并未考慮治療床模型對劑量驗證結果中的影響，SunNuclear廠家提供的ArcCHECK模體圖像中也不包括治療床模型。而實際在實施驗證計劃時，ArcCHECK模體是擺放在治療床上的，有些射野或部分射弧發出的射線需要穿過治療床才能被探測到[13-17]。葉逢松等[13]的研究，證實了在設計IMRT計劃時，有必要加入治療床。瓦里安Eclipse治療計劃系統有添加治療床模型的功能，有多種Exact和IGRT類型的虛擬治療床模型可供選擇。本研究結果顯示，在使用ArcCHECK進行食管癌調強計劃的劑量驗證時，驗證計劃A組和B組的Gamma通過率具有統計學差異，因此在使用TPS計算ArcCHECK模體的劑量分布時，應該考慮治療床的影響，使用添加治療床模型的模體圖像進行計算，以期得到準確的劑量驗證結果。ArcCHECK是一種專門為旋轉照射劑量驗證而設計的圓柱體半導體探測器矩陣，不僅適用于固定野調強計劃的劑量驗證，更適用于容積旋轉調強（VMAT）計劃的劑量驗證[11]。當對VMAT計劃進行劑量驗證時，VMAT的360°角度照射弧有一半角度需要穿過床板到達ArcCHECK，治療床模型對VMAT計劃的ArcCHECK劑量驗證結果的的影響，有待于下一步的深入研究。

4 結論

由本研究的數據分析可見，在Eclipse治療計劃系統中是否添加瓦里安IGRT治療床模型，會對食管癌固定野調強計劃的ArcCHECK劑量驗證結果產生影響。使用ArcCHECK對食管癌固定野調強計劃進行劑量驗證，為了獲得精確的劑量驗證結果，應考慮在制作劑量驗證計劃時添加IGRT治療床模型。