Octavius 4D聯合PTW729在RapidArc計劃驗證中的應用*

楊欣，李銳，曹泓立，方亞玲，裴曦，汪志

（1.安徽醫科大學第一附屬醫院 放療科,安徽 合肥 230022；2.中國科學技術大學放射醫學物理中心,安徽 合肥 230025）

自20 世紀90 年代初提出適形放療的概念以來,治療計劃劑量驗證方法隨著腫瘤放射治療技術的快速更迭不斷發展,尤其是快速旋轉容積調強技術（RapidArc）出現,在使腫瘤靶區劑量提高的同時降低了腫瘤周圍正常組織及危及器官的劑量。相對于三維適形放射治療（3D-CRT）和傳統調強技術（intensity modulated radiation therapy,IMRT）,RapidArc 以其旋轉機架同時調節射野形狀,劑量率等手段,使其可以在短時間內以更多的角度照射腫瘤靶區［1］。但如此快速、精準的計劃在要求治療位置足夠準確的同時,治療計劃劑量的準確性也至為重要［2］。一般的二維探測器已經不能滿足其驗證需求,三維探測設備應運而生。目前計劃劑量三維驗證有Delta4（瑞典ScandiDos公司）,ArcCheck （美國Sun Nuclear 公司）,Commpass（瑞典IBA 公司）及Octavius 4D（德國PTW 公司）等［3-4］。瓦里安公司Eclipse13.6 計劃系統常用AAA、AXB 兩種計劃優化算法。目前國內對兩種算法在快速旋轉容積調強（RapidArc）計劃計量驗證中的差別研究較少。為了研究Octavius 4D 驗證系統的可行性及分析兩種算法在驗證計劃中的區別,為臨床物理師優化計劃時采取何種算法提供實驗數據支持,本研究選擇29 例RapidArc計劃移植到Octavius 4D 模體上分別以AAA 和AXB 兩種算法生成驗證計劃進行劑量驗證。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

回顧性隨機選取本科室2019 年度29 例RapidArc 計劃。計劃靶區處方定義為95%靶區體積所接受的劑量。所有計劃均達到臨床醫生要求,各危及器官受量均在限制范圍內。

1.2 儀器設備

計劃驗證采用Octavius 4D 系統,該系統由Octavius 4D 模體、角度儀以及數據劑量重建軟件組成。Octavious 4D 模體,直徑為32.0 cm,長度34.0 cm,相對電子密度1.016,CT 值為16 HU,為16,物理密度為1.02 g/cm3。該模體能以相同的角速度和機架同時旋轉,實時測量輸出劑量。探測器矩陣為2D 平板探測儀PTW729（德國PTW公司）,有效測量范圍27×27 cm,分布有729 個電離室單元,電離室面積5×5 mm,相鄰電離室中心距離1 cm。執行計劃加速器為VitalBeam 直線加速器（美國瓦里安公司）。加速器劑量校準按照美國醫學物理師協會（American Association of Physicists in Medicine,AAPM） 的 TG-51 報 告進行［5］。

1.3 方法

1.3.1 創建驗證計劃 將29 例RapidArc 計劃移植到Octavius 4D CT 掃描模體上,分別以AAA 和AXB 兩種算法生成驗證計劃,并命名為OCT-AAA和OCT-AXB,驗證計劃的鉛門、多葉光柵（MLC）等機械參數與原計劃一致；導出計劃的RT dose 和RT plan。

1.3.2 劑量測量 劑量測量開始前,檢測并確定加速器各參數符合TG-51 報告的相關規定。將角度儀固定在加速器機架上,并用水平儀保持其水平。把Octavius 4D 模體放置在加速器治療床前部,將平板探測儀PTW729 插入其中,進行擺位,使其表面的十字與治療室內的激光線重合。連接好Octavius 4D 各組件,開機自檢,確保模體運轉與加速器機架同步。由于AAA 和AXB 兩種算法的輸出因子不同,每一組測量前都進行一步測量模體校準,并在PTW MEPHYSTO Navigator 軟件Verisoft 模塊中輸入校準因子。以QA 模式執行驗證計劃,以患者姓名保存測量數據。

1.3.3 數據分析 在verisoft 模塊,將實驗采集數據與原治療計劃輸出的RT dose 進行比較,分析采用的是Gamma 方法。分別比較3 mm/3%、3 mm/2%、2 mm/2%及2 mm/3%。

1.4 統計學方法

所有數據采用SPSS 22.0 軟件進行分析。驗證結果以均數±標準差（）表示,對相同標準參數下兩種算法的驗證結果做獨立樣本t檢驗。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

使 用Octavius 4D,PTW729 組 合,AAA 和AXB 兩種算法組合Gamma 通過率均符合要求,兩者差異無統計學意義（P＞0.05）。四種標準下,29例RapidArc 計劃AAA 和AXB 算法計劃劑量驗證Gamma 通過率見表1。

表1 29 例RapidArc 驗證計劃Gamma 通過率的統計分析 （,%）

表1 29 例RapidArc 驗證計劃Gamma 通過率的統計分析 （,%）

通過獨立樣本t 檢驗研究不同算法對于Gamma 通過率的差異性,由表1 可見,兩種算法對于Gamma 通過率差異無統計學意義（P＞0.05）,意味著兩種算法在計劃驗證上沒有統計學差異。

29 例RapidArc 計劃,AAA 和AXB 兩種算法下的3%/2 mm 的通過率分別為97.7% 和98.3%,均達到TG218 相關指標建議。見圖1、2。

圖1 AAA 算法下驗證計劃應用Octavius 4D 驗證系統Gamma 通過率

圖2 AXB 算法下驗證計劃應用Octavius 4D 驗證系統Gamma 通過率

3 討論

1998 年,通過對百分劑量偏差法（Dose Difference,DD） 和距離符合度（Distanc-To-Agreenment,DAT）的研究,LOW 等［6］提出可以通過計算Gamma 指數來比較2D 矩陣通量驗證。本研究的劑量驗證通過率采用的是3%的最大劑量值和3 mm 的距離、3% 的最大劑量值和2 mm 的距離、2%的最大劑量值和2 mm 的距離以及2%的最大劑量值和3 mm 的距離四種標準。劑量閾值選取10%,即低于10% 的劑量區域不參與分析。Octavius 4D 是一種新型的4D 驗證系統,基于真實的數據測量支持IMRT 和RapidArc 治療計劃的準確驗證。劑量驗證通過一塊高分辨率電離室矩陣板插入一個圓柱形可旋轉的機械模體中完成。Octavius 4D 模體通過藍牙連接機架上的角度儀,Octavius 和機架同時旋轉來收集成千上萬測量點的信息。由于電離室矩陣板（PTW729）始終與射野方向垂直,所以Octavius 4D 不需要角度修正和探測板校準。相對于其他3D 劑量驗證系統,Octavius 4D 聯合PTW729 應用簡單方便。直觀簡潔的MEPHYSTO Navigator 軟件滿足了物理師對計劃的橫斷面,矢狀面,冠狀面方向上的數據測量和對比。李兵兵等［7］也做了相關的劑量測試,但未涉及不同算法對劑量驗證的影響。瓦里安公司的Eclipse 計劃系統常用的X 射線調強放射治療計劃的算法有AXB 和AAA 兩種且兩種算法的機制不盡相 同［8］。AAA 采用的是卷積/疊加（convolution/superposition）的方式進行運算,AXB采用的是求解玻爾茲曼輸運方程的原理。本研究應用Octavius 4D 聯合PTW729 離線驗證29 例RapidArc 計劃劑量的Gamma 3 mm/3%,3 mm/2%,2 mm/2%及3 mm/2%,同時將29 例驗證計劃使用了2 種不同的算法。結果顯示兩種算法生成的驗證計劃Gamma 通過率均大于90%,并且兩種算法沒有顯著差別。

AAPM 的TG218 報告建議使用絕對劑量的全局歸一進行γ 分析,調強計劃劑量驗證在3%/2 mm標準下劑量閾值10%,Gamma 通過率應不低于95%,在此標準下通過率小于90%必須進行人工干 預［9］。本研究29 例RapidArc 計 劃,AAA 和AXB 兩種算法下的3%/2 mm 的通過率分別為97.7%和98.3%,均達到TG218 相關指標建議。

有研究顯示,AXB 算法的計算精確度要高于AAA 算法,故推薦在后期的臨床工作中使用AXB算法取代AAA 算法［8］。綜上所述,Octavius 4D 聯合PTW729 能快速準確的驗證RapidArc 計劃,是合適理想的劑量驗證工具。