SNC Patient和3DVH軟件在乳腺癌和宮頸癌調強放療計劃劑量驗證中的應用

陽露，張國前，羅松桂，張書旭

廣州醫科大學附屬腫瘤醫院 放療中心，廣東 廣州 510095

引言

近年來，隨著放療技術設備的發展，調強放射治療（Intensity Modulated Radiotherapy，IMRT）已是醫用放射治療加速器中的常規技術[1]。為了保證整個放射治療過程的安全實施，在病人治療前，有必要進行病人放射治療計劃的劑量驗證工作[2-3]。常用的方法是運用γ分析法比較商用治療計劃系統（Treatment Planning System，TPS）計算和探測器測量的模體劑量分布，其中平面劑量分布測量的較為廣泛[4-5]，但是僅依靠平面劑量分布的測量，無法直接知曉靶區和危及器官的劑量誤差[6]。之后，三維劑量驗證方法逐漸應用于臨床[7]，其中涉及的三維劑量驗證設備包括 MatriXX-COMPASS（IBA Dosimetry，德國）[8]，Delta4 anatomy（ScandiDos，美國）[9]和ArcCHECK-3DVH (Sun Nuclear Corporation，美國)[10]等。有較多研究已經證明了ArcCHECK-3DVH系統測量的準確性[11-13]。

國內報道了許多ArcCHECK-3DVH系統用于劑量驗證的工作，但較多集中在利用SNC-Patient軟件分析二維劑量分布[14-16]，也有研究者利用ArcCHECK-3DVH系統進行鼻咽癌、前列腺、食管等部位的三維劑量驗證和不同放療技術對劑量驗證的影響等[17-19]，而宮頸癌和乳腺癌的三維劑量驗證研究較少，這些患者的靶區和危及器官實際可能獲得的劑量無詳細的參考值。但是乳腺癌和宮頸癌已成為女性常見的惡性腫瘤，正嚴重威脅著廣大女性同胞的生命健康，且其發病率呈上升趨勢。在此類患者治療之前，結合放射治療加速器的情況，為臨床醫生提供病人詳細的二維和三維γ通過率及各個器官可能受照劑量值，有助于放射治療計劃的安全執行。因此，本文探討了SNC Patient和3DVH軟件在IMRT計劃劑量驗證的應用，并針對乳腺癌和宮頸癌進行了深入研究。

1 材料與方法

1.1 病人選取與計劃設計

隨機選取我院的11例乳腺癌和7例宮頸癌患者。乳腺癌患者年齡在27～56歲之間，中位年齡為41.5歲。宮頸患者年齡在31～65歲之間，中位年齡為48歲。放療醫生利用Pinnacle TPS為上述患者勾畫靶區和危及器官，具體信息如表1所示。物理師按照要求設計6 MV IMRT計劃。待醫生審核通過后，再將每位患者的計劃移植至ArcCHECK模體中，重新計算劑量，導出此模體劑量，記作QA plan_RT Dose。

表1 病人資料信息

1.2 儀器設備與軟件

將患者治療計劃傳輸至MOSAIQ系統，通過此系統Elekta Synergy直線加速器以QA模式執行患者的放療計劃，并利用ArcCHECK-3DVH系統進行計劃劑量驗證。ArcCHECK-3DVH系統包括均勻模體、半導體探測器、SNC Patient和3DVH軟件。3DVH軟件（V3.3.2）中引入了劑量微擾算法（Planned Dose Perturbation，PDP）[20]，基于此算法該軟件能借助均勻模體的測量，計算出患者體內的三維劑量分布，且能與TPS中患者各個靶區和危及器官計算的劑量做對比，為該患者治療方案的安全實施提供參考。

1.3 測量方法

在完成加速器常規質量控制工作后，為患者進行放射治療計劃的劑量驗證。測量步驟如下。

（1）擺位：將ArcCHECK均勻模體插入半導體探測器的空腔中，用專用數據線連接ArcCHECK探測器與SNC Patient軟件，調整模體位置，最后使得ArcCHECK探測器表面的十字線與激光燈對齊，模體尾端指示燈長亮且不閃爍。

（2）校準：包括本底測量、矩陣校準和絕對劑量校準。在計劃驗證之前，啟動SNC Patient軟件，自動測量本底，本底輻射的測量可為ArcCHECK半導體探測器上的每個探頭建立本底校準因子。根據SNC Patient軟件的提示，完成矩陣校準和絕對劑量校準。通過矩陣校準過程可消除各個探頭之間的響應差異。絕對劑量校準會創建一個劑量校準因子，該因子用于將ArcCHECK相對劑量值轉換為絕對劑量值。每臺加速器各個能量檔均需絕對劑量校準。

（3）測量：導入絕對劑量校準文件，以QA模式執行每個病人的放療計劃，并以.txt和.acml格式保存測量結果。

（4）比較數據：將病人.txt格式的測量數據和QA plan_RT Dose導入SNC Patient軟件，并對比；將病人治療 計 劃 的 RT Plan、RT Structures、RT Dose、CT Images、QA plan_RT Dose和.acml文件導入至3DVH軟件中，結合PDP算法就可獲得測量的重建劑量，進一步分析病人測量與TPS計算的靶區和危及器官劑量差異；對比分析其差異指標包括γ通過率、靶區和危及器官相關劑量參數。γ分析法的條件設置為3 mm/3%，閾值為10%。靶區參考指標為D98%、D2%和Dmean，危及器官主要參考指標為Dmean。3DVH軟件中的劑量差異值Diff(%)計算公式為：Diff(%)=|(Dose3DVH-DoseTPS)/DoseTPS|×100%。

1.4 統計學分析

使用SPSS 16.0統計軟件分析這18例病人的數據結果，符合正態分布的數據用均數±標準差表示，采用配對t檢驗，給出對應的t值和P值。而非正態分布的數據用M(Q1,Q3)表示，采用Wilcoxon秩和檢驗，給出對應的z值和P值。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 乳腺癌患者靶區和危及器官的劑量參數差異

經SNC Patient和3DVH軟件獲得的11例乳腺癌患者計劃劑量驗證γ通過率如表2所示。經分析發現SNC Patient獲得的γ通過率呈正態分布，可表示為99.27%±0.68%。而3DVH獲得的γ通過率不呈正態分布，故可表示為96.10%（95.90%，96.90%）。每位患者的SNC Patient γ通過率均在98.00%以上，且均大于3DVH的γ通過率。

表2 基于SNC Patient和3DVH軟件獲得的各個乳腺癌患者計劃劑量驗證γ通過率（%）

基于Pinnacle TPS和3DVH軟件獲得的乳腺癌患者計劃劑量參數差異如表3所示。這些患者計劃靶區（Planning Target Volume，PTV）的γ通過率可表示為95.89%±3.06%，均大于90%。PTV對應的D98%、D2%和Dmean采用TPS計算和測量重建劑量存在差異性，差異值范圍在3%以內，差異無統計學意義（P＞0.05）。各危及器官的γ通過率大于94%。患側肺僅V20的差異有統計學意義（P＜0.05），差異值近似為2.24%±1.24%，差異值小于5%。健側肺和心臟各自經TPS和3DVH獲得的Dmean存在差異性，差異有統計學意義（P＜0.05），最大差異值小于10%。

表3 基于Pinnacle TPS和3DVH軟件獲得的乳腺癌患者計劃劑量參數差異

2.2 宮頸癌患者靶區和危及器官的劑量參數差異

經SNC Patient和3DVH軟件獲得的7例宮頸癌患者計劃劑量驗證γ通過率如表4所示。研究發現SNC Patient γ通過率不呈現正態分布，故表示為99.50%（98.90%，99.60%）；3DVH γ通過率呈現正態分布，可表示為97.19%±1.64%。每位患者的SNC Patient γ通過率均在97.4%以上，且均大于3DVH的γ通過率。

表4 基于SNC Patient和3DVH軟件獲得的各個宮頸癌患者計劃劑量驗證γ通過率（%）

表5詳細描述了基于TPS和3DVH獲得的宮頸癌患者靶區和危及器官劑量參數結果。計劃淋巴腫瘤區（PGTVnd）的γ通過率近似為97.45%±2.97%，每位患者PGTVnd的γ通過率大于93%。計劃臨床靶區（PCTV）僅1人91%，其余均為94.5%以上，γ通過率近似為95.51%±2.58%。綜上，靶區最小通過率為91%。經TPS和3DVH計算的靶區中僅PCTV對應的D98%差異有統計學意義（P＜0.05），最大差異值小于3%。各危及器官的γ通過率大于90%。直腸僅V50劑量差異有統計學意義（P＜0.05），差異值可近似為7.83%±1.32%。膀胱V45、V50和Dmean劑量差異有統計學意義（P＜0.05），V50最大差異值小于10%，V45和Dmean最大差異值小于5%。股骨頭V30和Dmean最大差異值小于3%，差異無統計學意義（P＞0.05）。

表5 基于Pinnacle TPS和3DVH軟件獲得的宮頸癌患者計劃劑量參數差異

3 討論

放射治療是癌癥患者治療的主要方法之一，在患者接受放射治療之前，IMRT計劃的劑量驗證對患者的治療具有重要意義。臨床常采用二維探測器矩陣驗證IMRT患者劑量，雖然一定程度上保證了劑量的準確性，但通過這種方式我們并不能知曉患者實際治療過程中每個靶區和危及器官可能接受的劑量。已有較多針對鼻咽癌、前列腺等腫瘤的三維劑量驗證研究[17-20]，而乳腺癌和宮頸癌患者的三維劑量驗證研究較少。所以，本研究對乳腺癌和宮頸癌IMRT計劃進行了三維劑量驗證，結果中不僅包含常用SNC-Patient軟件給予的γ通過率，還包括3DVH軟件提供的γ通過率，患者靶區和危及器官劑量及劑量差異。這有利于提前解決患者在治療過程中可能會遇到的問題，并讓放療醫生更為全面地了解患者器官接受的劑量。

本研究利用SNC Patient和3DVH軟件獲得了乳腺癌患者計劃驗證γ通過率（3 mm/3%，閾值為10%），分別為99.27%±0.68%，96.10%（95.90%，96.90%），此數據表明將患者的治療計劃移植至ArcCHECK均勻模體上，Pinnacle TPS和3DVH計算的劑量存在差異性，但滿足臨床要求。3DVH軟件分析得出的γ通過率低于SNC Patient通過率，是因為3DVH軟件不僅考慮了均勻模體，還考慮了患者的解剖結構。乳腺癌患者PTV的γ通過率近似為95.89%±3.06%，由TPS和3DVH獲得的PTV對應D98%、D2%和Dmean差異值范圍在3%以內，且不具有統計學意義，說明采用TPS計算PTV和經3DVH測量重建的PTV劑量符合較好。各個危及器官的γ通過率大于94.00%?；颊叻蝿┝繀递^多，但是僅V20的差異值具有統計學意義，TPS計算的V20和3DVH提供的V20差異值可近似為2.24%±1.24%，差異值小于5%。健側肺的Dmean差異值和心臟Dmean差異值小于10%，具有統計學意義。研究發現TPS計算和測量的健側肺差異值稍大，是因為健側肺絕大部分體積未受到照射，這樣被計入比較差異的肺樣本量少，誤差相對靶區會大。也可能是TPS計算此類情況下，肺的劑量計算模型與測量存在較大誤差。心臟也存在類似被照射樣本量少的情況，另外發現絕大部分患者的心臟差異值較大的點處于探測器邊緣。綜上，發現測量點處于探測器邊緣，該點的劑量存在較大誤差，這進一步驗證了吳仕章等[4]利用Mapcheck進行乳腺、盆腔和頭頸部等腫瘤患者的計劃劑量驗證時，發現γ通過率與劑量采集最大面積具有相關性。

本研究還利用SNC Patient和3DVH軟件獲得了宮頸患者計劃驗證γ通過率(3 mm/3%，閾值為10%)，分別為99.50%（98.90%，99.60%），97.19%±1.64%，滿足臨床劑量驗證要求。靶區僅PCTV對應的D98%差異值具有統計學意義，最大差異值小于3%。雖然TPS計算和3DVH測量重建的宮頸靶區劑量存在差異，但是差異值較小，在臨床可接受范圍內。直腸的γ通過率大于90%，膀胱和股骨頭的γ通過率均大于95%。直腸僅V50劑量差異值存在統計學意義，差異值可近似為7.83%±1.32%。膀胱V45、V50和Dmean劑量差異值均存在統計學意義，V50最大差異值小于10%。股骨頭V30和Dmean最大差異值小于3%，不存在統計學意義。研究表明危及器官的通過率不及靶區高，且差異性相對靶區更大，這與靶區在射野內而較大份額危及器官避開射野有關，使得TPS計算靶區劑量的模型相較于危及器官而言更準確。另外也存在較多差異值處于探測器邊緣。

本研究用SNC Patient軟件驗證乳腺和宮頸患者計劃驗證γ通過率在95%以上。鄢佳文等[21]和張晉建等[22]利用ArcCHECK系統配備的SNC Patient軟件，也進行了乳腺癌和宮頸癌等劑量驗證，獲得的γ通過率在90%以上，但均無法獲知靶區和危及器官的劑量情況。本研究之后緊接著采用3DVH軟件進一步靶區和危及器官的劑量分析，有利于患者放射治療計劃的安全實施。本文也存在一些不足之處，如宮頸樣本數據量有限，但為了保持數據的一致性，減小機器運行誤差，這一批數據均在同次機器刻度下完成。另外由于3DVH軟件存在一些系統故障，使得同批次測量的某些宮頸數據無法導入3DVH軟件，故未計入宮頸樣本量。

綜上所述，借助SNC Patient 軟件可初步比較ArcCHCK模體中TPS計算和測量劑量的分布差異，而3DVH軟件可進一步提供病人靶區和危及器官詳細的劑量參數信息，有助于病人治療計劃的安全實施和放療醫生的臨床決策。