Dolphin 在調強放射治療計劃三維劑量驗證中的應用

陳俊穎，夏火生，趙劍，王莉新

北京燕化醫(yī)院放療科 （北京 102500）

劑量驗證是調強放射治療（intensity modulated radiation therapy，IMRT）質量控制的關鍵環(huán)節(jié)。在放射治療計劃執(zhí)行之前，必須通過驗證設備對治療計劃劑量分布進行模擬驗證，只有達到預設的通過率方可實施治療，從而確保放射治療的安全性與準確性。隨著科技的發(fā)展，放射治療的驗證設備不斷地更新升級。Dolphin 驗證設備是IBA 公司近年來新推出的三維劑量驗證系統(tǒng)，已在國內(nèi)外得到應用，但國內(nèi)未有相關應用的研究報道。我院已于2019年8月引進該設備，并將其與Compass 軟件結合，配合醫(yī)科達Infinity 直線加速器開展放射治療劑量驗證。本研究結合我院放射治療科的應用體會，對Dolphin 在IMRT 計劃三維劑量驗證中的應用價值進行初步探討，現(xiàn)報道如下。

1 材料與方法

1.1 設備材料

瑞典醫(yī)科達I n f i n i t y 直線加速器，醫(yī)科達Monaco5.1治療計劃系統(tǒng)、MOSAIQ系統(tǒng)；比利時IBA公司的Dolphin和Compass軟件。其中，Dolphin可被直接掛在加速器機頭，且加速器機頭發(fā)出的射線可直接通過Dolphin的電離室被探測器探測到形成射線輸出的通量，隨后Compass軟件通過Dolphin測量到的射線通量根據(jù)蒙卡算法反推出劑量在患者CT圖像上的實際劑量分布以及劑量體積直方圖（dose-volume histogram，DVH），并和導入的計劃劑量進行對比分析；與傳統(tǒng)的二維、三維矩陣不同，Dolphin內(nèi)置角度傳感器采用無線模式，無需電纜，擁有40 cm×40 cm的全射野輸出測量范圍，因直接掛機頭，故無需擺位且可在無線模式下直接測量計劃劑量。

1.2 計劃設計

隨機選取我院2020年1—8月收治的15例腫瘤患者，其中5例頭頸部腫瘤患者，對其采用的計劃方式為容積旋轉調強放射治療（volumetric modulated arc therapy，VMAT）順時針180°到30°，逆時針30°到180°往返半弧（圖1為機架角度示意圖），評價的正常組織器官主要為脊髓、腮腺、下頜骨、喉咽等；5例肺部腫瘤患者，對其采用的計劃方式為動態(tài)IMRT，評價的正常組織器官主要為脊髓、全肺、心臟等；5例盆腔部腫瘤患者，對其采用的計劃方式為VMAT 往返全弧，評價的正常組織器官主要為左右股骨頭、 膀胱、直腸、小腸等。

圖1 直線加速器機架角度示意圖

1.3 方法

將臨床醫(yī)師審批合格后的計劃經(jīng)MOSAIQ 系統(tǒng)排程傳至加速器，同時將計劃通過U 盤拷貝并導入Compass 軟件；將Dolphin 直接掛到加速器機頭，然后將加速器機架和小機頭均轉至0°，打開Dolphin 電源；打開電腦中的Beam Commission 軟件并連接無線，在確保幾何校準和劑量校準（平均每一兩個月校準1次即可）無誤的情況下，加速器在Service 模式下打開40 cm×40 cm 的射野給500跳劑量并對Dolphin 預熱測本底；待預熱測完本底后，加速器進入臨床模式，計劃在MOSAIQ 系統(tǒng)中的質量保證（quality assurance，QA）模式下直接出束并進行劑量測量，然后將每例患者的測量結果保存到文件中；將通過Dolphin 測量的實際劑量文件導入Compass 軟件，同時將用U 盤拷貝的計劃通過Compass 軟件也導入進來，經(jīng)Compass 軟件實現(xiàn)照射野通量劑量在患者CT 圖像上的劑量分布，反映患者三維解剖結構上的真實受照情況，最終對比分析Dolphin 實測劑量與計劃劑量的DVH 及三維Gamma（3%，3 mm）值。

2 結果與分析

Dolphin 實測劑量與計劃劑量在患者定位CT 圖像上的三維劑量分布基本一致（以圖2、3為例），DVH 基本吻合（以圖4為例）；Dolphin 實測劑量與計劃劑量靶區(qū)及正常組織器官的體積Gamma 差異值均＜5%，即Gamma 通過率均＞95%，D99差異值＜5%，Dmean差異值＜3%，D1差異值＜3%（表1），在臨床上，計劃通過率＞95%時即可應用于臨床治療。其中，VMAT 計劃普遍比動態(tài)IMRT 計劃的Gamma 差異值稍大，分析原因為VMAT 技術相比動態(tài)IMRT 技術增加了角度自由度，投照過程機架角度隨著控制點改變，多葉準直器同時進行變化，增加了復雜程度。

表1 Dolphin 實測劑量與計劃劑量的差值及Gamma 通過率（%）

為對Dolphin 的計劃驗證結果進行說明，現(xiàn)對1例肺部腫瘤患者的計劃驗證結果展開介紹，患者的總肺大小為3 792.905 cm3，臨床醫(yī)師勾畫的計劃靶區(qū)中的同步推量區(qū)大小為304.638 cm3，計劃靶區(qū)大小為728.453 cm3；計劃為同步推量，處方劑量為計劃靶區(qū)中的同步推量區(qū)58.00 Gy，計劃靶區(qū)52.20 Gy，次數(shù)為29次。圖2～5分別為患者Dolphin 實測劑量由Compass 軟件分析并與治療計劃系統(tǒng)（treatment planning system，TPS）計劃劑量進行對比分析的直觀圖，由圖2與圖3對比可知，該肺部腫瘤患者TPS劑量分布與Dolphin 實測劑量分布基本一致；由圖4 可知，TPS 劑量DVH 與Dolphin 實測劑量DVH 基本吻合；由圖5 可知，該患者驗證結果的Gamma 差異值均＜1%，通過Gamma 通過率=100%-Gamma 差異值計算，得出Gamma 通過率＞99%，符合Gamma 通過率＞95%的臨床要求。

圖2 1例肺部腫瘤患者的計劃劑量在橫斷面的分布

圖3 1例肺部腫瘤患者用Dolphin 測量并通過Compass 軟件重新計算劑量在橫斷面的分布

圖4 1例肺部腫瘤患者計劃劑量（虛線）與實測重建劑量（實線）的DVH 對比圖

圖5 1例肺部腫瘤患者計劃劑量驗證通過結果

3 討論

隨著放射治療設備的更新和技術的發(fā)展，動態(tài)IMRT 和VMAT 技術日臻成熟與普及。與此同時，臨床對靶區(qū)劑量的精確性和正常組織器官的劑量限制提出了更高的要求，即對物理師的工作提出了更高的要求，其不僅應設計出科學的治療計劃，還應保證治療計劃被準確有效地實施到放射治療中，這必須通過劑量驗證系統(tǒng)來實現(xiàn)，因此，治療計劃劑量驗證成了放射治療質量控制的重要環(huán)節(jié)[1]。

大部分醫(yī)院使用的二維劑量驗證系統(tǒng)和三維劑量驗證系統(tǒng)，如Mapcheck[2]和Arc check[3]，需要將計劃移植到模體重新進行計算，驗證時實際設備出的射線束是移植到模體上的計劃，得到的也是在模體上的劑量分布情況，且二維劑量驗證系統(tǒng)的驗證計劃還需將機架角度均歸為0°；而應用Dolphin 進行劑量驗證時的治療計劃無需重新進行計算，只需將治療計劃在MOSAIQ 系統(tǒng)中以QA 模式出束即可，然后將測量到的劑量通過Compass 軟件重新計算反推到患者的定位CT 圖像上，可直觀地分析實際劑量在患者CT 圖像上的真實分布情況。同時，Dolphin 擁有40 cm×40 cm 的全射野輸出測量范圍，當靶區(qū)較大時，傳統(tǒng)的劑量驗證系統(tǒng)可能受模體可測量范圍大小的限制，不能測量到全部的輻射劑量，會丟失靶區(qū)部分體積的劑量，只在可測量的范圍內(nèi)形成劑量分布，不能全面反映靶區(qū)所有真實的劑量分布；而Dolphin 擁有全射野輸出測量范圍，因此在大靶區(qū)病例的應用中顯示出明顯的優(yōu)勢，且Dolphin 與Compass 軟件結合[4-8]，可直接反映出實測劑量在患者定位CT 圖像上真實的三維劑量分布情況，從而幫助臨床醫(yī)師和物理師直觀地了解靶區(qū)和感興趣組織器官的具體劑量分布，以及通過DVH 和三維Gamma 值進行直觀地對比分析。此外，Dolphin 是以無線連接模式進行工作，當進行計劃劑量驗證時可直接將設備掛在加速器機頭上，因此無需擺位，只需在機架和小機頭均處于0°狀態(tài)時打開電源即可連接軟件的測量系統(tǒng)，省去了傳統(tǒng)劑量驗證系統(tǒng)對模體進行擺位和連接各種線攬的煩瑣過程，極大地提高了物理師的工作效率，避免了模體擺位可能產(chǎn)生的誤差，且用Dolphin 定期驗證同一個計劃，通過對比分析每次的驗證結果還可監(jiān)測設備的運行狀態(tài)。

綜上所述，Dolphin 不受靶區(qū)大小的限制適用于多種部位腫瘤的計劃驗證，即使腫瘤靶區(qū)較大也能測量到靶區(qū)的全部計劃劑量，與Compass 軟件結合可直觀地反映出劑量的實際分布情況，且Dolphin 的應用簡單方便，在IMRT 計劃驗證中可以很好地發(fā)揮作用，保證腫瘤患者的放射治療安全。