不同三維劑量驗證系統對鼻咽癌容積旋轉調強放療計劃的驗證價值比較

何勇，王宇，廖雄飛

(電子科技大學醫學院附屬腫瘤醫院·四川省腫瘤醫院放療中心，四川 成都 610041)

容積旋轉調強放療(volumetric modulated arc therapy，VMAT)作為鼻咽癌放射治療的主要技術手段，利用單弧或多弧旋轉照射，能提供高度適形的靶區劑量分布與低危及器官照射風險，同時具有劑量分布更精確、照射效率更高、治療時間更短等優勢[1-2]。由于VMAT技術在治療過程中，多葉準直器位置、機架旋轉速度等均處于運動狀態，因此對放療實施精度要求更高，計劃實施前需進行三維劑量驗證[3]。Delta～4、ArcCHECK是臨床常用的三維劑量驗證系統，可檢測出不同類型和大小的多葉準直器位置誤差[4]；EPID EDose 5.0不僅可用于計劃實施前劑量驗證，還能實現在線劑量監測，在臨床中的應用越來越廣泛[5]。本研究擬比較三種不同三維劑量驗證系統在鼻咽癌VMAT計劃劑量驗證中的應用價值，旨在為臨床鼻咽癌VMAT計劃實施前的劑量驗證提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年3月至2021年3月電子科技大學醫學院附屬腫瘤醫院收治的127例鼻咽癌患者作為研究對象。其中，男性81例，女性46例；年齡40～69歲，平均(53.48±6.85)歲。根據美國癌癥協會(American Joint Committee on Cancer，AJCC)分期手冊(第八版)對患者進行分期[6]，其中T分期：T2期20例、T3期61例、T4 期46例；N分期：N1期36例、N2期39例、N3期52例；臨床分期：Ⅱ期23例、Ⅲ期46例、Ⅳa期58例。所有患者均行基于Pinnacle治療計劃系統(treatment planning system，TPS)制定的VMAT計劃。

1.2 WMAT計劃設計

使用大孔徑CT模擬機(Philips公司)對患者進行掃描，層厚3 mm，CT掃描圖像傳輸至Pinnacle系統，結合其它影像資料勾畫出靶區以及危及器官。其中，靶區包括：原發腫瘤靶區(gross tumor volume，GTVT)、頸部轉移淋巴結靶區(GTVn)、亞臨床病灶高危臨床靶區(clinical target volume，CTV1)、亞臨床病灶低危臨床靶區(CTV2)，考慮體位固定和擺位誤差將各個區域的計劃靶區分別定義為PGTVT、PGTVn、PCTV1和PCTV2。

1.3 儀器設備

(1)Delta～4系統(瑞典 ScandiDos公司)：中心區域半導體探頭間距為0.5 cm，超過中心區域半導體探頭間距為1 cm，探測范圍20 cm×20 cm。(2)ArcCHECK系統(美國Sun Nuclear公司)：探頭尺寸0.64 mm2，間距為1 cm。(3)EPID EDose 5.0系統(瑞典ELEKTA公司)：EPID為Synergy直線加速器自帶，有效探測范圍為41 cm×41 cm。

1.4 實驗方法

(1)基于Delta～4、ArcCHECK三維劑量驗證測量：測量前對Delta～4、ArcCHECK進行校準，將VMAT計劃移植到CT掃描模體中，采用卷積方法重建患者體內的三維劑量分布，精度為2 mm；于測量軟件中采集計劃驗證數據，獲得驗證通過率及計量-體積直方圖(dose volume histogram，DVH)參數；(2)基于EPID EDose 5.0三維劑量驗證測量：測量前對EPID平板進行本底和增益校準，調整平板源皮距為160 cm；無模體條件下采集患者VMAT放療計劃中的射野劑量圖像，應用反卷積和卷積算法重建患者體內的三維劑量分布。

1.5 分析指標

(1)比較三種三維劑量驗證系統測量結果的γ通過率，分析標準設置為：3 mm/3%、2 mm/2%、3%/2 mm、2%/3 cmm，最小閾值10%；(2)比較三種三維劑量驗證系統與TPS靶區劑量學、危及器官劑量學差異，靶區參考指標為D98%、D2%、Dmean，危及器官參考指標為Dmax、Dmean，與TPS劑量差異的計算公式為Diff(%)=(Dose_三維劑量驗證系統-Dose_TPS)/Dose_TPS×100%。

1.6 統計學分析

2 結果

2.1 不同三維劑量驗證系統的γ通過率比較

3%/3 mm分析標準下，三種驗證系統的γ通過率均>95%，組間比較差異無統計學意義(P>0.05)。3%/2 mm、2%/3 cmm、2%/2 mm分析標準下，三種驗證系統的γ通過率較3%/3 mm標準逐漸下降，且2%/3 cmm、2%/2 mm標準下，基于ArcCHECK、EPID EDose 5.0系統的γ通過率高于Delta～4系統(P<0.05)，但ArcCHECK、EPID EDose 5.0系統比較差異無統計學意義(P>0.05)。見表1。

表1 不同三維劑量驗證系統的γ通過率比較

2.2 基于三種三維劑量驗證系統與TPS的靶區劑量學差異比較

基于Delta～4、ArcCHECK、EPID EDose 5.0三維劑量驗證系統計算的靶區(PGTVT、PGTVn、PCTV1和PCTV2)劑量學指標D98%、D2%、Dmean與TPS計算的劑量學指標差異值均<3%。三種三維劑量驗證系統與TPS的靶區劑量學比較差異均無統計學意義(P>0.05)。見表2。

表2 基于三種三維劑量驗證系統與TPS的靶區劑量學差異比較

2.3 基于三種三維劑量驗證系統與TPS的危及器官劑量學差異比較

基于Delta～4、ArcCHECK、EPID EDose 5.0三維劑量驗證系統計算的危及器官劑量學指標Dmax、Dmean與TPS計算的劑量學指標差異值均<3%。三種三維劑量驗證系統計算的晶狀體、腮腺Dmax與TPS計算的Dmax比較差異具有統計學意義(P<0.05)，且ArcCHECK、EPID EDose 5.0小于Delta～4(P<0.05)；三種三維劑量驗證系統與TPS的其他危及器官劑量學比較，差異均無統計學意義(P>0.05)。見表3。

表3 基于三種三維劑量驗證系統與TPS的危及器官劑量學差異比較

續表3

3 討論

照射劑量的準確性是保證放療療效、使腫瘤原發灶不復發、放射并發癥更少的重要因素[7]。為達到降低危及器官受量、提高靶區劑量分布的效果，VMAT技術在機架旋轉的同時，加速器出束射線劑量率也不斷變化，因此其對劑量驗證的要求也更高。本研究主要對比了Delta～4、ArcCHECK和EPID EDose 5.0三維劑量驗證系統在鼻咽癌VMAT計劃劑量驗證中的應用價值。

Delta～4和ArcCHECK是目前常用的VMAT計劃三維劑量驗證工具，Liang等[8]研究發現，基于Delta～4和ArcCHECK系統計算的劑量與計劃系統有良好的一致性，對多葉準直器平移誤差的檢測也非常敏感。但以上設備價格昂貴，使用也相對不便，且基于均勻模體的劑量驗證無法準確反映VMAT計劃執行患者體內的劑量偏差[9]。EPID EDose 5.0三維劑量驗證系統是基于EPID研發的一種劑量驗證軟件，除具有良好的劑量學響應、重復性與穩定性外，還具有自動化程度高、使用方便等優勢。既往研究[10]認為，不同評價標準下γ通過率與治療計劃的偏差來源相關，當評價標準為3%/3 mm時，γ通過率≥95%通過狀態較好；此外，部分研究[11]則指出3%/2 mm標準更符合臨床需求。張朋等[12]研究也發現，三種系統在3%/3 mm標準下γ通過率均處于理想的通過狀態，認為三者可很好地用于鼻咽癌VMAT計劃的三維劑量驗證。本研究結果顯示，當評價標準為3%/3 mm時，基于三種驗證系統的γ通過率均>95%；2%/3 mm、2%/2 mm標準下，基于ArcCHECK、EPID EDose 5.0系統的γ通過率高于Delta～4系統，提示三種劑量驗證系統均可用于鼻咽癌VMAT計劃的劑量驗證，盡管在不同分析標準下三者驗證結果對比存在差異，但都可以滿足臨床對計劃驗證的需求，與相關研究[12]報道相似。但本研究相對Delta～4系統，ArcCHECK、EPID EDose 5.0系統γ通過率更高，可優先考慮這兩種系統。

γ通過率在評估劑量驗證工作中存在不足，尚需其它更豐富的劑量信息進行輔助判斷。本研究進一步比較了三種劑量驗證系統靶區、危及器官劑量參數與TPS計算結果的差異，研究結果顯示，基于Delta～4、ArcCHECK、EPID EDose 5.0三維劑量驗證系統計算的靶區劑量學指標和危及器官劑量學指標與TPS計算的劑量學指標差異值均<3%；除危及器官晶狀體、腮腺Dmax與TPS計算的Dmax存在差異外，其他劑量學指標比較均無明顯差異，提示基于Delta～4、ArcCHECK和EPID EDose 5.0三維劑量驗證系統計算的靶區、危及器官劑量與TPS計算的劑量差異較小。這些差異可能來自：(1)重建劑量過程需引入校準因子，而獲得校準因子的過程會引入誤差[13]；(2)驗證系統的模體擺位存在誤差，會影響劑量跌落梯度較大區域的照射劑量[14]；(3)靶區位于儀器邊緣時，也會影響劑量的計算結果[15]。

綜上所述，Delta～4、ArcCHECK和EPID EDose 5.0驗證系統在VMAT計劃劑量驗證中可直觀、快速地分析出劑量差異，均可為患者治療計劃的質量驗證提供豐富的劑量參數信息，但ArcCHECK和EPID EDose 5.0驗證系統相對Delta～4更好，可優先考慮。