ArcCHECK-3DVH 劑量驗證系統在宮頸癌容積旋轉調強放射治療三維劑量驗證中的應用

陳偉思，史亞濱，陳洪濤，鄭芳，張定，付鑫，鐘鶴立（通信作者）

深圳市人民醫院（暨南大學第二臨床醫學院，南方科技大學第一附屬醫院）放療科（廣東深圳 518010）

容積旋轉調強放射治療（volumetric modulated arc therapy，VMAT）是臨床治療宮頸癌術后患者的最常用放射治療技術。在VMAT 實施過程中，多葉光柵、加速器劑量率、準直器角度和機架旋轉速度等不斷變化、協同工作，在提高計劃執行效率的同時，也增加了放射治療的不確定性[1-2]，進而提高了對質量保證的要求[3]。目前，放射治療計劃的驗證通常是利用γ 通過率判斷計劃是否通過（γ 通過率>90%為計劃通過）；但γ 通過率僅能評估設備執行的計劃與治療計劃系統（treatment planning system，TPS）計算值之間的整體符合度， 并不能給出靶區和危及器官的具體劑量差異。近年來，一種新的三維劑量驗證方式被應用于臨床，其可利用劑量驗證數據文件重建患者體內的劑量分布，不僅可以得出γ 通過率，還可計算出靶區和危及器官的計劃劑量和驗證劑量的具體差異[4-5]，其中以ArcCHECK-3DVH劑量驗證系統為代表。ArcCHECK-3DVH 劑量驗證系統由Sun Nuclear 公司生產，可利用ArcCHECK 模體結合配套的3DVH 軟件對VMAT 計劃進行三維劑量驗證。目前，國內對該系統的二維劑量驗證研究較多，而對其三維劑量驗證研究報道較少，且尚未有針對宮頸癌VMAT 計劃的三維劑量驗證研究。基于此，本研究探討ArcCHECK-3DVH 劑量驗證系統在宮頸癌VMAT 三維劑量驗證中的應用，現報道如下。

1 材料與方法

1.1 設備與軟件

瑞典醫科達公司的Synergy 直線加速器及Monaco 5.11.01 TPS； 美 國Sun Nuclear 公 司 的ArcCHECK-3DVH 劑量驗證系統[包括ArcCHECK 模體、SNC patient 8.4.1 劑量計算軟件和3DVH（版本為 3.3.2）劑量分析軟件]，該系統不僅能夠計算驗證計劃的γ通過率，還可以借助劑量微擾算法（planned dose perturbation，PDP）[6]，利用驗證測量文件和計劃信息重建患者體內的三維劑量分布，并與Manoco 5.11.01 TPS 的計算劑量進行比較。

1.2 患者選取及計劃設計

選取2021年1—12 月深圳市人民醫院腫瘤放療科收治的行VMAT 的20例宮頸癌術后患者。所有患者采用熱塑膜、俯臥位進行體位固定，CT 掃描層厚為3 mm，定位圖像傳輸至Manoco 5.11.01 TPS進行三維重建。主管醫師勾畫計劃靶區（planning target volume，PTV）及危機器官（包括小腸、直腸、膀胱、股骨頭和骨髓），處方量為4 860 cGy/27 f，選用6 MV 光子線，179°～181°順時針和181°～179°逆時針兩個全弧照射，準直器和治療床角度均設置為 0°。

1.3 測量方法

在Monaco 5.11.01 TPS 上將患者的治療計劃移植到ArcCHECK 模體中，創建驗證計劃，并將驗證計劃的Total dose 傳輸至 ArcCHECK 電腦中。在治療床上按照用戶手冊要求擺放、連接ArcCHECK模體，自動測量本底并選擇對應的劑量校準文件，依次對所有患者的治療計劃進行劑量驗證并保存測量文件。將患者的治療計劃（RTplan）、靶區結構（RTstructure）、劑量（RTdose）和CT 圖像（CT Images）連同驗證計劃對應的計劃（RTplan）和劑量（RTdose）及相應患者的測量文件導入3DVH 軟件，采用PDP 重建三維劑量分布，得到PTV 和危及器官的γ 通過率及ArcCHECK-3DVH 劑量驗證系統重建劑量與TPS 計算劑量的差異。

1.4 數據分析

γ 分析的條件設置為3 mm/3%，閾值為10%。PTV 參考指標為98%的體積受量（D98%）、2%的體積受量（D2%）和平均劑量（Dmean），危及器官的主要參考指標為V40、V30、V20、V10（Vx為xGy 的劑量所包繞的相對體積）和平均劑量Dmean。ArcCHECK-3DVH 劑量驗證系統重建劑量（DoseMeasure）與TPS計 算 劑 量（DoseTPS）的 差 異 值Diff=（DoseMeasure-DoseTPS）/DoseTPS×100%。

1.5 統計學處理

采用SPSS 26.0 統計軟件進行數據分析，符合正態分布的計量資料以±s表示，采用配對t檢驗，非正態分布的數據用M（P25，P75）表示，采用Wilcoxon秩和檢驗，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

20例宮頸癌患者的3 mm/3% γ 通過率為（93.58±2.9）%，這個通過率包括了所有靶區和危及器官的比較結果。圖1為其中1例患者的ArcCHECK-3DVH 劑量驗證系統重建劑量與TPS 計算劑量的劑量體積直方圖。

圖1 基于TPS（實線）和3DVH 軟件（虛線）獲得的劑量體積直方圖

2.1 PTV 劑量差異

20例患者的PTV ArcCHECK-3DVH 劑量驗證系統重建劑量與TPS 計算劑量差異見表1。 PTV的3 mm/3%標準下的γ 通過率為（93.83±4.04）%；PTV 的ArcCHECK-3DVH 劑量驗證系統重建劑量均大于TPS 計算劑量；D98%、D2%和Dmean的ArcCHECK-3DVH 劑量驗證系統重建值與TPS 計算值比較，差異有統計學意義（P<0.05）,且差異值均小于3%。

表1 ArcCHECK-3DVH 劑量驗證系統和TPS 的PTV 劑量差異

2.2 危及器官劑量差異

20例患者的危及器官 ArcCHECK-3DVH 劑量驗證系統重建劑量與TPS 計算劑量差異見表2。在3 mm/3% 標準下，小腸、直腸、膀胱和左右股骨頭的γ通過率均大于95%，骨髓的γ通過率大于90%，均滿足臨床要求[7-8]。危及器官的ArcCHECK-3DVH 劑量驗證系統重建劑量均大于TPS 計算劑量。左右側股骨頭的V40和V30的ArcCHECK-3DVH劑量驗證系統重建值與TPS 計算值差異較大，且差異有統計學意義（P<0.05）。除膀胱的V20及骨髓的V20、V10外，危及器官其他劑量參數的ArcCHECK-3DVH 劑量驗證系統重建值與TPS 計算值的差異均有統計學意義（P<0.05）。

表2 ArcCHECK-3DVH 劑量驗證系統和TPS 的危及器官劑量差異

3 討論

VMAT 因其治療時間短、設備效率高，已成為宮頸癌放射治療最常選用的技術。VMAT 技術多參數變化的特性使計劃執行過程中更容易出現偏差，從而導致劑量投照誤差，因此治療前的劑量驗證工作變得尤為重要[9-10]。目前，臨床常用的VMAT計劃驗證工具主要包括電離室矩陣、半導體探測器等，但這些驗證工具僅可測量得到點劑量和二維平面劑量，無法獲得PTV 和危及器官的具體劑量差異。Sun Nuclear 公司的ArcCHECK 模體為圓柱形，內有1 386個呈螺旋分布的半導體探測器，相鄰探測器之間間隔10 mm[11]，配套的3DVH 軟件可基于患者的治療計劃、靶區結構、劑量、CT 圖像、實際測量文件和PDP 算法，分析得出基于模體實際測量文件的重建劑量和TPS 計算劑量的三維劑量差異[12]，且已有相關研究證實了此系統的準確性[13-14]。

本研究基于ArcCHECK-3DVH 劑量驗證系統對20例宮頸癌術后患者的VMAT 計劃進行三維劑量驗證，在3mm/3%標準下，患者PTV 和危及器官的整體γ 通過率為（93.58±2.9）%，其中有3例患者的γ 通過率低于90%，分別為88.2%、89.2%、88.7%。查找原因發現，此3例患者的計劃中存在數目較多的小子野，計劃執行過程中小子野受多葉光柵、機架速度等計劃執行因素的影響較大，從而造成γ 通過率較低。PTV 的各項劑量指標的ArcCHECK-3DVH 劑量驗證系統重建劑量和TPS計算劑量的差異值均小于3%，可以滿足臨床要求，且PTV 各項劑量指標的ArcCHECK-3DVH 劑量驗證系統重建值均高于TPS 計算值，差異均有統計學意義（P<0.05）。這一結果表明，ArcCHECK-3DVH劑量驗證系統重建劑量和TPS 計算劑量之間存在差異，但此差異在臨床上可以接受[15]。

危及器官劑量差異結果顯示，所有危及器官的γ 通過率均大于90%，且雙側股骨頭的γ 通過率大于99%；除膀胱的V20及骨髓的V20、V10外，其他劑量參數的ArcCHECK-3DVH 劑量驗證系統重建值與TPS 計算值的差異值均有統計學意義（P<0.05）。危及器官中差異值最大的是雙側股骨頭的V40，分析其原因為，宮頸癌中股骨頭與其他危及器官相比體積較小，同時40 Gy 的劑量線所包繞的體積較小，小的劑量差異就會導致差異的百分比驟增，這與馮瑞興[16]的研究結果相似。體積較小的危及器官或高劑量區受VMAT 計劃的復雜性和設備執行的準確性影響較大，導致其易出現較大的偏差，這也是今后特別需要注意和解決的問題。本研究所有參數的ArcCHECK-3DVH 驗證重建劑量均高于TPS 計算劑量，說明ArcCHECK-3DVH 軟件的驗證重建劑量系統性地高于TPS 計劃值，這與Infusino 等[17]的研究結果相似。ArcCHECK-3DVH 劑量驗證系統重建劑量與TPS 計算劑量之間存在差異的原因為：首先，3DVH 軟件在劑量重建過程中采用的PDP 算法所使用的校準因子來自ArcCHECK 模體測量和TPS計算，這個過程可能會導致誤差的出現[18]；其次，ArcCHECK 模體內相鄰探測器間間隔10 mm，而計算網格的大小通常為3 mm×3 mm，遠小于1 cm，因此在計算時或圖像形變過程中也會引入誤差；最后，ArcCHECK 是一個均質模體，而人體組織是非均質的，3DVH 軟件在劑量重建時并未考慮介質的均勻性因素，這也會在一定程度上引起誤差的增大[19]。雖然存在誤差，但是ArcCHECK-3DVH 劑量驗證系統可以滿足臨床要求，并且其在臨床應用中的準確性已得到證實[14，17]。

綜上所述，ArcCHECK-3DVH 驗證系統利用患者的驗證測量數據不僅可以分析得到γ 通過率，同時可以分析PTV 和危及器官的三維劑量差異，是傳統劑量驗證方式的有效補充和延伸，能夠為宮頸癌VMAT 治療的準確性提供保障。