EDOSE 在線劑量驗證系統在宮頸癌患者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，高艷，鄧小年，李壯玲，李隆興，鐘鶴立（通信作者）

南方科技大學第一附屬醫院·暨南大學第二臨床醫學院·深圳市人民醫院放療科 （廣東深圳 518000）

容積旋轉調強放射治療（volumetric modulated arc therapy，VMAT）是目前宮頸癌放射治療中最常用的技術[1]。VMAT 在進行宮頸癌放射治療計劃執行過程中，多葉光柵、劑量率、準直器角度和機架速度不斷變化，極大地提高了計劃執行效率，但也增加了計劃執行過程中的不確定性[2]，繼而對計劃質量保證的提出了更高要求[3-4]。電子射野影像裝置（electronic portal imaging device，EPID）在臨床上最早被用于患者的擺位驗證及射野位置形狀驗證等方面[5]；因其具有可快速獲取圖像、分辨力高且劑量響應線性等特點[1，6-8]，使其適用于患者的在線劑量驗證，且近年來對其在劑量驗證方面的應用與研究亦越來越多[9-10]。EDOSE 在線劑量驗證系統由廣州瑞多思醫療公司研究開發，可直接利用直線加速器自帶的電子射野影像系統采集EPID 影像，并利用患者的計劃信息（RT-plan）、勾畫信息（RT-structure）、CT 圖像、劑量信息（RT-Dose）進行劑量的三維反推重建，進而與計劃系統的計算劑量進行比較[11-12]，據此不僅可分析得到計劃驗證的γ 通過率，同時還可分析出靶區與危及器官的體積劑量差異。國內關于EDOSE 系統的三維劑量驗證研究較少，且未發現針對宮頸癌VMAT 計劃的三維劑量驗證研究。鑒于此，本研究將基于EDOSE在線劑量驗證系統分析宮頸癌VMAT 計劃的測量重建劑量與放射治療計劃系統（treatment planning system，TPS）計算劑量在三維體積劑量學方面的差異，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

隨機選取2021年1—12月深圳市人民醫院放療科收治的20例宮頸癌術后患者，年齡41～65歲，中位 年 齡48歲；Ib1期3例，Ib2期5例，Ⅱa1期7例，Ⅱa2期5例。本研究經醫院醫學倫理委員會批準。

1.2 儀器與軟件

瑞典醫科達公司生產的Synergy 直線加速器，配備在線影像驗證系統EPID；瑞典醫科達公司研究開發的Monaco 5.11.01計劃系統和MOSAIQ信息管理系統；廣州瑞多思醫療公司研究開發的EDOSE 在線劑量驗證系統。

1.3 計劃設計

協助患者取俯臥位，行熱塑膜體位固定，然后予以CT 掃描，設置掃描層厚為3 mm，掃描后將圖像傳輸至Monaco TPS 進行三維重建，隨后由主管醫師勾畫靶區（計劃靶區）及危及器官（小腸、膀胱、直腸、股骨頭和骨髓），處方劑量為4 860 cGy/27 f；為每例患者設計VMAT 計劃，能量選用6 MV 光子線，予以179°～181°順時針和181°～179°逆時針兩個全弧照射，設置準直器和治療床角度均為0°。

1.4 測量方法

將患者的治療計劃傳送至MOSAIQ 系統，核查排程，準備驗證，即于治療前將患者治療計劃的RT-plan、RT-structure、CT 圖像、RT-Dose 傳輸至EDOSE 服務器，待該軟件獲取EPID 圖像后，基于EPID 測量結果反推射野通量，再利用射線追蹤和迭代法計算模體表面的射野通量，然后基于CT 圖像進行患者體內的三維劑量重建，最終與計劃系統計算劑量進行對比。

1.5 數據分析

采 用3%/3 mm 和3%/2 mm 的γ 分 析 標 準 開 展對患者的劑量驗證分析，閾值設為10%。靶區參考指標為計劃靶區D98和D2（Dx表示x%靶區體積所受到的照射劑量），危及器官參考指標為小腸、膀胱、直腸、股骨頭和骨髓V40、V30、V20、V10（Vx表示接受x Gy 劑量照射的危及器官的體積百分比），劑量的差異值=（EDOSE 測量值－TPS 計算值）/TPS 計算值×100%。

1.6 統計學處理

采用SPSS 26.0統計軟件分析數據。符合正態分布的計量資料以±s表示，采用配對t檢驗；非正態分布計量資料以M（Q1，Q3）表示，采用Wilcoxon秩和檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 計劃靶區劑量學差異

20 例 患 者 計 劃 驗 證 的3%/3 mm γ 通 過 率 為（97.82±0.81）%，3%/2 mm γ 通過率為（96.25±1.20）%。患者計劃靶區D98，TPS 計算值與EDOSE 測量值比較，差異無統計學意義（P>0.05）；患者計劃靶區D2，TPS 計算值與EDOSE 測量值比較，差異有統計學意義（P<0.05），但偏差小于3%，此差異臨床可接受，見表1。

表1 基于TPS 和EDOSE 的計劃靶區劑量學差異[±s；M（Q1，Q3）；20例]

表1 基于TPS 和EDOSE 的計劃靶區劑量學差異[±s；M（Q1，Q3）；20例]

注：TPS 為放射治療計劃系統，Dx 表示x%靶區體積所受到的照射劑量

（cGy） t P TPS 與EDOSE差異值（%）D98 4 836.05±40.64 4 846.68±69.82 -1.08 0.29 0.22±0.89 D2 5 214.68±48.72 5 329.10±49.91 -21.70 0.00 1.20（1.84，2.67）參數 TPS（cGy）EDOSE

2.2 危及器官劑量學差異

小腸V40、V30、V20、V10，直腸V40、V30，右股骨頭V20、V10，左股骨頭V20、V10，以及骨髓V10，TPS 計算值與EDOSE 測量值比較，差異無統計學意義（P>0.05）；膀胱V40、V30，右股骨頭V40、V30，左股骨頭V40、V30，以及骨髓V40、V30、V20，TPS 計算值與EDOSE 測量值比較，差異有統計學意義（P<0.05），見表2。

表2 基于TPS 和EDOSE 的危及器官劑量學差異[±s；M（Q1，Q3）；20例]

表2 基于TPS 和EDOSE 的危及器官劑量學差異[±s；M（Q1，Q3）；20例]

注：TPS 為放射治療計劃系統，Vx 表示接受x Gy 劑量照射的危及器官的體積百分比

器官 參數 TPS（%） EDOSE（%） t/Z P TPS與EDOSE差異值（%）小腸 V40 4.09±4.09 4.17±3.83 -0.61 0.55 2.80±18.21 V30 20.38±11.34 19.87±10.85 1.92 0.07 -1.86±4.76 V20 50.14±16.65 50.24±16.47 -0.60 0.55 0.37±1.52 V10 82.32±16.40 82.32±16.30 0.00 1.00 0.04（-0.33，0.77）直腸 V40 72.91±20.13 73.31±18.31 -0.36 0.73 0.74（0.12，3.93）V30 98.66（91.15，99.94） 98.80（91.98，100.00） -2.10 0.05 0.11（0.00，1.75）膀胱 V40 62.37±14.19 64.92±14.66 -7.94 0.00 4.00±2.39 V30 96.22（81.67，97.96） 97.02（83.00，98.06） -3.50 0.00 0.36（0.10，1.32）右股 V40 2.38（0.92，5.33） 1.83（0.81，4.43） -2.77 0.01 -7.63（-19.80，0.00）骨頭 V30 10.90（8.62，19.78） 10.03（6.32，19.39） -3.02 0.00 -0.87±1.48 V20 29.78（18.48，42.69） 30.18（18.08，47.81） -1.81 0.07 -2.16（-4.40，0.81）V10 76.33±16.74 75.60±16.69 1.99 0.06 -0.93±2.54左股 V40 2.53（1.48，6.08） 2.40（1.22，6.42） -1.49 0.04 -6.66（-15.27，9.30）骨頭 V30 11.41（8.88，23.77） 10.59（7.87，21.40） -2.07 0.04 -4.40±9.65 V20 35.26±15.99 34.81±15.61 -1.53 0.15 -0.72±4.28 V10 77.68±15.11 77.81±15.18 -0.20 0.84 0.05±3.92骨髓 V40 35.07±5.17 36.11±5.27 7.34 0.00 2.10±1.67 V30 58.41±5.56 59.00±5.76 -3.77 0.00 0.99±1.13 V20 79.04±5.30 79.33±5.37 -2.94 0.01 0.37±0.53 V10 92.37±4.82 92.48±4.84 -1.88 0.08 0.12±0.27危及

3 討論

在宮頸癌放射治療中，VMAT 技術因具有治療速度快、執行效率高等特點已得到廣泛應用。而在利用該技術進行計劃執行的過程中，多葉光柵、劑量率、準直器角度和機架速度不斷變化的特性使得計劃的執行更加復雜，易導致劑量偏差。因此，開展對VMAT 計劃的劑量驗證工作尤為重要[13-14]。

最初設計EPID 的目的是用于患者的擺位驗證，而目前大多數醫院采用圖像更加清晰的錐形束CT 進行三維擺位驗證，而EPID 因具有可快速獲取圖像、分辨力高且劑量響應線性等特點適用于患者的劑量驗證[15-17]。EDOSE 在線劑量驗證系統可先運用反卷積方法計算EPID 的表面通量，再利用射線追蹤和迭代法計算模體表面的射野通量，最后進行三維劑量重建，分析靶區及危及器官的實際測量劑量和計劃系統理論計算劑量的差異。臨床利用EDOSE 系統不僅可驗證患者的執行計劃與TPS 計劃之間的γ 通過率，還可反推患者體內的劑量分布，直觀地顯示靶區與危及器官TPS 計算劑量和驗證重建劑量的差異。本研究中3%/3 mm 與3%/2 mm 標準的γ 通過率均超過95%，符合臨床要求；計劃靶區的D98和D2偏差均較小，雖然D2EDOSE 測量值與TPS 計算值差異有統計學意義，但小于3%，此差異在臨床可接受范圍內[14]；危及器官中左、右股骨頭偏差較大，特別是V40，分別為-6.66（-15.27，9.30）%和-7.63（-19.80，0.00）%，且EDOSE 測量值與TPS 計算值差異有統計學意義，分析原因為，股骨頭的體積相對其他危及器官較小且40 Gy 所占的劑量體積較小，因此小的劑量偏差導致差異的百分比增大，這與Grothe 等[18]、李政歡等[19]的研究結果相似，說明小體積靶區或危及器官造成的劑量偏差會比大體積的更大[20-21]。另外，Leech 等[22]研究發現，由于探測板空間分辨力不夠高，導致基于測量計算的解剖結構的邊緣不夠準確，從而導致基于測量重建的劑量小于計劃系統計算劑量，與本研究結果一致。

總之，基于EPID 的EDOSE 在線劑量驗證系統不僅可提高宮頸癌患者VMAT 計劃的γ 通過率，還可分析靶區和危及器官的三維劑量體積差異，是傳統劑量驗證方式的有效補充和延伸，可為宮頸癌VMAT 準確性提供保障。