基于預測劑量工具的乳腺癌放療計劃質量控制

陳開強

福建醫(yī)科大學腫瘤臨床醫(yī)學院·福建省腫瘤醫(yī)院 (福建福州 350014)

乳腺癌是女性中最常見的惡性腫瘤，全球每年約有120萬女性患病。手術、放療、化療、靶向治療等多學科的綜合治療策略大大改善了乳腺癌患者的預后。放療是乳腺癌重要治療手段之一[1-2]，術后輔助放療可顯著降低局部復發(fā)并改善患者生存質量。乳腺癌術后臨床靶區(qū)一般包含胸壁及鎖骨上區(qū)，形狀不一，緊鄰皮膚，且周邊危及器官較多，比如心臟、肺等。容積旋轉調強(volumetric modulated arc therapy，VMAT)技術不但能給靶區(qū)提供極佳的劑量分布，還能保護鄰近的危及器官，已逐步成為當今主流的放療技術[3-4]；但是，該技術相對復雜，其劑量率、多葉光柵(multi-leave collimators，MLC)葉片、準直器角度及機架旋轉速度等在治療過程中連續(xù)動態(tài)變化，實施治療時存在諸多不確定性因素。所以，為保證實施治療過程中劑量能夠精確傳遞到患者病灶部位，VMAT的質量保證顯得尤為重要。

現今，COMPASS(德國IBA公司)、ArcCHECK(美國SunNuclear公司)、Delta4(瑞典ScandiDos)等商用劑量驗證工具已被大量用于放療計劃的劑量驗證中[5-10]。但美國瓦里安TrueBeam等機型自身機載有1套用于驗證放療計劃劑量的預測劑量工具(portal dosimetry，PD)系統(tǒng)，它基于非晶硅電子射野影像裝置(amorphous silicon electronic portal imagingdevice，a-Si EPID)，具有良好的圖像質量、劑量響應及抗輻射性等特點，并且操作簡單、使用方便[11-14]。本研究旨在使用PD和ArcCheck系統(tǒng)對乳腺癌VMAT放療計劃進行劑量驗證，比較這兩種劑量驗證方法的結果差異，為瓦里安治療計劃系統(tǒng)(treatment planning system，TPS)的劑量驗證方式選擇提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 一般材料

使用美國瓦里安TrueBeam加速器及Eclispe 15.6 TPS，該加速器經過了嚴格臨床驗收測試；60對MLC(類型Millennium)，中間40對葉片，厚度5 mm，兩邊各10對葉片，厚度10 mm，最大照射野為40 cm×40 cm；PD劑量驗證分析系統(tǒng)，機載于TrueBeam等機型上，由射野劑量圖像預測算法(portal dose image prediction，PDIP)計算軟件、電子射野影像系統(tǒng)(electronic portal image dosimetry，EPID)板、PD分析軟件構成；ArcCHECK系統(tǒng)由驗證軟件和圓柱體模體組成，該模體上有1 386個半導體探測器，每個探測器間距為1 cm，物理深度為2.9 cm，有效測量面積為21 cm×21 cm，軟件版本為6.7.0。

1.2 臨床病例選擇

選取2021年10月至2022年5月于福建省腫瘤醫(yī)院接受放療的27例乳腺癌患者，均為女性；年齡35～55歲，平均45.5歲；左乳癌10例，右乳癌17例。

1.3 計劃設計

使用瓦里安Eclipse 15.6 TPS制作VMAT放療計劃。根據靶區(qū)分布情況，采用1個中心，4個照射野。所有患者胸壁和鎖骨上靶區(qū)處方劑量均為45 Gy/25次，每周5次，每次180 cGy。

1.4 驗證及分析方法

1.4.1PD系統(tǒng)驗證

在瓦里安Eclipse 15.6 TPS中，27例乳腺癌VMAT放療計劃各創(chuàng)建1個PD驗證計劃，不必導入驗證模體，最終計算采用PDIP。計劃批準和預約驗證后，在直線加速器下調用并執(zhí)行這些驗證計劃。執(zhí)行結束后，在TPS PD軟件模塊中，可以看到各個野的計劃圖像和測量圖像，使用Gamma分析工具按3 mm(距離符合度)、3%(劑量差異)、10%(劑量閾值)標準分析劑量驗證結果，最終得到相對和絕對Gamma通過率，詳見圖1。

圖1 PD驗證分析

1.4.2ArcCHECK系統(tǒng)驗證

驗證前，首先打開要驗證的VMAT放療患者，創(chuàng)建1個驗證計劃，導入ArcCHECK模體影像(事先在CT模擬機上掃描獲得)，接著完成劑量計算。驗證時，按定位標記點進行模體擺位后執(zhí)行計劃，最后按3%/3mm標準對測量結果進行分析，詳見圖2。

圖2 ArcCHECK驗證分析

1.5 統(tǒng)計學分析

采用 SPSS 20.0軟件針對兩種不同劑量驗證方法的驗證結果比較行配對t檢驗，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

27例乳腺癌，根據Gamma分析工具按3%/3mm標準分析，PD 驗證計劃54個劑量驗證結果，相對和絕對劑量各27個，其通過率均為(100.0±0.0)%；ArcCHECK系統(tǒng)驗證計劃54個劑量驗證結果，相對和絕對劑量各27個，其通過率分別為(95.6±1.7)%、(92.7±1.5)%。前者的通過率高于后者，差異有統(tǒng)計學意義(t相對=-13.3，t絕對=-24.95，P值均<0.05)，詳見圖3。

注：PD為預測劑量工具

3 討論

放療計劃質量控制的關鍵是確認TPS計算精度和機器劑量傳輸精度，當中測量驗證工具的選取也是質量控制工作的重點。柏朋剛等[5]通過在鼻咽癌VMAT劑量驗證中應用TPS計算和COMPASS實際測量，結果顯示通過率均>95%，表明COMPASS驗證系統(tǒng)是VMAT劑量驗證的一個比較理想的工具，它可以較快速、直觀地分析出靶區(qū)理論和實際照射情況下的差異。王振立等[6]對32例不同部位食管癌患者分別制作Helical旋轉照射和Direct固定野照射驗證計劃并通過ArcCHECK測量分析對比驗證結果，其結果顯示，3%/3 mm的標準，兩種照射方式通過率均>95%，證明ArcCHECK驗證系統(tǒng)具有較好的適用性。此外，Adam等[15]結果顯示ArcCHECK檢測器可進行近距離TPS軟件質量控制工作。

目前，本單位新進一臺瓦里安TrueBeam加速器，為放療計劃驗證方式提供數據支持，我們比較了傳統(tǒng)驗證方式和機器自帶的PD系統(tǒng)的優(yōu)劣性，結果顯示，27例乳腺癌VMAT放療計劃劑量驗證中，PD和ArcCHECK驗證結果均能滿足臨床需要，但PD系統(tǒng)的相對和絕對劑量通過率均為(100.0±0.0)%，ArcCHECK系統(tǒng)的相對和絕對劑量通過率分別為(95.6±1.7)%、(92.7±1.5)%，前者的通過率高于后者，差異有統(tǒng)計學意義(t相對=-13.3，t絕對=-24.95，P值均<0.05)，與王杰等[16]的結果吻合。可見，這些PD驗證計劃的射野三維劑量驗證結果總體上較好，這些乳腺癌放療計劃參數的網絡傳輸和治療實施比較準確。當然，ArcCHECK的通過率偏低可能是由于探測器矩陣某些區(qū)域探頭出現亮紅顯示，影響了驗證結果，盡管我們做了修正處理。

瓦里安的PD系統(tǒng)，包含a-Si EPID和PD分析軟件，常用于放療計劃的劑量驗證，與使用三維探測器矩陣ArcCHECK等劑量驗證產品相比，使用該系統(tǒng)減少了數據輸入輸出的步驟，也不必關聯線路和擺放沉重的模體及探測器矩陣，這樣看來，使用PD系統(tǒng)在驗證工作中優(yōu)勢明顯[17-19]。另外，PD系統(tǒng)在放療中位置驗證方面也有廣泛運用[20-21]。針對探測器精度，ArcCHECK探測器分辨率低(每個探測器間距為0.76 cm)，自然采樣區(qū)域較少，而PD分辨率較高(每個探測器間距為0.039 cm)，測量所得數據更精準。在實際驗證工作中，PD系統(tǒng)也有不足之處，例如，PD只是利用直線加速器EPID獲得的影像信息，并預測算法重建二維劑量，驗證過程中沒有患者或者模體；此外，EPID隨機架轉動過程中有可能存在偏移現象，而影響了劑量的準確投遞，這就要求我們在今后的工作中提高對機器質量保證的檢查頻度。

綜上所述，兩種劑量驗證方式均可用于瓦里安TrueBeam加速器的計劃驗證中，但PD劑量驗證方式的工作效率、劑量驗證精度均優(yōu)于ArcCHECK。因此，臨床工作中推薦使用PD進行瓦里安TrueBeam加速器的劑量驗證。