【作 者】羅廣文，張焜毅

中山大學(xué)腫瘤防治中心，華南腫瘤學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州，510060

1995年，Yu研究了采用加速器為基礎(chǔ)的旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)(Intensity modulated arc therapy，IMAT)技術(shù)的可行性[1]。2007年，Otto提出了更為簡(jiǎn)單、高效的單弧旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)方式，稱之為Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT[2]。目前容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)技術(shù)（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）已經(jīng)投入臨床使用。VMAT作為一種新的放射治療方式，在計(jì)劃執(zhí)行過程中，劑量率、機(jī)架速度、MLC葉片位置等參數(shù)動(dòng)態(tài)地改變。與固定野調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）相比，VMAT具有提高受照射正常組織分散度、減少加速器輸出劑量（MU）和節(jié)省治療時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)[3]。目前投入臨床使用的VMAT治療產(chǎn)品有Varian RapidArc（Varian Medical Systems, Palo Alto, CA）和Elekta VMAT（Elekta AB, Stockholm, Sweden）。

目前國內(nèi)外對(duì)VMAT的報(bào)道比較集中于計(jì)劃優(yōu)化、計(jì)劃驗(yàn)證等方面，而對(duì)VMAT加速器內(nèi)部參數(shù)的報(bào)道較少。本文為了研究執(zhí)行VMAT時(shí)Elekta加速器的劑量率、機(jī)架角度、MLC葉片等參數(shù)的動(dòng)態(tài)特性，在加速器維修模式下對(duì)Elekta加速器執(zhí)行VMAT計(jì)劃時(shí)特有的動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，通過分析采集數(shù)據(jù)探討Elekta加速器執(zhí)行VMAT時(shí)的工作特性。

1 材料和方法

本院Elekta VMAT計(jì)劃采用Monaco逆向調(diào)強(qiáng)治療計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算生成，計(jì)劃的執(zhí)行采用Elekta Synergy（Elekta, Stockholm, Sweden)加速器（80葉MLC）。Elekta Synergy加速器控制系統(tǒng)為RT-Desktop software v7.01 (Elekta, Stockholm, Sweden)，治療計(jì)劃通過IMPAC MOSAIQ (Sunnyvale, California, U.S.A) 傳送給加速器。

本研究隨機(jī)選取5例VMAT計(jì)劃，所有VMAT計(jì)劃均采用360度順時(shí)針（CW）旋轉(zhuǎn)，射線能量為6 MV，最高劑量率設(shè)置為560 Mu/min。在加速器臨床模式下，從MOSAIQ接收到VMAT計(jì)劃處方，利用“Copy to Service”功能分別將5個(gè)VMAT計(jì)劃復(fù)制到加速器維修模式。在維修模式下，機(jī)器各條件完全按照臨床治療條件照進(jìn)行照射，并對(duì)治療過程中劑量率，機(jī)架角度及MLC葉片運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。采集方法通過維修模式下Service Graphing功能實(shí)現(xiàn)，首先通過選擇Item-Part設(shè)置采集項(xiàng)目。本研究中需要采集的項(xiàng)目包括劑量率、機(jī)架角度及MLC葉片運(yùn)動(dòng)速度，所有采集頻率均設(shè)置為4 Hz。上述項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的Item-Part如下：Item 44 -Part 4, D/rate 1-ConfirmedValue；Item 70 -Part 4, Gantry-Con fi rmed Value；Item 2100 -Part 219，Leaf Y2 21-Dynamic Speed。

在VMAT計(jì)劃執(zhí)行前，先啟動(dòng)Service Graphing采集程序；在VMAT計(jì)劃照射結(jié)束后，停止采集程序，采集數(shù)據(jù)文件通過網(wǎng)絡(luò)方式輸出。采集獲得的數(shù)據(jù)由Of fi ce Excel讀取，數(shù)據(jù)包括了每個(gè)采集點(diǎn)的時(shí)刻和該時(shí)刻對(duì)應(yīng)項(xiàng)目的實(shí)時(shí)參數(shù)。5例VMAT計(jì)劃及執(zhí)行結(jié)果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 5例VMAT計(jì)劃執(zhí)行結(jié)果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of 5 VMAT plans

2 結(jié)果

2.1 劑量率特性

治療過程中加速器劑量率隨時(shí)間變化曲線如圖1所示，5個(gè)計(jì)劃的執(zhí)行中劑量率分布呈現(xiàn)出階梯狀分級(jí)分布，6個(gè)階梯劑量率分別為560 Mu/min、280 Mu/min、140 Mu/min、70 Mu/min、35 Mu/min和17 Mu/min。在VMAT治療過程中劑量率根據(jù)計(jì)劃要求在上述6個(gè)劑量率級(jí)別間跳變。

圖1 5例VMAT計(jì)劃執(zhí)行動(dòng)態(tài)劑量率Fig.1 Dynamic dose rate during delivery for 5 VMAT plans

對(duì)5例VMAT計(jì)劃的劑量率數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其平均劑量率與最大劑量率統(tǒng)計(jì)如表2。從平均劑量率來看，5例VMAT計(jì)劃的平均劑量率只有111.1 Mu/min，與加速器常規(guī)調(diào)強(qiáng)治療劑量率（560 Mu/min）相比要小得多。

2.2 加速器機(jī)架運(yùn)動(dòng)特性

表2 5例VMAT計(jì)劃劑量率統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Dose rate statistics of 5 VMAT plans deliveries

根據(jù)5例加速器VMAT計(jì)劃執(zhí)行記錄數(shù)據(jù)，加速器機(jī)架角度隨時(shí)間變化曲線如圖2所示。從圖2可以看出，VMAT執(zhí)行中機(jī)架運(yùn)動(dòng)速度并不是理想的勻速運(yùn)動(dòng)，不同計(jì)劃之間曲線并不重合，說明執(zhí)行不同計(jì)劃治療時(shí)平均機(jī)架運(yùn)動(dòng)速度存在差別。

圖2 5例VMAT計(jì)劃加速器機(jī)架角度隨時(shí)間變化圖Fig.2 Gantry angle during delivery for 5 VMAT plans

2.3 MLC運(yùn)動(dòng)速度特性

圖3 5例VMAT計(jì)劃的MLC Y2 21葉片運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間變化圖Fig 3 MLC Y2 leaf 21 speed during delivery for 5 VMAT plans

VMAT治療時(shí)，MLC葉片根據(jù)計(jì)劃要求做動(dòng)態(tài)移動(dòng)。5例VMAT計(jì)劃的MLC Y2 21葉片治療中的運(yùn)動(dòng)速度如圖3所示。從圖中可以看出，葉片運(yùn)動(dòng)速度朝正方向和負(fù)方向的分布基本對(duì)稱，葉片運(yùn)動(dòng)速度大部分集中在-100 mm~100 mm之間。

3 討論

Elekta加速器執(zhí)行VMAT時(shí)劑量率控制，采用了階梯式可變劑量率方式(Binned Variable Dose Rate,BVDR)，一共分為7個(gè)劑量率級(jí)別，從最大劑量率開始以1/2的比例遞減[4]。而本研究中劑量率級(jí)別為6個(gè)，由于加速器在低劑量率時(shí)不容易穩(wěn)定，因此可以在治療計(jì)劃系統(tǒng)中做相應(yīng)的設(shè)置，避免使用最低劑量率。研究表明，可變劑量率方式相對(duì)于固定劑量率方式可獲得更優(yōu)化的計(jì)劃質(zhì)量，同時(shí)可以減少射線Mu[5]。在下一代產(chǎn)品Elekta Integrity (Elekta,Stockholm, Sweden)中則會(huì)采用Continuously Variable Dose Rate (CVDR)的方式。研究報(bào)道指出，Integrity CVDR的方式可以減少35%治療時(shí)間的同時(shí)保持同樣的劑量準(zhǔn)確性[4]。

對(duì)于執(zhí)行VMAT時(shí)的機(jī)架運(yùn)動(dòng)，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明加速器機(jī)架并非勻速運(yùn)動(dòng)，不同的治療計(jì)劃完成轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間也不同。但是從測(cè)量的5例VMAT機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)，即機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間-角度關(guān)系來看，總體斜率比較接近。當(dāng)然機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)速度與劑量率、MLC運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的。MLC葉片依據(jù)計(jì)劃在不同機(jī)架角度形成不同的照射野形狀，因此從5例VMAT的其中一個(gè)MLC葉片的運(yùn)動(dòng)速度來看，其運(yùn)動(dòng)速度不具連續(xù)性，并且運(yùn)動(dòng)方向和速度均存在較大的變換。

Elekta VMAT可以采用360o旋轉(zhuǎn)的方式。在加速器旋轉(zhuǎn)照射過程中，根據(jù)治療計(jì)劃連續(xù)改變機(jī)架角度和速度、劑量率、MLC葉片位置、備份光闌和準(zhǔn)直器角度，機(jī)架轉(zhuǎn)速與劑量率由加速器控制軟件決定，MLC葉片用Sliding Windows方式，后備鉛門動(dòng)態(tài)跟蹤。因此，與固定照射野IMRT比較，VMAT治療時(shí)間更短，射線Mu也更少，具有更高的效率。但是VMAT治療對(duì)加速器的要求更高，需要有很好的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力。在VMAT治療中，當(dāng)劑量率、機(jī)架運(yùn)動(dòng)和MLC葉片未能達(dá)到計(jì)劃的要求時(shí)，控制系統(tǒng)均會(huì)發(fā)出“PRF”中斷指令[6]，因此在臨床使用時(shí)需要加強(qiáng)機(jī)器的質(zhì)量保證和維護(hù)。目前VMAT在放射治療臨床應(yīng)用上仍處于起步階段，還有諸多方面需要進(jìn)行深入的研究。

4 結(jié)論

本文對(duì)5例Elekta VMAT計(jì)劃進(jìn)行模擬治療，采集和分析了VMAT相關(guān)的加速器劑量率、機(jī)架角度、MLC葉片實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)結(jié)果說明了Elekta加速器在執(zhí)行VMAT計(jì)劃時(shí)，加速器劑量率做階梯式跳變，機(jī)架和MLC葉片根據(jù)計(jì)劃自動(dòng)動(dòng)態(tài)改變速度。從Elekta Synergy加速器的VMAT工作特性可以看出，VMAT對(duì)加速器的要求更高，需要做好日常機(jī)器參數(shù)的優(yōu)化和QA工作，才能保證臨床治療的準(zhǔn)確。

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