時飛躍 ，柏正璐 ，唐小羽，趙環(huán)宇

1. 南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院（南京市第一醫(yī)院） a. 腫瘤放療中心；b. 醫(yī)療設(shè)備處，江蘇 南京 210006；2. SunNuclear公司，佛羅里達(dá) 墨爾本 32940

引言

食管癌是我國高發(fā)的惡性腫瘤之一，其發(fā)病率和死亡率均居我國惡性腫瘤第4位，放射治療已成為除手術(shù)之外的標(biāo)準(zhǔn)治療手段，調(diào)強(qiáng)放療（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）技術(shù)在食管癌放療中的應(yīng)用越來越廣泛，它比傳統(tǒng)的適形放療技術(shù)靶區(qū)適形度好，對重要組織器官的保護(hù)更好[1]。調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)的復(fù)雜性使得劑量驗(yàn)證工作越來越重要，傳統(tǒng)的手工計算核對和單點(diǎn)劑量的驗(yàn)證已經(jīng)不再適用[2-3]。ArcCHECK作為一種圓柱形半導(dǎo)體探測器陣列，與空氣電離室陣列相比，具有更高的靈敏度[4]。與二維平面劑量測量工具（MatriXX，MapCHECK等）相比，ArcCHECK的圓柱形更接近患者的解剖結(jié)構(gòu)。國內(nèi)外許多單位使用ArcCHECK劑量驗(yàn)證工具，開展了對IMRT和容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）計劃的劑量驗(yàn)證工作[4-8]。在將患者的治療計劃移植到ArcCHECK模體圖像中重新進(jìn)行劑量計算時，廠家提供的模體圖像上默認(rèn)無治療床，而在實(shí)際實(shí)施驗(yàn)證計劃時，ArcCHECK模體被放置在治療床上，有些角度的射野或射弧發(fā)出的射線需要穿過治療床才能到達(dá)ArcCHECK模體[6]。瓦里安Eclipse 8.6治療計劃系統(tǒng)（Treatment Planning System，TPS）在設(shè)計放射治療計劃時提供薄、中、厚3種IGRT虛擬治療床的選擇，期望修正治療床對吸收劑量的影響[9]。本工作通過比較ArcCHECK模體圖像中有無瓦里安IGRT治療床模型的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究了圖像引導(dǎo)放射治療（Image Guide Radiation Therapy，IGRT）治療床模型對食管癌固定野調(diào)強(qiáng)計劃ArcCHECK劑量驗(yàn)證的影響。

1 材料與方法

1.1 儀器設(shè)備

瓦里安Clinac iX醫(yī)用電子直線加速器，配備了碳纖維材質(zhì)的Varian Exact IGRT治療床，采用6 MV高能X線進(jìn)行本研究。Varian Eclipse 8.6 TPS，用于放療計劃和ArcCHECK驗(yàn)證計劃設(shè)計。驗(yàn)證工具為SunNuclear公司的ArcCHECK，相應(yīng)的分析軟件為SNC Patient。ArcCHECK驗(yàn)證模體呈圓柱形，表面分布1386個高精度半導(dǎo)體探頭，相鄰探頭間距為l cm；分析軟件可顯示測量的絕對劑量及相對劑量分布，并與計劃系統(tǒng)計算的劑量分布進(jìn)行對比[10]。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

選取14例食管癌患者設(shè)計固定野調(diào)強(qiáng)治療計劃，腫瘤靶區(qū)均位于胸中下段?；颊咧?，男性12例，女性2例，年齡50～78歲，中位年齡66歲。治療計劃均采用如下5野機(jī)架角度分布 ：210°、300°、0°、60°和 150°。單次處方劑量為1.8 Gy或2.0 Gy。對每例治療計劃分別制作兩個ArcCHECK劑量驗(yàn)證計劃，一個驗(yàn)證計劃的模體圖像中沒有治療床模型（驗(yàn)證計劃A），一個驗(yàn)證計劃的模體圖像中添加了IGRT治療床模型（驗(yàn)證計劃B，圖1）。根據(jù)實(shí)驗(yàn)中ArcCHECK模體在治療床上的擺放位置（LNG=100 cm），在TPS中治療床模型采用“Exact IGRT Couch Top,thin”[9]。根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，治療床模型內(nèi)部（Panel Interior）CT值設(shè)置為-960 HU，床體表面（Panel Surface）CT值設(shè)置為-700 HU[11]。待驗(yàn)證計劃劑量計算完成后，分別從驗(yàn)證計劃A和B中，導(dǎo)出TPS計算的劑量分布文件，并導(dǎo)入SNC Patient分析軟件中。

圖1 食管癌驗(yàn)證計劃ArcCHECK模體圖像中的IGRT治療床模型

使用瓦里安Clinac iX加速器執(zhí)行驗(yàn)證計劃A。由于都是劑量驗(yàn)證計劃，驗(yàn)證計劃A和驗(yàn)證計劃B的每個射野的跳數(shù)和MLC走位情況完全一致，因此只執(zhí)行驗(yàn)證計劃A就可以了。使用ArcCHECK得到驗(yàn)證計劃的測量劑量分布，然后使用SNC Patient軟件分析測量劑量分布，將驗(yàn)證計劃A組和B組的TPS計算劑量分布分別與測量計算分布進(jìn)行比較（圖2）。使用Gamma分析工具，分析參數(shù)采用3 mm/3%和2 mm/2%兩種情況，劑量閾值均為10%，對Gamma通過率數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，對兩組驗(yàn)證計劃ArcCHECK劑量驗(yàn)證的Gamma通過率值進(jìn)行比較。

圖2 SNC Patient分析軟件中食管癌驗(yàn)證計劃測量劑量分布與計算劑量分布的比較

2 結(jié)果

14例食管癌驗(yàn)證計劃，對每個計劃5個射野總跳數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，其最大值、最小值、平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為：1041、453、674和143；對每個計劃機(jī)架角度為150°和210°的兩個射野的跳數(shù)和進(jìn)行統(tǒng)計分析，其最大值、最小值、平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為：435、169、262和65；對機(jī)架角度為150°和210°的兩個射野的跳數(shù)和占五個射野總跳數(shù)的百分比例進(jìn)行統(tǒng)計分析，其最大值、最小值、平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為：44.09%、32.26%、38.83%和3.54%。

兩種Gamma分析參數(shù)的情況下，A和B兩組食管癌驗(yàn)證計劃的Gamma通過率值，見圖3。對Gamma通過率值進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果見表1。

圖3 兩種分析參數(shù)情形下驗(yàn)證計劃A和B的Gamma通過率值

表1 兩種分析參數(shù)下兩組食管癌驗(yàn)證計劃Gamma通過率值的統(tǒng)計（%）

當(dāng)分析參數(shù)為3 mm/3%時，對A和B兩組驗(yàn)證計劃的Gamma通過率進(jìn)行配對t檢驗(yàn)，兩組數(shù)據(jù)有統(tǒng)計學(xué)差異（P=3.93×10-3＜0.05）；當(dāng)分析參數(shù)為2 mm/2%時，對A和B兩組驗(yàn)證計劃的Gamma通過率進(jìn)行配對t檢驗(yàn)，兩組數(shù)據(jù)有統(tǒng)計學(xué)差異（P=2.39×10-5＜0.05）。

為了進(jìn)一步研究驗(yàn)證計劃Gamma通過率的差異具體來自哪些射野，通過對測量劑量分布進(jìn)行拆分和制作單個射野的ArcCHECK劑量驗(yàn)證計劃，對五個機(jī)架角度射野的Gamma通過率單獨(dú)進(jìn)行統(tǒng)計，獲取每個機(jī)架角度射野Gamma通過率的差異（該射野驗(yàn)證計劃B的Gamma通過率減去相應(yīng)驗(yàn)證計劃A的Gamma通過率）。其中2 mm/2%評價標(biāo)準(zhǔn)的計算結(jié)果示于圖4，G210、G300、G0、G60和G150 分別代表 210°、300°、0°、60°和 150°機(jī)架角度射野的情形。3 mm/3%評價標(biāo)準(zhǔn)的計算結(jié)果與2 mm/2%評價標(biāo)準(zhǔn)的計算結(jié)果類似。

圖4 每個射野Gamma通過率的差異（驗(yàn)證計劃A和B，2 mm/2%）

3 討論

由結(jié)果可知，分析參數(shù)為3 mm/3%和2 mm/2%時，驗(yàn)證計劃A組和B組的Gamma通過率均有統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.05）。在實(shí)際執(zhí)行驗(yàn)證計劃時，食管癌驗(yàn)證計劃的5野分布中機(jī)架角度150°和210°兩個后斜野發(fā)出的高能X射線，需穿過碳纖維治療床到達(dá)ArcCHECK模體。在驗(yàn)證計劃B中，這兩個角度的射野發(fā)出的射線穿過治療床模型到達(dá)模體，從而導(dǎo)致驗(yàn)證計劃A組和B組的計算劑量分布產(chǎn)生差異，最后導(dǎo)致兩組計劃的Gamma通過率存在差異。圖3和表1的結(jié)果中，Gamma通過率表示的是5個照射野的總體通過率。圖4反映了每個射野Gamma通過率的差異。由圖4可見，300°、0°和60°三個機(jī)架角度射野的Gamma通過率差異很??；150°和210°兩個機(jī)架角度射野的Gamma通過率差異較大。

在理想情況下，驗(yàn)證計劃B組在計算劑量時考慮了IGRT治療床的影響，其計算劑量分布應(yīng)更接近實(shí)際測量劑量分布，因此與驗(yàn)證計劃A組相比，其對應(yīng)的Gamma通過率應(yīng)該更高。但是本研究結(jié)果顯示，驗(yàn)證計劃B組的Gamma通過率普遍略低于A組的Gamma通過率。原因在于，對于具體某個加速器的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置條件（例如絕對劑量，導(dǎo)入TPS的原始測量數(shù)據(jù)等）下，驗(yàn)證計劃的Gamma通過率并不一定最佳，這也是進(jìn)行放療計劃劑量驗(yàn)證的目的[12]。在本研究中，驗(yàn)證計劃B的Gamma通過率結(jié)果，是加速器絕對劑量、原始測量數(shù)據(jù)、MLC執(zhí)行走位等的綜合影響的結(jié)果。因此在TPS中是否考慮治療床這一影響因素，對驗(yàn)證計劃Gamma通過率結(jié)果的影響，有可能使Gamma通過率值變大，也有可能使Gamma通過率值變小。

ArcCHECK作為一種劑量驗(yàn)證設(shè)備，已廣泛應(yīng)用于臨床中。吳愛林等[5]研究了ArcCHECK探測器在調(diào)強(qiáng)放射治療劑量驗(yàn)證中的應(yīng)用，姜仁偉等[6]利用ArcCHECK研究了在實(shí)際機(jī)架角與零機(jī)架角的IMRT劑量驗(yàn)證結(jié)果比較。但大多數(shù)的研究并未考慮治療床模型對劑量驗(yàn)證結(jié)果中的影響，SunNuclear廠家提供的ArcCHECK模體圖像中也不包括治療床模型。而實(shí)際在實(shí)施驗(yàn)證計劃時，ArcCHECK模體是擺放在治療床上的，有些射野或部分射弧發(fā)出的射線需要穿過治療床才能被探測到[13-17]。葉逢松等[13]的研究，證實(shí)了在設(shè)計IMRT計劃時，有必要加入治療床。瓦里安Eclipse治療計劃系統(tǒng)有添加治療床模型的功能，有多種Exact和IGRT類型的虛擬治療床模型可供選擇。本研究結(jié)果顯示，在使用ArcCHECK進(jìn)行食管癌調(diào)強(qiáng)計劃的劑量驗(yàn)證時，驗(yàn)證計劃A組和B組的Gamma通過率具有統(tǒng)計學(xué)差異，因此在使用TPS計算ArcCHECK模體的劑量分布時，應(yīng)該考慮治療床的影響，使用添加治療床模型的模體圖像進(jìn)行計算，以期得到準(zhǔn)確的劑量驗(yàn)證結(jié)果。ArcCHECK是一種專門為旋轉(zhuǎn)照射劑量驗(yàn)證而設(shè)計的圓柱體半導(dǎo)體探測器矩陣，不僅適用于固定野調(diào)強(qiáng)計劃的劑量驗(yàn)證，更適用于容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)（VMAT）計劃的劑量驗(yàn)證[11]。當(dāng)對VMAT計劃進(jìn)行劑量驗(yàn)證時，VMAT的360°角度照射弧有一半角度需要穿過床板到達(dá)ArcCHECK，治療床模型對VMAT計劃的ArcCHECK劑量驗(yàn)證結(jié)果的的影響，有待于下一步的深入研究。

4 結(jié)論

由本研究的數(shù)據(jù)分析可見，在Eclipse治療計劃系統(tǒng)中是否添加瓦里安IGRT治療床模型，會對食管癌固定野調(diào)強(qiáng)計劃的ArcCHECK劑量驗(yàn)證結(jié)果產(chǎn)生影響。使用ArcCHECK對食管癌固定野調(diào)強(qiáng)計劃進(jìn)行劑量驗(yàn)證，為了獲得精確的劑量驗(yàn)證結(jié)果，應(yīng)考慮在制作劑量驗(yàn)證計劃時添加IGRT治療床模型。