运用ArcCHECK实施旋转调强全骨髓照射超长靶区的计划验证

【作者】解传滨，徐寿平，徐 伟，丛小虎，葛瑞刚，巩汉顺，鞠忠建，戴相昆

解放军总医院放疗科，北京市，100853

运用ArcCHECK实施旋转调强全骨髓照射超长靶区的计划验证

【作者】解传滨，徐寿平，徐 伟，丛小虎，葛瑞刚，巩汉顺，鞠忠建，戴相昆

解放军总医院放疗科，北京市，100853

探讨利用ArcCHECK对VMAT（Volumetric Modulated Arc Therapy）和HT (Helical Tomotherapy)全骨髓照射（TMI）超长靶区计划的验证方法。选取8例全身扫描患者，分别设计TMI计划。采用ArcCHECK对两组计划头颈、胸腹及盆腔三部位行验证分析。VMAT组采用模体Merge功能通过平移治疗床实现， HT组采用双计划（参考/执行）法得以完成，三部位验证通过率分别为98.9%±1.9%/94.3%±1.5%、98.4%±1.8%/96.5%±1.2%、97.4%±2.1%/94.1%±1.9%。表明利用ArcCHECK的Merge功能能较好地完成VMAT超长靶区的验证，采用双计划法实现了对HT超长靶区及远离中心部分靶区的验证。

剂量验证；全骨髓照射（TMI）；容积旋转调强放射治疗（VMAT）; 螺旋断层放射治疗（HT）

调强放射治疗计划的设计和实施是一个复杂的过程，任何一个环节如CT定位、靶区和重要器官勾画、加速器物理参数以及患者体位设置等方面的任何微小误差，都可能导致最终剂量分布的较大偏离[1]。随着放疗技术的发展，对调强放射治疗特别是旋转调强治疗前的质量保证及剂量验证变得越来越重要，以确保复杂的剂量分布真正准确地传输到患者体内[2-3]。螺旋断层放疗( Helical Tomotherapy，HT)作为治疗肿瘤的一种全新治疗技术[4-5]，通过直线加速器的360°旋转与治疗床的同步运动实现对患者的螺旋断层照射。其剂量实施的复杂性和精准性要求使得质量保证( QA) 工作显得尤为重要。特别是在超长靶区计划诸如全中枢照射、全骨髓照射等患者剂量验证中，超出当前所用验证方法测量范围的靶区部分也逐渐引起了各放疗中心的重视。而近年来兴起的容积旋转调强（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）放疗技术在普通加速器上实现了旋转调强，并可通过完美的计划系统进行多中心的射野弧衔接以实现对超长靶区计划的设计与实施，由此也带来了常规方法无法全面验证超长靶区计划的问题。本研究设计和探讨应用ArcCHECK模体对HT和VMAT中以全骨髓照射（TMI）为代表的超长靶区计划的验证方法，为临床应用提供参考。

1 材料和方法

1.1 TMI治疗计划的生成

选取8例全身CT扫描的患者图像，完成TMI靶区及正常器官勾画后分别设计HT和VAMT[6]两组全身照射计划。考虑实施效率问题，HT计划铅门宽度选择5 cm，螺距（pitch)选用0.43，根据计划优化情况适当调整调制因子（Modulate Factor，MF）以保证机架旋转周期在17～19 s之间。

1.2 剂量验证

1.2.1 HT计划组剂量验证

HT组剂量验证采用头颈、胸腹、盆腔三部分分别予以实施，但在模体计划设计过程中由于红、绿激光灯距离不能超过15 cm，而治疗计划的中心位于胸腹部，所以头颈部及盆腔部验证计划红激光灯不能定位在模体中心，但验证软件在读取计算剂量及模体坐标时以红激光为基准进行提取。为了实现验证计划的正常实施及结果分析，设计过程中将同一验证计划在模体位置固定后、红色激光灯定位前进行备份处理，然后将红激光灯定位在模体中心进行剂量计算，以此作为导出计算剂量的参考计划；将备份计划恢复后保持模体位置不变而只将Y方向红激光灯移动到与绿激光灯重合位置，并读出其到模体中心的距离，计算完成后留存作为实施计划。验证实施前先将模体按照红激光灯摆位，然后按预读距离在Y方向移动治疗床到正确位置，以此为基准实施验证计划。通过这种办法可实现距离虚拟等中心（绿激光灯）超出最大距离（15 cm)靶区部分的验证，如图1所示。

图1 一例患者HT头部验证计划Fig.1 The dose verification plans of HT in head-neck

1.2.2 VMAT计划组的剂量验证

VMAT组同样分头颈、胸腹、盆腔三部分进行验证，每一部分包括三个照射弧，由于ArcCHECK模体的最大测量长度为21 cm，为尽可能多地采集到每部分中3个照射弧的剂量信息以及降低模体边缘散射对通过率的影响，研究采用了ArcCHECK的Merge功能将验证长度增加至36 cm，以实现对治疗计划的全面验证，如图2所示。

图2 ArcCHECK模体Merge功能摆位示意图Fig.2 The diagram ArcCHECK setup in merging function

为了实现分析软件对计算剂量进行正确的坐标定位，制定验证计划时需以中间弧中心作原点，并将其排序在前，如图3所示。验证实施过程中按相邻中心的距离移动治疗床，以实现3个衔接弧整体数据的采集。在每次中心调整过程中要适当调整模体高度及水平，以保证位置精准性。

图3 VMAT头部验证计划示意图Fig.3 The dose verification plan in head-neck region for VMAT

2 结果

通过SNC Patient验证分析软件采用3 mm/3%(Gamma分析法)对两组验证计划分别进行定量分析，如表1所示，各部位两组计划Gamma通过率( γ ≤1)均在94%以上，且在VMAT组表现出了更好的结果，这与采用了ArcCHECK模体的Merge功能以及每次中心摆位的位置校准有一定关系。

表1 两组计划各部位验证通过率统计Tab.1 The pass rate of patient verification for the two groups

在对各部位的计算剂量及测量剂量通量图对比分析中发现，两组计划均显示出较好的一致性。在VMAT组对射野衔接部分做了着重地分析比较，如图4所示，在距中心7 cm 附近的x方向Profile表现出了计算剂量与测量剂量高度一致性。

图4 一例患者HT与VMAT头颈部验证分析示意图Fig.4 Diagram of dosimetric verification for HT and VMAT in head-neck

3 讨论

本研究以全骨髓照射为例设计了应用ArcCHECK对HT和VMAT超长靶区计划的验证方法，并对验证结果做了比较分析。特别是在两组验证计划的设计上，由于全骨髓靶区的超长特性，研究中按照头颈、胸腹以及盆腔三个部分分别进行计划的剂量验证，以全面地分析评估整个计划的准确性和可行性，从而为临床的实际应用提供有效而可靠的参考。

目前，常规剂量验证的模体图像多是通过日常定位所用的kVCT进行采集，但是却存在因模体高密度组件引起图像伪影的缺点。ArcCHECK模体内二极管探测器的物理密度较大，在kVCT进行图像采集时会产生明显伪影，势必对剂量计算产生影响，因此研究选用了HT的MVCT进行模体图像采集，并对MVCT图像的CT -电子密度值做了刻度创建。

HT剂量验证计划设计时需考虑红绿激光灯距离限制的问题，为实现头颈部及盆腔部的验证，研究之初只采用了预读模体中心到激光灯距离用于实施摆位的办法，但在验证分析时却遇到测量剂量与计算剂量无法匹配的问题。经过分析发现，在提取计算剂量信息时SNC Patient软件是以摆位激光灯为基准予以读取的，这就要求导出计算剂量的验证计划红激光灯必须定位在模体中心。于是设计了一套将同一验证计划在模体位置固定后、红色激光灯定位前进行备份处理的办法，先将红激光灯定位在模体中心进行剂量计算并导出计算剂量(参考计划)，将备份计划恢复后保持模体位置不变而将Y方向红激光灯移动到与绿激光灯重合位置，并读出其到模体中心距离以用于计划实施过程中模体摆位(执行计划)，最终解决了验证分析中剂量配准问题。这种办法也可以应用到其它一些特殊病例的剂量验证，如全脑/全中枢放疗、多靶区计划中远离标记点的靶点部分等病例的剂量验证。VMAT验证计划设计之初笔者遇到了验证通过率一直偏低的情况，分析发现是因每个部位三个衔接照射弧的总长度(39～41 cm)远超过了模体实际探测长度(21 cm)。而计划系统的剂量计算是根据模体表面轮廓的界定范围予以实施的，所以超出模体长度的射野部分并没有参与到剂量计算中，而在实际实施过程中，这一部分对于探测模体的贡献是不可忽视的，因此导致了通过率偏低的情况。研究中利用ArcCHECK模体的Merge功能，将可测量的范围增加到36 cm，并且用于剂量计算的虚拟模体图像长度可达到50 cm，已能够较好地完成三个照射弧的全局计算，最终实现并获得了理想的验证通过率结果。

在VMAT组治疗计划设计中，为避免射野衔接部分剂量冷热点的出现，要求射野重叠部分至少保持在2 cm以上[6]。验证中也对这一部分做了着重地分析和比较，结果表明RapidArc计划能够完美地实现多中心射野衔接计算。而对于以往研究中笔者采用EDR2胶片对HT计划剂量验证中所发现的“螺纹”效应[7]，本研究中没有得到明显地体现，虽然采用较大的射野宽度(5 cm)和螺距值(0.43)。这是因为模体探测器矩阵分辨率较低(1 cm)，不足以显示类似胶片所能呈现的剂量信息。

对两组计划的Gamma通过率进行比较后发现，HT组总体要比VMAT组偏低，尤其在头颈部及盆腔部。这是由于HT治疗摆位是在虚拟等中心上进行，而在治疗床的前行过程中却有着约2 mm自身重力的沉降[8]，虽然在计划实施前予以MVCT图像配准，但这种影响依然无法消除。Low DA等[9]研究显示1mm的床位误差可以使剂量均匀度在不同旋转层面的相邻处产生大于20%的误差，而在头颈部及盆腔部的验证实施时先将模体按照激光灯摆位，再按计划预读距离(30～45 cm)通过平移治疗床将模体送达验证实施的初始位置，这个过程势必存在着由于治疗床到位精度所致的偏差存在。而VMAT组在验证实施过程中需要对每次中心摆位进行模体位置的校对和调整，这个步骤最大限度地降低了由于摆位误差对剂量通过率产生的影响。

4 结论

运用ArcCHECK的Merge功能能够较好的完成VMAT超长靶区的剂量验证，采用双计划法（参考/执行）可实现对HT超长靶区以及远离摆位中心部分靶区的剂量验证，并得到了较高的验证通过率。通过本研究中技术方法的探讨，笔者较为有效而可靠地建立了超长靶区旋转调强的验证规程，从而为其他单位临床应用提供了必要的依据与参考。

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Patient-Specific Dose Verification Method Using ArcCHECK for Total Marrow Irradiation with Intensity Modulated Arc Therapy

【Writers】XIE Chuanbin, XU Shouping, XU Wei, CONG Xiaohu, GE Ruigang, GONG Hanshun, JU Zhongjian, DAI Xiangkun

Department of Radiotherapy, PLA General Hospital, Beijing, 100853

To investigate the patient-specific dose verification method using ArcCHECK for total marrow irradiation (TMI) with Volumetric Modulated Arc Therapy(VMAT) and Helical Tomotherapy(HT) . The kVCT images collected from 8 patients were respectively designed for RapidArc and Tomotherapy plans in total marrow irradiation. ArcCHECK was used for dose verification for the head-neck, chest-abdomen and pelvic. The merging function of ArcCHECK was used in VMAT and the method of double plans(reference and delivery plans) were used in HT. The γ-analysis passing rates for the head-neck, chest-abdomen, pelvic were 98.9%±1.9%, 98.4%±1.8%, 97.4%±2.1% for VMAT plans and 94.3%±1.5%, 96.5±1.2%, 94.1%±1.9% for HT plans. The results show that using the merging function of ArcCHECK can achieve the dose verification well for VMAT plans with TMI, The method of double plans was done for the dose verification of HT plans with TMI as well as the plans with the targets keeping away from the set-up center.

dose verification, total morrow irradiation (TMI), volumetric modulated arc therapy (VMAT), helical tomotherapy (HT)

R815

A

1671-7104(2015)01-0068-04

10.3969/j.issn.1671-7104.2015.01.019

2014-08-29

解放军总医院科技创新苗圃基金项目（13KMM09）

解传滨，E-mail: xiechuanbin2003@163.com