ArcCHECK用于全脑全脊髓容积旋转调强验证的研究

姚升宇，陈旭明，赵国旗，许奕，陈廷锋，王子杰，胡喆恺，刘勇

上海第一人民医院 肿瘤放疗科，上海 201620

引言

成人全脑全脊髓放疗由于治疗范围较长，需要多个中心的射野衔接[1-2]。常规俯卧位三维适形计划由于射野衔接困难，很容易造成剂量冷热点。而容积旋转调强（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）多中心全脑全脊髓放疗技术既可以解决剂量冷热点的问题，使衔接处剂量均匀，又比调强[3]和螺旋断层技术[4]治疗时间更短、更高效，能提高患者的舒适度[5-7]，所以许多单位正在开展这项技术。

但是由于全脑全脊髓治疗范围较长，目前没有三维剂量验证设备可以验证这么长的靶区，IBA的COMPASS测量范围为24 cm×24 cm[8-9]，PTW的OCTAVIUS 4D测量范围为27 cm×27 cm[10-11]，而全脑全脊髓的一个射野长度往往就会超过30 cm，所以这些测量设备无法验证整个计划，并且以上设备只能验证一个中心的计划而不能验证不同中心的射野叠加的计划，所以对射野衔接处的剂量无法验证。而Sunnuclear公司的ArcCHECK旋转调强三维剂量验证设备具有Merge功能，可以通过测量设备的位置变换及剂量融合算法将验证范围扩大至36 cm，使得射野重叠处的剂量也能得到验证[12]。所以本研究将ArcCHECK用于成人全脑全脊髓计划的验证，重点观察计划射野重叠区的验证结果，为计划能安全实施到病人身上提供保障。

1 材料与方法

ArcCHECK是Sun Nuclear公司针对VMAT验证专门推出的一款圆筒状的半导体剂量验证工具[13-14]，通过测量旋转治疗时射野照射在ArcCHECK上的剂量与计划剂量相比来分析实际照射与计划剂量之间的差距，并且可以通过测得的剂量经过3DVH软件逆向计算获得病人体内的剂量分布，从而获得剂量体积直方图（Dose Volume Histogram，DVH），来分析各个器官与靶区的实际受照剂量，为临床提供参考[15-16]。1386个SunPoint半导体探头呈螺旋状分布于圆筒内2.9 cm深度处，形成一个直径21 cm、长度21 cm的测量范围。但是由于全身放疗的靶区较长，ArcCHECK模体的单次最长测量距离20 cm，无法测量多中心的剂量叠加，所以实际测量时需在一个中心的剂量测量完毕后，将ArcCHECK按规定旋转180°，继续测量另一个中心的计划，然后用ArcCHECK的Merge功能将两次计划进行合并，得到不同中心计划的叠加剂量，通过这种方法可将验证范围延长至36 cm，从而来验证长靶区及计划叠加的通过率。具体操作，见图1。

图1 ArcCHECK测量长靶区操作图

验证前先对ArcCHECK陈列做校准，获得各个探测器的响应系数，并对阵列进行绝对剂量校准，将半导体测得的相对剂量转化为绝对剂量。

成人VMAT全脑全脊髓放疗计划采用俯卧位，分3个中心，头部和颈部共用一个中心，胸部、腹盆各一个中心，每个中心射野长轴方向长度小于32 cm，单个方向长度小于16 cm。本研究的治疗机器为Varian IX,计划系统为Eclipse 10.0，采用VMAT技术，每个部位两个弧，头部射野从130º～230º交替旋转，其他部位照射弧旋转角度一致，从310º～50º交替旋转。相邻照射部位射野之间重叠2 cm，使得优化时就考虑剂量重叠，避免冷热点出现。由于头部和颈部共用一个中心，所以射野交叠在中心处，其他部位之间射野则交叠在边缘处。6个病人的靶区长度分别为85.6、82.3、78.3、83.3、77.4、81.4 cm。

验证前将6例VMAT全脑全脊髓的患者计划移植到ArcCHECK虚拟模体中进行计算，同样将整个计划分三个中心分别验证，因为验证范围可达36 cm，所以每次验证都能对每个中心的射野及相邻射野间重叠区域进行验证。验证结果采用γ分析[17]，采用绝对剂量（AD，DTA）模式，以3 mm/3%为标准，将10%剂量以下不作为统计区域。统计各个中心计划的γ验证通过率，比较测量结果与计划结果的剂量分布，并对射野重叠区域验证结果进行重点观察。由于目前无法将三个部位的验证结果合并为一个计划，所以DVH的功能在此计划中无法应用。同时我们对实际绝对剂量也做了验证，用PTW 31010，有效灵敏体积为0.125 cm3，将电离室插入ArcCHECK模体中心，对计划剂量与实际测量剂量进行比较。

2 结果

对6个VMAT全脑全脊髓放疗的计划验证发现，三个中心的计划验证通过率都在96.4%以上，说明测量结果和计划结果有着较好的一致性。6个计划三个中心验证的通过率分别为头颈99.1%±0.8%、胸97.5%±1.1%、腹盆98.8%±0.6%。

对测量结果与计划结果的剂量分布也进行了分析，头颈中心的计划验证剂量比较图，见图2；胸部中心计划的剂量比较图，见图3；腹盆中心计划的剂量比较图，见图4。

图2 头颈射野计划验证比较图

从各个图中可以看出，各个部位的测量结果剂量分布与计划结果剂量分布有着良好的一致性，验证不通过的点（蓝点和红点，蓝点是测量结果低于计划结果且不通过，红点是测量结果大于计划结果且不通过）很少。在射野叠加区域内（图中红框区域为射野叠加区），计划结果和验证结果比较差异不大，很少有不通过的测量点，说明计划系统在处理射野叠加时有着很高的计算精度，计算结果是可信的。通过ArcCHECK对全脑全脊髓整个射野的验证结果表明，计划结果有着很高的验证通过率，计算结果十分精确，为计划能安全地实施到病人身上提供了可靠的依据。

绝对剂量测量结果统计，见表1。误差统计公式为error=(测量值-计划值)/测量值100%。

我们分别对6个病人三个不同部位都做了验证，计算计划剂量和实测剂量之间的差异从-1.7%到1.5%，都在误差允许范围内。

表1 绝对剂量测量值与计划值比较表（%）

3 讨论

计划验证是保证患者能够精确安全地接受治疗方案的重要保障，随着放疗新技术的发展，放疗计划质量日益提高，但是技术变得愈加复杂，所以在治疗计划实施到病人身上之前，必须对放疗计划进行验证。IMRT、VMAT或TOMO技术用于治疗全脑全脊髓之后，剂量分布有了很大的改善，副反应也降低了很多[18]。但是，这些技术比三维适形计划要复杂得多，因此，在对患者进行治疗之前，计划需要验证。成人全脑全脊髓计划的剂量验证一直是验证难题，因为靶区长度远远超过了验证设备的测量范围，而且对不同射野间剂量叠加区域无法验证。VMAT全脑全脊柱方案的完整治疗长度可以超过70 cm，目前没有一个验证设备可以达到这个验证长度。所以我们需要一个可以扩展验证长度的验证装置来验证全脑全脊髓长靶区计划。

图3 胸部射野计划验证比较图

图4 腹盆射野计划验证比较图

本文运用ArcCHECK对验证范围进行了延长，使得能够同时验证整个靶区的剂量以及射野交叠处的剂量分布。ArcCHECK的Merge功能采用位置变换和剂量叠加使得验证范围延长至36 cm，这样就使得单次验证就能包括一个中心的全部射野及相邻射野叠加区域，并且通过分部位验证使得整个计划范围都能得到验证，这样就解决了长靶区的验证难题。通过我们对6个成人全脑全脊髓计划的验证发现，各个部位的计划都有着较高的验证通过率，并且在射野重叠区域验证结果和计划结果也有着很好的一致性，说明计划在相邻射野衔接的计算结果十分精确，绝对剂量验证结果也表明实测剂量与计划剂量有着很好的一致性，这就确保了计划在病人身上实施的安全性。

有研究表明，Delta4的最大测量长度可以扩展到38 cm，也可以用来验证长靶区[19-21]。然而，Delta4所有的探测器都是两排正交的半导体探测器，不能直接测量绝对剂量，需要经过系数转换，而且半导体对射线的方向比较敏感，不同射线方向半导体的响应程度不同，需要对各个角度都进行修正，当射线方向与探测器平面平行时，该平面的探测器探测信号就会受影响，只有另外一排的探测器发挥作用。而且Delta4没有电离室插槽，不能运用电离室测量绝对剂量。ArcCHECK的半导体是螺旋分布的，使得任何角度都能接受剂量，不会有信号的丢失，且绝对剂量也可以通过在ArcCHECK中插入一个电离室来测量，可以同时测量剂量分布和绝对剂量。此外，ArcCHECK模体比Delta4轻得多，因此更容易设置。

虽然我们现在可以通过ArcCHECK验证长靶区的计划，但是是通过分为三个部位分别验证然后合并，最长范围也只有36 cm，验证过程还是比较复杂。我们将通过进一步研究，将三个部位的剂量进行整体合并，使得能够观察整个靶区的验证结果，从而能进行靶区整体的三维验证。

4 结论

ArcCHECK能延长验证范围，并且能同时测量计划绝对剂量，使得成人全脑全脊髓VMAT计划能够得到整体的验证，可以在全脑全脊髓计划及其他长靶区计划验证中加以应用。