ArcCHECK摆位误差对直肠癌VMAT计划剂量验证通过率的影响

王宁，孙海涛，黄国森

中山市中医院 放疗室，广东 中山 528400

引言

随着放疗技术的不断发展，容积旋转调强放疗（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT） 已 经 广 泛 用于直肠癌的放射治疗中。相比于静态调强放疗（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT），VMAT 所需治疗时间和机器跳数明显减少，提高了治疗效率。每位患者调强计划执行前的剂量验证是确保治疗准确执行的关键步骤[1-2]。IMRT计划执行过程中，与其他因素（如机架角度和准直器角度等）相比，患者的摆位误差对剂量分布影响更明显[3-5]。越是精确的放疗对照射体位和照射野的准确性要求越高，因此需要定量分析更复杂的VMAT技术的摆位误差对剂量分布的影响。直肠癌放疗病人的治疗摆位验证受到呼吸运动、软组织位移、体型变化等的影响，误差相比头颈部更大。螺旋形探测器阵列ArcCHECK能提供三维剂量分布验证，可模拟VMAT计划的实际执行过程，提供更准确的验证信息[6-7]。本文通过在放疗计划系统（Treatment Planning System，TPS）中移动计划等中心的位置模拟ArcCHECK三个方向上不同大小的摆位误差，研究其对直肠癌VMAT计划剂量验证通过率的影响，也反映出摆位精度对实际治疗的影响，为临床放射治疗的摆位提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

瑞典医科达Synergy直线加速器，共有40对叶片，叶片宽度为1 cm。TPS为医科达Monaco 5.1，计划采用6 MV X线，计划最大的剂量率为600 MU/min。验证工具为螺旋形半导体探测器阵列ArcCHECK及其配套的SNC Patient剂量分析软件。ArcCHECK由1386个半导体探头组成，半导体探头截面为0.64 mm2，灵敏体积为0.019 mm3，呈柱形放射状螺旋分布在离中心10.4 cm的矩阵圆柱面上（直径21 cm，长度21 cm），探头间距为1 cm，可测量入射和出射剂量。

1.2 病例选择

选取2017年10月至2018年2月在我院放疗中心行放疗的10例直肠癌患者VMAT计划，PTV体积的平均值为（924.7±110.4）cm3，直肠癌患者采用Orfit固定架俯卧位固定，CT扫描层厚和层距为5 mm。所有VMAT计划均采用双弧，第一个弧从179°逆时针旋转至181°，第二个弧从181°顺时针旋转至179°，每个弧的最大控制点为80个，剂量算法为基于介质的蒙特卡洛算法（X-ray Voxel Monte Carlo，XVMC），计算网格为3 mm，统计学不确定度设置为每个控制点3%。

1.3 VMAT计划验证摆位误差模拟设置

本研究每个病例引入的ArcCHECK各方向摆位误差可通过在TPS上反方向移动计划等中心的位置模拟得到，X（右、左）方向、Y（进、出）方向、Z（上、下）方向分别相对移动3、4和5 mm，每次移动1个方向，根据IEC61217协议，面对机架观察时，右、上和进方向的误差值为正，左、下和出方向的误差值为负，见图1。ArcCHECK模体X（右）方向1 mm的摆位误差，可通过计划等中心相对于ArcCHECK模体在X方向向左移动1 mm获得。这里不考虑ArcCHECK实际摆位误差和直线加速器的机械系统误差。重新计算ArcCHECKCT模体上剂量后，每个病例得到1个参考计划和18个引入误差的模拟计划。

1.4 评价指标

利用SNC Patient剂量分析软件对每个计划的测量剂量分布与计算剂量分布进行分析处理，取最大剂量点为剂量归一点，剂量阈值设置为10%。采用Gamma绝对剂量方法得到每个VMAT计划的剂量验证通过率[8]，其中误差限定条件为3%（剂量误差）/3 mm（位置误差）。

1.5 统计分析

图1 ArcCHECK摆位误差模拟设置的方向坐标系

2 结果

原计划剂量验证通过率均大于90%，平均通过率达到99.76%。

引入误差后的计划与原计划的通过率相比均具有统计学意义（P＜0.05，表1），且误差越大，通过率下降越大（图2）。引入误差后，在X、Y、Z方向上的计划通过率描述如下。

表1 VMAT原计划与模拟计划平均通过率和标准差（，%）

表1 VMAT原计划与模拟计划平均通过率和标准差（，%）

误差值(mm) X方向 P Y方向 P Z方向 P 0 99.76±0.43 99.76±0.43 99.76±0.43 3 96.55±2.910.0094.85±3.470.0095.50±3.680.00-3 96.00±2.710.0092.21±4.620.0096.15±2.230.00 4 92.85±3.740.0088.25±4.640.0090.55±4.830.00-4 91.63±4.170.0084.88±5.850.0091.13±3.210.00 5 87.78±4.640.0080.05±6.340.0084.35±5.140.00-5 86.22±5.250.0077.48±5.950.0084.84±3.980.00

图2 不同方向上VMAT原计划与模拟计划平均通过率的变化

（1）在X方向上，平均通过率相比于原计划分别下降了3.21%、3.76%、6.91%、8.13%、11.98%和13.54%。当误差为±3 mm时，影响较小，通过率依然可以达到95%以上；当偏移误差达到±5 mm时，影响较大，平均通过率低于90%，达不到计划质控的临床要求。

（2）在Y方向上，平均通过率相比于原计划分别下降了 4.91%、7.55%、11.51%、14.88%、19.71% 和 22.28%。当偏移误差达到±4 mm和±5 mm时，通过率均低于90%，达不到计划质控的临床要求，且±5 mm时的误差只有将近80%左右。

（3）在Z方向上，平均通过率相比于原计划分别下降了4.26%、3.61%、8.63%、9.21%、15.41%和14.92%。当误差为±3 mm时，影响较小，平均通过率依然可以达到95%以上；当偏移误差达到±5 mm时，平均通过率低于90%，达不到计划质控的临床要求。

3 讨论

摆位误差是影响放疗精度的重要因素，即使是固定较好的头颈部肿瘤也难以避免[9-12]。临床研究发现3%至5%的剂量改变可使肿瘤放疗有效率下降及正常组织并发症发生率增加。因此，有必要对每个患者VMAT计划执行前进行严格的剂量学验证，估算摆位误差所引起的剂量偏差，以便预测患者实际治疗时VMAT计划的剂量准确度。

ArcCHECK引入三个方向的摆位误差后，剂量验证通过率均有一定程度的下降，误差越大下降越大（图2）。X方向（右、左）和Z方向（上、下）的影响相当，当误差小于5 mm时，通过率下降小于10%；而Y方向（进、出）的影响更大，误差大于3 mm时，通过率下降大于10%，5 mm时，下降达到20%左右。孙晓欢等[13]通过移动治疗床模拟了Delta4不同摆位误差对鼻咽癌和宫颈癌VMAT计划验证的影响，摆位误差为5 mm时鼻咽癌所有方向3%/3 mm通过率均小于90%，宫颈癌除右方向外均小于90%，且头方向误差对剂量通过率影响更为显著。张利文等[14]通过移床模拟改变等中心来比较VMAT原计算计划与移动后计算计划的差异，得出Y方向摆位误差比X方向、Z方向对剂量影响更为敏感一些。本文报道的结果与以上结论类似。张彪等[15]比较了摆位稳健性对头颈部肿瘤IMRT与VMAT剂量分布的影响程度，误差较小时（＜3 mm），IMRT与VMAT均较稳健，VMAT对摆位误差更敏感。孙小杨等[16]研究了二维半导体矩阵MapCHECK摆位误差对调强计划验证通过率的影响，不同方向上对Gamma通过率都有不同程度的影响，当摆位误差超过2 mm时，可以使Gamma通过率下降约5%。颜红兵等[17]则得出食管癌患者X、Y、Z轴3个方向的MapCHECK摆位误差对剂量验证通过率的影响有正相关性，且X轴、Y轴方向比Z轴方向的影响更大，临床实际放疗要密切关注进出和左右方向的摆位误差。

利用ArcCHECK进行VMAT放疗计划的剂量验证，通过率受到多方面因素的影响。引入摆位误差后，ArcCHECK模体中心与射野等中心出现偏移，多方面因素产生变化：① ArcCHECK三维探测器阵列为圆柱形，不同的模体摆位中心，射线的入射路径和角度不同，入射横截面也不同；② ArcCHECK阵列的半导体探头具有方向依赖性，射线不同角度入射，探头剂量响应也有差别；③部分射野角度还受到平板床对射线的衰减影响，入射角度的变化，导致平板床对射线的衰减也产生变化。这些因素的变化导致ArcCHECK探测点的剂量和位置发生了变化，Gamma分析方法需要同时考虑到剂量偏差和位置偏差，而X方向和Z方向的摆位误差主要引起测量剂量分布探测点剂量偏差，Y方向则主要引起位置偏差。同时医科达Synergy加速器的MLC叶片厚度是10 mm，为横向运动，剂量计算网格是3 mm，造成射野通量在左、右方向分辨率为3 mm，进、出分辨率为10 mm。如果Y方向发生偏差，相比其他方向通过率下降更大，与本文研究结果相符。本文的研究仅仅是单方向的摆位误差，在实际治疗中，往往是多个方向的误差同时存在，影响更大，所以要尽量减小摆位误差，提高治疗精度。

总之，ArcCHECK摆位误差对直肠癌VMAT计划的剂量验证通过率有较大影响，误差越大通过率越低，尤其是Y（进、出）方向误差的影响更为显著，直肠癌临床放疗实施过程中要严格控制病人进、出方向的摆位误差。