最小子野面积设置值与机架角度误差对剂量验证通过率的影响

张波, 朱凤盈, 王学涛, 宋炳文, 潘建南, 吴思宇

1贵州省人民医院肿瘤科(贵州贵阳 550000)； 2南方医科大学顺德医院放射治疗科(广东佛山 528300)； 3广东省中医院放射治疗科(广东广州 510120)

调强放疗(intensity modulated radiotherapy,IMRT)技术可以在加速器出束的同时，通过调节剂量率和多叶准直器(multi-leaf collimator,MLC)叶片的运动来实现束流的调制，从而获取较好的靶区覆盖率并能更好地保护周围正常组织。已广泛应用于肿瘤的治疗，是肺癌放疗的常规技术[1-2]。放疗过程存在多种不确定因素，如器官呼吸运动、摆位误差、机器机架角度误差等，都会造成患者实际接受的剂量和计划剂量不一致，因此患者在治疗前必须对实际投照的剂量分布进行验证。ICRU142号报告报道要求常规IMRT治疗时加速器机架角度误差差≤1.0°[3]。本研究利用ArcCHECK三维半导体探测器，研究肺癌患者IMRT计划最小子野面积设置值与机架角度误差对剂量验证通过率的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料 随机选取2017年10月至2018年10月在贵州省人民医院进行IMRT治疗的肺癌患者10例进行回顾性研究。均为男性。年龄49～71岁，中位年龄58岁。

1.2 主要设备和仪器 医科达公司VersaHD直线加速器，机头，80对MLC叶片，叶片宽度为5 mm。计划使用Monaco5.11.1系统完成，采用蒙特卡洛算法，计算网格为3 mm，总子野数设置为150 MU，每个子野最小跳数为4 MU。验证工具为SunNuclear公司的ArcCHECK验证模体及其配套的SNC PatientV6.1剂量分析软件。ArcCHECK为螺旋形n-型半导体探测矩阵，表面有1 386个高精度半导体探头，探头有效面积0.64 mm2，灵敏体积为0.019 mm3，探头间距1 cm。

1.3 IMRT计划设计和机架角度误差模拟 一级靶区处方剂量6 420 cGy，二级靶区处方剂量5 460 cGy，分30次完成照射。采用前3后2或前2后3偏向患侧肺布野，射野避开对脊髓及食管的照射。保持优化条件和其他优化参数一致，分别设置最小子野面积4 cm2、8 cm2和12 cm2进行逆向优化得到3个原计划。每个计划在执行时引入机架角度到位误差±2.0°、±1.0°。正数代表顺时针方向的机架误差，机架角度比计划角度大；负数代表逆时针方向的机架误差，机架角度比计划角度小。

1.4 评价指标 对每个计划的测量剂量分布和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γ分析方法分析绝对剂量得到每个计划的剂量通过率，其中误差限定条件为3%(剂量误差)/2 mm(位置误差)、2%/2 mm和1%/1 mm。

1.5 统计学方法 采用SPSS 19.0.0统计软件对原计划通过率和引入误差后的通过率行非参数Wilcoxon秩和检验,以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 计划通过率 以最小子野面积设置值4 cm2通过率为基准，8 cm2和12 cm2的通过率分别与其进行非参数Wilcoxon秩和检验。引入机架角度误差越大，计划通过率越低。评价指标取3%/2 mm，没有引入机架角度误差时，计划通过率为(95.06±1.93)%，引入1.0°、-1.0°误差时通过率为(92.79±3.41)%、(85.29±3.78)%，1.0°误差的通过率>-1.0°误差的通过率。引入2.0°、-2.0°误差时通过率为(77.83±5.47)%、(73.20±4.71)%，2.0°误差的通过率>-2.0°误差的通过率。如表1所示，在相同的机架角度误差下，最小子野面积设置为8 cm2和12 cm2的计划分别与设置值为4 cm2的计划行非参数Wilcoxon秩和检验，最小子野面积设置值增大为8 cm2时平均通过率高于4 cm2，差异无统计学意义(P>0.05)。最小子野面积增大为12 cm2时，平均通过率>8 cm2、4 cm2，差异有统计学意义(P<0.05)。当评价指标取2%/2 mm和1%/1 mm时，与评价指标3%/2 mm时规律一致。见图1和表1。

图1 不同最小子野面积计划在不同机架角度误差下剂量验证的γ通过率(%)

2.2 不同子野面积设置值对通过率的影响 表2列出了机架角度误差引起的通过率的变化值。评价指标取3%/2mm，机架存在2.0°、1.0°、-1.0°、-2.0°误差时，最小子野面积为4cm2、8cm2和12cm2的计划通过率分别为(71.74%、72.7%、75.17%)、(83.69%、85.12%、87.07%)、(94.43%、94.74%、95.99%)、(91.57%、92.83%、93.97%)、(76.81%、77.52%、79.16%)，计划通过率下降值△分别为(22.69%、22.04%、20.82%)、(10.74%、9.62%、8.92%)、(2.86%、1.91%、2.02%)、(17.627%、17.22%、16.83%)，差异无统计学意义(P>0.05)。当评价指标取2%/2mm和1%/1mm时，相同机架角度误差下的计划通过率下降值在不同最小子野面积设置值的计划之间差异均无统计学意义(P>0.05)。1.0°误差的通过率下降值>-1.0°误差的通过率下降值，2.0°误差的通过率下降值>-2.0°误差的通过率下降值。

表1 10例病例不同最小子野面积计划剂量验证的γ通过率

表2 10例病例计划剂量验证γ平均通过率下降值

3 讨论

IMRT实施过程中会遇到多种不确定因素，导致实际治疗的剂量跟计划系统计算的剂量分布不一致，影响治疗效果。这些因素包括网络传输，分次间摆位误差，患者器官呼吸运动，附件如补偿模、挡铅等的误差，机器因素如机架角度、MLC到位精度等[4]。研究者在质控统计时发现，在IMRT技术中，机械误差概率高达47.4%[5-7]。加上国内有些医疗机构直线加速器老旧，机架到位不稳定，在计划角度附近小范围来回摆动。即使对直线加速器进行严格的质控，机架角度偏差也无法完全避免。因此治疗前进行剂量学验证十分重要，确保治疗时剂量准确投递。

Arccheck是广泛应用于IMRT计划验证的设备，为圆柱形三维探测器，表面的1 386个高精度半导体探头具有能量依赖性，不同的机架入射角度，其能量响应不同[8]。γ分析算法计算通过率，同时考虑了位置和剂量偏差。美国医学物理师协会(AAPM)TG-218号报告[9]认为在3%/2mm评价标准下，γ通过率超过90%计划通过，即机器实际投递剂量与计划系统剂量分布偏差在临床可接受范围之内，可应用于临床。本研究以3%(剂量误差)/2 mm(位置误差)为评价标准，机架角度无误差时，计划平均通过率(95.06±1.93)%，引入±1.0°误差时<90%，±2.0°误差时通过率<80%，不满足临床剂量验证要求，与ICRU142号报告规定的加速器机架角度质控误差≤1.0°的要求相吻合。机架角度存在误差时通过率降低，一是重力、摩擦力等原因，MLC叶片到位、物理半影、漏射线受到影响。二是床板的存在，在治疗过程中，机架角度误差导致射线穿射路径发生变化，引起剂量投递不准。引入的机架角度误差越大，计划通过率越低[10-12]。本研究对最小子野面积为4 cm2、8 cm2和12 cm2三组计划进行剂量学验证，最小子野面积设置值为8 cm2时平均通过率高于4 cm2，差异无统计学意义(P>0.05)。但当最小子野面积增大为12 cm2时，平均通过率大于8 cm2和4 cm2，差异有统计学意义(P<0.05)。主要考虑探头间距1 cm以及γ分析算法的不确定度，最小子野面积由4 cm2增大为8 cm2时，ArcCHECK验证模体对面积变化的探测还不够灵敏。计划设计时，最小子野面积设置值越大，计划验证通过率越高。

对于通过率下降值△，评价指标取3%/2 mm，机架存在2.0°、1.0°、-1.0°、-2.0°误差时，最小子野面积为4 cm2、8 cm2和12 cm2的计划△通过率分别为(22.69%、22.04%、20.82%)、(10.74%、9.62%、8.92%)、(2.86%、1.91%、2.02%)、(17.627%、17.22%、16.83%)，差异无统计学意义(P>0.05)。有研究表明，计划优化时通过增大最小子野面积限制值可以减少MLC到位偏差对靶区和危及器官剂量的影响[13]。但对于通过率，增大最小子野面积限制值不能减小机架角度存在误差时通过率的降低值△，即不能减小机架角度误差对验证通过率的影响，为临床计划评估验证提供数据参考。

本研究结果显示，临床进行IMRT治疗时，计划设计时设置的最小子野面积越大，在相同机架角度误差下，计划通过率越高，但大的最小子野面积设置值不能减小计划执行时机架角度误差对通过率带来的影响。