基于预测剂量工具的乳腺癌放疗计划质量控制

陈开强

福建医科大学肿瘤临床医学院·福建省肿瘤医院 (福建福州 350014)

乳腺癌是女性中最常见的恶性肿瘤，全球每年约有120万女性患病。手术、放疗、化疗、靶向治疗等多学科的综合治疗策略大大改善了乳腺癌患者的预后。放疗是乳腺癌重要治疗手段之一[1-2]，术后辅助放疗可显著降低局部复发并改善患者生存质量。乳腺癌术后临床靶区一般包含胸壁及锁骨上区，形状不一，紧邻皮肤，且周边危及器官较多，比如心脏、肺等。容积旋转调强(volumetric modulated arc therapy，VMAT)技术不但能给靶区提供极佳的剂量分布，还能保护邻近的危及器官，已逐步成为当今主流的放疗技术[3-4]；但是，该技术相对复杂，其剂量率、多叶光栅(multi-leave collimators，MLC)叶片、准直器角度及机架旋转速度等在治疗过程中连续动态变化，实施治疗时存在诸多不确定性因素。所以，为保证实施治疗过程中剂量能够精确传递到患者病灶部位，VMAT的质量保证显得尤为重要。

现今，COMPASS(德国IBA公司)、ArcCHECK(美国SunNuclear公司)、Delta4(瑞典ScandiDos)等商用剂量验证工具已被大量用于放疗计划的剂量验证中[5-10]。但美国瓦里安TrueBeam等机型自身机载有1套用于验证放疗计划剂量的预测剂量工具(portal dosimetry，PD)系统，它基于非晶硅电子射野影像装置(amorphous silicon electronic portal imagingdevice，a-Si EPID)，具有良好的图像质量、剂量响应及抗辐射性等特点，并且操作简单、使用方便[11-14]。本研究旨在使用PD和ArcCheck系统对乳腺癌VMAT放疗计划进行剂量验证，比较这两种剂量验证方法的结果差异，为瓦里安治疗计划系统(treatment planning system，TPS)的剂量验证方式选择提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 一般材料

使用美国瓦里安TrueBeam加速器及Eclispe 15.6 TPS，该加速器经过了严格临床验收测试；60对MLC(类型Millennium)，中间40对叶片，厚度5 mm，两边各10对叶片，厚度10 mm，最大照射野为40 cm×40 cm；PD剂量验证分析系统，机载于TrueBeam等机型上，由射野剂量图像预测算法(portal dose image prediction，PDIP)计算软件、电子射野影像系统(electronic portal image dosimetry，EPID)板、PD分析软件构成；ArcCHECK系统由验证软件和圆柱体模体组成，该模体上有1 386个半导体探测器，每个探测器间距为1 cm，物理深度为2.9 cm，有效测量面积为21 cm×21 cm，软件版本为6.7.0。

1.2 临床病例选择

选取2021年10月至2022年5月于福建省肿瘤医院接受放疗的27例乳腺癌患者，均为女性；年龄35～55岁，平均45.5岁；左乳癌10例，右乳癌17例。

1.3 计划设计

使用瓦里安Eclipse 15.6 TPS制作VMAT放疗计划。根据靶区分布情况，采用1个中心，4个照射野。所有患者胸壁和锁骨上靶区处方剂量均为45 Gy/25次，每周5次，每次180 cGy。

1.4 验证及分析方法

1.4.1PD系统验证

在瓦里安Eclipse 15.6 TPS中，27例乳腺癌VMAT放疗计划各创建1个PD验证计划，不必导入验证模体，最终计算采用PDIP。计划批准和预约验证后，在直线加速器下调用并执行这些验证计划。执行结束后，在TPS PD软件模块中，可以看到各个野的计划图像和测量图像，使用Gamma分析工具按3 mm(距离符合度)、3%(剂量差异)、10%(剂量阈值)标准分析剂量验证结果，最终得到相对和绝对Gamma通过率，详见图1。

图1 PD验证分析

1.4.2ArcCHECK系统验证

验证前，首先打开要验证的VMAT放疗患者，创建1个验证计划，导入ArcCHECK模体影像(事先在CT模拟机上扫描获得)，接着完成剂量计算。验证时，按定位标记点进行模体摆位后执行计划，最后按3%/3mm标准对测量结果进行分析，详见图2。

图2 ArcCHECK验证分析

1.5 统计学分析

采用 SPSS 20.0软件针对两种不同剂量验证方法的验证结果比较行配对t检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

27例乳腺癌，根据Gamma分析工具按3%/3mm标准分析，PD 验证计划54个剂量验证结果，相对和绝对剂量各27个，其通过率均为(100.0±0.0)%；ArcCHECK系统验证计划54个剂量验证结果，相对和绝对剂量各27个，其通过率分别为(95.6±1.7)%、(92.7±1.5)%。前者的通过率高于后者，差异有统计学意义(t相对=-13.3，t绝对=-24.95，P值均<0.05)，详见图3。

注：PD为预测剂量工具

3 讨论

放疗计划质量控制的关键是确认TPS计算精度和机器剂量传输精度，当中测量验证工具的选取也是质量控制工作的重点。柏朋刚等[5]通过在鼻咽癌VMAT剂量验证中应用TPS计算和COMPASS实际测量，结果显示通过率均>95%，表明COMPASS验证系统是VMAT剂量验证的一个比较理想的工具，它可以较快速、直观地分析出靶区理论和实际照射情况下的差异。王振立等[6]对32例不同部位食管癌患者分别制作Helical旋转照射和Direct固定野照射验证计划并通过ArcCHECK测量分析对比验证结果，其结果显示，3%/3 mm的标准，两种照射方式通过率均>95%，证明ArcCHECK验证系统具有较好的适用性。此外，Adam等[15]结果显示ArcCHECK检测器可进行近距离TPS软件质量控制工作。

目前，本单位新进一台瓦里安TrueBeam加速器，为放疗计划验证方式提供数据支持，我们比较了传统验证方式和机器自带的PD系统的优劣性，结果显示，27例乳腺癌VMAT放疗计划剂量验证中，PD和ArcCHECK验证结果均能满足临床需要，但PD系统的相对和绝对剂量通过率均为(100.0±0.0)%，ArcCHECK系统的相对和绝对剂量通过率分别为(95.6±1.7)%、(92.7±1.5)%，前者的通过率高于后者，差异有统计学意义(t相对=-13.3，t绝对=-24.95，P值均<0.05)，与王杰等[16]的结果吻合。可见，这些PD验证计划的射野三维剂量验证结果总体上较好，这些乳腺癌放疗计划参数的网络传输和治疗实施比较准确。当然，ArcCHECK的通过率偏低可能是由于探测器矩阵某些区域探头出现亮红显示，影响了验证结果，尽管我们做了修正处理。

瓦里安的PD系统，包含a-Si EPID和PD分析软件，常用于放疗计划的剂量验证，与使用三维探测器矩阵ArcCHECK等剂量验证产品相比，使用该系统减少了数据输入输出的步骤，也不必关联线路和摆放沉重的模体及探测器矩阵，这样看来，使用PD系统在验证工作中优势明显[17-19]。另外，PD系统在放疗中位置验证方面也有广泛运用[20-21]。针对探测器精度，ArcCHECK探测器分辨率低(每个探测器间距为0.76 cm)，自然采样区域较少，而PD分辨率较高(每个探测器间距为0.039 cm)，测量所得数据更精准。在实际验证工作中，PD系统也有不足之处，例如，PD只是利用直线加速器EPID获得的影像信息，并预测算法重建二维剂量，验证过程中没有患者或者模体；此外，EPID随机架转动过程中有可能存在偏移现象，而影响了剂量的准确投递，这就要求我们在今后的工作中提高对机器质量保证的检查频度。

综上所述，两种剂量验证方式均可用于瓦里安TrueBeam加速器的计划验证中，但PD剂量验证方式的工作效率、剂量验证精度均优于ArcCHECK。因此，临床工作中推荐使用PD进行瓦里安TrueBeam加速器的剂量验证。