MatriXX两种剂量验证方法在头颈部肿瘤调强放疗计划验证中的对比研究

梅长文,王 玮,宫尚明,邵尚敏

(宣城市人民医院,皖南医学院附属宣城医院,安徽 宣城 242000)

调强放射治疗(IMRT)通过多叶光栅(MLC)的不断运动,动态调整射野内各点的输出剂量率,实现靶区剂量分布与靶体积在三维空间上的形状一致[1-2]。头颈部肿瘤放疗时的靶区器官解剖结构复杂,计划的剂量分布高度适形,因此计划执行前的剂量验证测量成为确保治疗准确性的关键[3-4]。MatriXX二维电离室矩阵带有角度传感器,不仅可以行机架角度归零的剂量验证,也可以行实际机架角度的剂量验证[5]。本文选取2021年4月—2022年4月治疗的头颈部肿瘤患者20 例,回顾性分析基于机架角度归零多野合成和实际机架角度多野合成两种验证方法在不同γ通过率分析标准下的差异,制订符合本科室设备特点的剂量验证标准。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2021年4月—2022年4月收治的头颈部肿瘤患者20 例,其中男18 例,女2 例,中位年龄64 岁;喉癌7 例,下咽癌5 例,舌癌4 例,鼻咽癌4 例。所有患者均采用头颈肩热塑膜固定,行增强模拟定位扫描,医生按照国际辐射单位与测量委员会(ICRU) 83号报告要求勾画靶区和危及器官。所有患者均采用动态多叶光栅(dMLC)技术制作IMRT计划,能量采用6MV X射线,计算网格为0.2 cm。治疗机为医科达(Elekta,Sweden)Synergy型医用电子直线加速器,配备MLCi2机头。

纳入标准:经病理证实的头颈部原发恶性肿瘤;放疗靶区须包含颈部淋巴引流区。

排除标准:合并有其他恶性肿瘤者;头颈部转移性癌者;仅行局部病灶放疗者。

1.2 验证方法和结果分析

验证设备为IBA公司MatriXX二维电离室矩阵及该公司MiniPhantom模体,剂量验证测量和γ通过率分析软件为IBA公司My QA(version:2018-001)。将患者IMRT计划移植到验证模体的CT图像,由Monaco治疗计划系统(TPS)分别计算机架角度归零和实际机架角度下的剂量分布,计算完成后分别导出等中心层面多野合成的剂量分布文件,供后续分析γ通过率时使用。

首先对直线加速器和MatriXX进行绝对剂量校准。然后,按机架角度归零的验证方法进行剂量验证测量,得到角度归零方法下的多野合成剂量分布结果。将角度传感器接入MatriXX,按实际机架角度方法进行剂量验证测量,得到实际角度方法下的多野合成剂量分布结果。将两种验证方法下测量得到的剂量分布与Monaco计划系统导出的等中心层面剂量分布进行比较,采用2 mm/2%,2 mm/3%和3 mm/3%的γ通过率分析标准,计算不同验证方法下的γ通过率。γ通过率大于90%定为通过验证[6]。

1.3 统计学方法

使用SPSS 20.0软件对两种剂量验证方法下采用不同分析标准计算得到的γ通过率结果进行分析。首先,对数据进行正态性检验,符合正态分布者应用配对样本t检验,否则,使用Wilxocon符号秩和检验。对同一种测量方法下不同分析标准的γ通过率结果应用多个相关样本Friedman检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

20 例头颈部肿瘤患者IMRT计划分别按机架角度归零多野合成测量和实际机架角度多野合成测量,使用2 mm/2%,2 mm/3%,3 mm/3%三种分析标准得到的γ通过率见表1,并绘制箱形图(见图1)。头颈部肿瘤患者两种验证方法的TPS计算和实际测量的剂量分布对比见图2。

图1 2 mm/2%和2 mm/3%及3 mm/3%标准下的γ通过率

(a):TPS计算的机架归零多野合成的等中心层冠状面剂量分布;(b):实际测量的机架归零多野合成的剂量分布;(c):TPS计算的实际机架角度多野合成的等中心层冠状面剂量分布;(d):实际测量的实际机架角度多野合成的剂量分布图2 两种验证方法下TPS计算和实际测量的剂量分布图

表1 两种验证方法下的γ通过率[M(M1,M2)] 单位:%

2.1 不同验证方法的比较

比较采用2 mm/2%,2 mm/3%和3 mm/3%分析标准计算得到的γ通过率,结果显示,基于机架角度归零多野合成验证方法的γ通过率均高于基于实际机架角度的γ通过率(P<0.05)。针对机架角度归零多野合成验证方法的验证结果,使用2 mm/2%的分析标准,通过验证的计划比例为70%(14/20),使用2 mm/3%的分析标准,通过的比例为95%(19/20),使用3 mm/3%的分析标准,通过的比例为100%(20/20)。采用实际机架角度多野合成的验证方法,通过验证的比例分别为30%(6/20),90%(18/20)和100%(20/20)。

2.2 不同分析标准的比较

针对机架角度归零验证方法测量结果,使用2 mm/2%,2 mm/3%和3 mm/3%三种分析标准计算得到γ通过率呈升高趋势,差异有统计学意义(P<0.05)。采用实际机架角度验证方法时也呈升高趋势(P<0.05)。成对比较分析结果显示,机架角度归零的验证方法下2 mm/2%分析标准计算得到的γ通过率与2 mm/3%,3 mm/3%标准的γ通过率的差异具有统计学意义(P<0.05),2 mm/3%的γ通过率与3 mm/3%的差异也具有统计学意义(P<0.05)。针对实际机架角度验证方法下三种分析标准的事后成对比较结果显示,三种γ通过率分析标准两两比较,差异均具有统计学意义(P<0.05)。

3 讨 论

IMRT计划的剂量验证是物理师日常质控工作中的重要内容[7],计划的γ通过率不仅可以反映TPS计算剂量和实际照射剂量的差异,也可以反映加速器实际的机械精度和剂量准确度及MLC执行放疗计划时的到位精度等[8-10]。电离室探测器阵列操作简单、使用方便,是目前IMRT剂量验证广泛使用的设备[11]。

采用MatriXX二维电离室阵列,配合角度传感器,对20 例头颈部肿瘤患者复杂靶区的放疗计划进行验证测量,分别使用2 mm/2%,2 mm/3%,3 mm/3%的分析标准计算γ通过率。结果显示,三种分析标准下基于实际机架角度多野合成验证测量的γ通过率结果均低于机架角度归零的验证(P<0.05),与现有研究一致[12]。徐庆丰等[13]研究显示,使用Synergy加速器,3 mm/3%标准下实际角度验证的γ通过率比使用机架角度归零验证方法的结果低,差异为2.8%,与本实验的结果接近。笔者分析差异可能来自机架和准直器到位准确度和不同机架角度时重力条件对MLC到位精度的影响。计划验证的γ通过率也与分析标准的选取紧密相关,分析标准越严苛,γ通过率越低[6],这与本研究的结果一致。本研究结果表明,无论选用何种验证方法进行剂量测量,分析标准越严苛,γ通过率越低(P<0.05)。

机架角度归零多野合成的验证测量结果仅可以反映治疗计划在零度时所有射野实际投照剂量叠加后的准确性,不能反映每个治疗野的剂量分布情况,更无法全面反映实际治疗条件下的剂量分布[14]。因此,北美物理师学会TG 218号报告推荐使用实际角度合成测量的方式进行剂量验证测量,并且采用2 mm/3%的分析标准进行γ通过率计算[4]。本研究显示,采用实际角度多野合成的测量方法、2 mm/3%的分析标准,90%的头颈部复杂靶区的患者IMRT计划可以通过剂量验证。李成强等[15]和Crowe等[16]的研究显示,γ通过率和治疗部位、射野调制的复杂程度有关,因此对于治疗其他部位肿瘤的IMRT计划,采用TG 218号报告推荐标准进行验证测量,通过计划验证的比例将大于90%。对于不能通过实际机架角度多野合成测量、2 mm/3%标准的计划,应分析未通过的点是否主要位于靶区或危及器官内,如果是则应采用机架角度归零测量、分野验证测量、2 mm/3%标准进行γ通过率分析或调整放疗计划重新验证,直至满意为止。

综上所述,MatriXX两种验证方法均可运用于头颈部肿瘤复杂靶区的调强计划验证,实际机架角度多野合成的验证方法更符合真实照射时的情况,2 mm/3%的标准能更好地分析出实测的剂量分布与TPS计算的剂量分布之间的差异。通过实际角度多野合成测量、2 mm/3%标准进行γ通过率分析,可以保证治疗时的准确性和患者的安全。