【作者】解傳濱，徐壽平，徐 偉，叢小虎，葛瑞剛，鞏漢順，鞠忠建，戴相昆

解放軍總醫(yī)院放療科，北京市，100853

運(yùn)用ArcCHECK實(shí)施旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)全骨髓照射超長(zhǎng)靶區(qū)的計(jì)劃驗(yàn)證

【作者】解傳濱，徐壽平，徐 偉，叢小虎，葛瑞剛，鞏漢順，鞠忠建，戴相昆

解放軍總醫(yī)院放療科，北京市，100853

探討利用ArcCHECK對(duì)VMAT（Volumetric Modulated Arc Therapy）和HT (Helical Tomotherapy)全骨髓照射（TMI）超長(zhǎng)靶區(qū)計(jì)劃的驗(yàn)證方法。選取8例全身掃描患者，分別設(shè)計(jì)TMI計(jì)劃。采用ArcCHECK對(duì)兩組計(jì)劃頭頸、胸腹及盆腔三部位行驗(yàn)證分析。VMAT組采用模體Merge功能通過(guò)平移治療床實(shí)現(xiàn)， HT組采用雙計(jì)劃（參考/執(zhí)行）法得以完成，三部位驗(yàn)證通過(guò)率分別為98.9%±1.9%/94.3%±1.5%、98.4%±1.8%/96.5%±1.2%、97.4%±2.1%/94.1%±1.9%。表明利用ArcCHECK的Merge功能能較好地完成VMAT超長(zhǎng)靶區(qū)的驗(yàn)證，采用雙計(jì)劃法實(shí)現(xiàn)了對(duì)HT超長(zhǎng)靶區(qū)及遠(yuǎn)離中心部分靶區(qū)的驗(yàn)證。

劑量驗(yàn)證；全骨髓照射（TMI）；容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療（VMAT）; 螺旋斷層放射治療（HT）

調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)和實(shí)施是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，任何一個(gè)環(huán)節(jié)如CT定位、靶區(qū)和重要器官勾畫、加速器物理參數(shù)以及患者體位設(shè)置等方面的任何微小誤差，都可能導(dǎo)致最終劑量分布的較大偏離[1]。隨著放療技術(shù)的發(fā)展，對(duì)調(diào)強(qiáng)放射治療特別是旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)治療前的質(zhì)量保證及劑量驗(yàn)證變得越來(lái)越重要，以確保復(fù)雜的劑量分布真正準(zhǔn)確地傳輸?shù)交颊唧w內(nèi)[2-3]。螺旋斷層放療( Helical Tomotherapy，HT)作為治療腫瘤的一種全新治療技術(shù)[4-5]，通過(guò)直線加速器的360°旋轉(zhuǎn)與治療床的同步運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)患者的螺旋斷層照射。其劑量實(shí)施的復(fù)雜性和精準(zhǔn)性要求使得質(zhì)量保證( QA) 工作顯得尤為重要。特別是在超長(zhǎng)靶區(qū)計(jì)劃諸如全中樞照射、全骨髓照射等患者劑量驗(yàn)證中，超出當(dāng)前所用驗(yàn)證方法測(cè)量范圍的靶區(qū)部分也逐漸引起了各放療中心的重視。而近年來(lái)興起的容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）放療技術(shù)在普通加速器上實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)，并可通過(guò)完美的計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行多中心的射野弧銜接以實(shí)現(xiàn)對(duì)超長(zhǎng)靶區(qū)計(jì)劃的設(shè)計(jì)與實(shí)施，由此也帶來(lái)了常規(guī)方法無(wú)法全面驗(yàn)證超長(zhǎng)靶區(qū)計(jì)劃的問(wèn)題。本研究設(shè)計(jì)和探討應(yīng)用ArcCHECK模體對(duì)HT和VMAT中以全骨髓照射（TMI）為代表的超長(zhǎng)靶區(qū)計(jì)劃的驗(yàn)證方法，為臨床應(yīng)用提供參考。

1 材料和方法

1.1 TMI治療計(jì)劃的生成

選取8例全身CT掃描的患者圖像，完成TMI靶區(qū)及正常器官勾畫后分別設(shè)計(jì)HT和VAMT[6]兩組全身照射計(jì)劃。考慮實(shí)施效率問(wèn)題，HT計(jì)劃鉛門寬度選擇5 cm，螺距（pitch)選用0.43，根據(jù)計(jì)劃優(yōu)化情況適當(dāng)調(diào)整調(diào)制因子（Modulate Factor，MF）以保證機(jī)架旋轉(zhuǎn)周期在17～19 s之間。

1.2 劑量驗(yàn)證

1.2.1 HT計(jì)劃組劑量驗(yàn)證

HT組劑量驗(yàn)證采用頭頸、胸腹、盆腔三部分分別予以實(shí)施，但在模體計(jì)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中由于紅、綠激光燈距離不能超過(guò)15 cm，而治療計(jì)劃的中心位于胸腹部，所以頭頸部及盆腔部驗(yàn)證計(jì)劃紅激光燈不能定位在模體中心，但驗(yàn)證軟件在讀取計(jì)算劑量及模體坐標(biāo)時(shí)以紅激光為基準(zhǔn)進(jìn)行提取。為了實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證計(jì)劃的正常實(shí)施及結(jié)果分析，設(shè)計(jì)過(guò)程中將同一驗(yàn)證計(jì)劃在模體位置固定后、紅色激光燈定位前進(jìn)行備份處理，然后將紅激光燈定位在模體中心進(jìn)行劑量計(jì)算，以此作為導(dǎo)出計(jì)算劑量的參考計(jì)劃；將備份計(jì)劃恢復(fù)后保持模體位置不變而只將Y方向紅激光燈移動(dòng)到與綠激光燈重合位置，并讀出其到模體中心的距離，計(jì)算完成后留存作為實(shí)施計(jì)劃。驗(yàn)證實(shí)施前先將模體按照紅激光燈擺位，然后按預(yù)讀距離在Y方向移動(dòng)治療床到正確位置，以此為基準(zhǔn)實(shí)施驗(yàn)證計(jì)劃。通過(guò)這種辦法可實(shí)現(xiàn)距離虛擬等中心（綠激光燈）超出最大距離（15 cm)靶區(qū)部分的驗(yàn)證，如圖1所示。

圖1 一例患者HT頭部驗(yàn)證計(jì)劃Fig.1 The dose verification plans of HT in head-neck

1.2.2 VMAT計(jì)劃組的劑量驗(yàn)證

VMAT組同樣分頭頸、胸腹、盆腔三部分進(jìn)行驗(yàn)證，每一部分包括三個(gè)照射弧，由于ArcCHECK模體的最大測(cè)量長(zhǎng)度為21 cm，為盡可能多地采集到每部分中3個(gè)照射弧的劑量信息以及降低模體邊緣散射對(duì)通過(guò)率的影響，研究采用了ArcCHECK的Merge功能將驗(yàn)證長(zhǎng)度增加至36 cm，以實(shí)現(xiàn)對(duì)治療計(jì)劃的全面驗(yàn)證，如圖2所示。

圖2 ArcCHECK模體Merge功能擺位示意圖Fig.2 The diagram ArcCHECK setup in merging function

為了實(shí)現(xiàn)分析軟件對(duì)計(jì)算劑量進(jìn)行正確的坐標(biāo)定位，制定驗(yàn)證計(jì)劃時(shí)需以中間弧中心作原點(diǎn)，并將其排序在前，如圖3所示。驗(yàn)證實(shí)施過(guò)程中按相鄰中心的距離移動(dòng)治療床，以實(shí)現(xiàn)3個(gè)銜接弧整體數(shù)據(jù)的采集。在每次中心調(diào)整過(guò)程中要適當(dāng)調(diào)整模體高度及水平，以保證位置精準(zhǔn)性。

圖3 VMAT頭部驗(yàn)證計(jì)劃示意圖Fig.3 The dose verification plan in head-neck region for VMAT

2 結(jié)果

通過(guò)SNC Patient驗(yàn)證分析軟件采用3 mm/3%(Gamma分析法)對(duì)兩組驗(yàn)證計(jì)劃分別進(jìn)行定量分析，如表1所示，各部位兩組計(jì)劃Gamma通過(guò)率( γ ≤1)均在94%以上，且在VMAT組表現(xiàn)出了更好的結(jié)果，這與采用了ArcCHECK模體的Merge功能以及每次中心擺位的位置校準(zhǔn)有一定關(guān)系。

表1 兩組計(jì)劃各部位驗(yàn)證通過(guò)率統(tǒng)計(jì)Tab.1 The pass rate of patient verification for the two groups

在對(duì)各部位的計(jì)算劑量及測(cè)量劑量通量圖對(duì)比分析中發(fā)現(xiàn)，兩組計(jì)劃均顯示出較好的一致性。在VMAT組對(duì)射野銜接部分做了著重地分析比較，如圖4所示，在距中心7 cm 附近的x方向Profile表現(xiàn)出了計(jì)算劑量與測(cè)量劑量高度一致性。

圖4 一例患者HT與VMAT頭頸部驗(yàn)證分析示意圖Fig.4 Diagram of dosimetric verification for HT and VMAT in head-neck

3 討論

本研究以全骨髓照射為例設(shè)計(jì)了應(yīng)用ArcCHECK對(duì)HT和VMAT超長(zhǎng)靶區(qū)計(jì)劃的驗(yàn)證方法，并對(duì)驗(yàn)證結(jié)果做了比較分析。特別是在兩組驗(yàn)證計(jì)劃的設(shè)計(jì)上，由于全骨髓靶區(qū)的超長(zhǎng)特性，研究中按照頭頸、胸腹以及盆腔三個(gè)部分分別進(jìn)行計(jì)劃的劑量驗(yàn)證，以全面地分析評(píng)估整個(gè)計(jì)劃的準(zhǔn)確性和可行性，從而為臨床的實(shí)際應(yīng)用提供有效而可靠的參考。

目前，常規(guī)劑量驗(yàn)證的模體圖像多是通過(guò)日常定位所用的kVCT進(jìn)行采集，但是卻存在因模體高密度組件引起圖像偽影的缺點(diǎn)。ArcCHECK模體內(nèi)二極管探測(cè)器的物理密度較大，在kVCT進(jìn)行圖像采集時(shí)會(huì)產(chǎn)生明顯偽影，勢(shì)必對(duì)劑量計(jì)算產(chǎn)生影響，因此研究選用了HT的MVCT進(jìn)行模體圖像采集，并對(duì)MVCT圖像的CT -電子密度值做了刻度創(chuàng)建。

HT劑量驗(yàn)證計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)需考慮紅綠激光燈距離限制的問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)頭頸部及盆腔部的驗(yàn)證，研究之初只采用了預(yù)讀模體中心到激光燈距離用于實(shí)施擺位的辦法，但在驗(yàn)證分析時(shí)卻遇到測(cè)量劑量與計(jì)算劑量無(wú)法匹配的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，在提取計(jì)算劑量信息時(shí)SNC Patient軟件是以擺位激光燈為基準(zhǔn)予以讀取的，這就要求導(dǎo)出計(jì)算劑量的驗(yàn)證計(jì)劃紅激光燈必須定位在模體中心。于是設(shè)計(jì)了一套將同一驗(yàn)證計(jì)劃在模體位置固定后、紅色激光燈定位前進(jìn)行備份處理的辦法，先將紅激光燈定位在模體中心進(jìn)行劑量計(jì)算并導(dǎo)出計(jì)算劑量(參考計(jì)劃)，將備份計(jì)劃恢復(fù)后保持模體位置不變而將Y方向紅激光燈移動(dòng)到與綠激光燈重合位置，并讀出其到模體中心距離以用于計(jì)劃實(shí)施過(guò)程中模體擺位(執(zhí)行計(jì)劃)，最終解決了驗(yàn)證分析中劑量配準(zhǔn)問(wèn)題。這種辦法也可以應(yīng)用到其它一些特殊病例的劑量驗(yàn)證，如全腦/全中樞放療、多靶區(qū)計(jì)劃中遠(yuǎn)離標(biāo)記點(diǎn)的靶點(diǎn)部分等病例的劑量驗(yàn)證。VMAT驗(yàn)證計(jì)劃設(shè)計(jì)之初筆者遇到了驗(yàn)證通過(guò)率一直偏低的情況，分析發(fā)現(xiàn)是因每個(gè)部位三個(gè)銜接照射弧的總長(zhǎng)度(39～41 cm)遠(yuǎn)超過(guò)了模體實(shí)際探測(cè)長(zhǎng)度(21 cm)。而計(jì)劃系統(tǒng)的劑量計(jì)算是根據(jù)模體表面輪廓的界定范圍予以實(shí)施的，所以超出模體長(zhǎng)度的射野部分并沒(méi)有參與到劑量計(jì)算中，而在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，這一部分對(duì)于探測(cè)模體的貢獻(xiàn)是不可忽視的，因此導(dǎo)致了通過(guò)率偏低的情況。研究中利用ArcCHECK模體的Merge功能，將可測(cè)量的范圍增加到36 cm，并且用于劑量計(jì)算的虛擬模體圖像長(zhǎng)度可達(dá)到50 cm，已能夠較好地完成三個(gè)照射弧的全局計(jì)算，最終實(shí)現(xiàn)并獲得了理想的驗(yàn)證通過(guò)率結(jié)果。

在VMAT組治療計(jì)劃設(shè)計(jì)中，為避免射野銜接部分劑量冷熱點(diǎn)的出現(xiàn)，要求射野重疊部分至少保持在2 cm以上[6]。驗(yàn)證中也對(duì)這一部分做了著重地分析和比較，結(jié)果表明RapidArc計(jì)劃能夠完美地實(shí)現(xiàn)多中心射野銜接計(jì)算。而對(duì)于以往研究中筆者采用EDR2膠片對(duì)HT計(jì)劃劑量驗(yàn)證中所發(fā)現(xiàn)的“螺紋”效應(yīng)[7]，本研究中沒(méi)有得到明顯地體現(xiàn)，雖然采用較大的射野寬度(5 cm)和螺距值(0.43)。這是因?yàn)槟ｓw探測(cè)器矩陣分辨率較低(1 cm)，不足以顯示類似膠片所能呈現(xiàn)的劑量信息。

對(duì)兩組計(jì)劃的Gamma通過(guò)率進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，HT組總體要比VMAT組偏低，尤其在頭頸部及盆腔部。這是由于HT治療擺位是在虛擬等中心上進(jìn)行，而在治療床的前行過(guò)程中卻有著約2 mm自身重力的沉降[8]，雖然在計(jì)劃實(shí)施前予以MVCT圖像配準(zhǔn)，但這種影響依然無(wú)法消除。Low DA等[9]研究顯示1mm的床位誤差可以使劑量均勻度在不同旋轉(zhuǎn)層面的相鄰處產(chǎn)生大于20%的誤差，而在頭頸部及盆腔部的驗(yàn)證實(shí)施時(shí)先將模體按照激光燈擺位，再按計(jì)劃預(yù)讀距離(30～45 cm)通過(guò)平移治療床將模體送達(dá)驗(yàn)證實(shí)施的初始位置，這個(gè)過(guò)程勢(shì)必存在著由于治療床到位精度所致的偏差存在。而VMAT組在驗(yàn)證實(shí)施過(guò)程中需要對(duì)每次中心擺位進(jìn)行模體位置的校對(duì)和調(diào)整，這個(gè)步驟最大限度地降低了由于擺位誤差對(duì)劑量通過(guò)率產(chǎn)生的影響。

4 結(jié)論

運(yùn)用ArcCHECK的Merge功能能夠較好的完成VMAT超長(zhǎng)靶區(qū)的劑量驗(yàn)證，采用雙計(jì)劃法（參考/執(zhí)行）可實(shí)現(xiàn)對(duì)HT超長(zhǎng)靶區(qū)以及遠(yuǎn)離擺位中心部分靶區(qū)的劑量驗(yàn)證，并得到了較高的驗(yàn)證通過(guò)率。通過(guò)本研究中技術(shù)方法的探討，筆者較為有效而可靠地建立了超長(zhǎng)靶區(qū)旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)的驗(yàn)證規(guī)程，從而為其他單位臨床應(yīng)用提供了必要的依據(jù)與參考。

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Patient-Specific Dose Verification Method Using ArcCHECK for Total Marrow Irradiation with Intensity Modulated Arc Therapy

【W(wǎng)riters】XIE Chuanbin, XU Shouping, XU Wei, CONG Xiaohu, GE Ruigang, GONG Hanshun, JU Zhongjian, DAI Xiangkun

Department of Radiotherapy, PLA General Hospital, Beijing, 100853

To investigate the patient-specific dose verification method using ArcCHECK for total marrow irradiation (TMI) with Volumetric Modulated Arc Therapy(VMAT) and Helical Tomotherapy(HT) . The kVCT images collected from 8 patients were respectively designed for RapidArc and Tomotherapy plans in total marrow irradiation. ArcCHECK was used for dose verification for the head-neck, chest-abdomen and pelvic. The merging function of ArcCHECK was used in VMAT and the method of double plans(reference and delivery plans) were used in HT. The γ-analysis passing rates for the head-neck, chest-abdomen, pelvic were 98.9%±1.9%, 98.4%±1.8%, 97.4%±2.1% for VMAT plans and 94.3%±1.5%, 96.5±1.2%, 94.1%±1.9% for HT plans. The results show that using the merging function of ArcCHECK can achieve the dose verification well for VMAT plans with TMI, The method of double plans was done for the dose verification of HT plans with TMI as well as the plans with the targets keeping away from the set-up center.

dose verification, total morrow irradiation (TMI), volumetric modulated arc therapy (VMAT), helical tomotherapy (HT)

R815

A

1671-7104(2015)01-0068-04

10.3969/j.issn.1671-7104.2015.01.019

2014-08-29

解放軍總醫(yī)院科技創(chuàng)新苗圃基金項(xiàng)目（13KMM09）

解傳濱，E-mail: xiechuanbin2003@163.com