王寧，陳阿龍

1. 中山市中醫(yī)院 放療室，廣東 中山 528400；2. 中山大學(xué)腫瘤防治中心 華南腫瘤學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510060

引言

當(dāng)前，快速旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)技術(shù)（RapidArc）廣泛應(yīng)用于臨床，不同于以往的3DCRT和IMRT技術(shù)，RapidArc技術(shù)在機(jī)架旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，通過(guò)可變的劑量率、MLC葉片運(yùn)動(dòng)、機(jī)架角度和速度，來(lái)更高效滿足臨床靶區(qū)和危及器官的要求。由于RapidArc計(jì)劃控制參數(shù)多，不確定因素大，為了保證治療安全，在計(jì)劃被執(zhí)行前實(shí)施病人劑量驗(yàn)證尤為重要[1-4]。目前用于RapidArc計(jì)劃劑量驗(yàn)證的二維或三維設(shè)備主要有Matrixx、Delta4、ArcCHECK 等[5-9]。Octavius 4D 是專為旋轉(zhuǎn)照射劑量測(cè)量的探測(cè)陣列[10-13]，筆者研究其電離室探頭特性及其在RapidArc劑量驗(yàn)證中的應(yīng)用。

1 材料和方法

1.1 設(shè)備與軟件

1.1.1 直線加速器

VarianTriology直線加速器（美 國(guó)），由60對(duì)多葉光柵葉片組成，中心40對(duì)葉片寬度為每片5 mm，兩端各10對(duì)葉片寬度為1 cm，葉片最大運(yùn)動(dòng)速度為2.5 cm/s，計(jì)劃劑量率設(shè)置為600 MU/min。

1.1.2 計(jì)劃系統(tǒng)（TPS）

計(jì)劃系統(tǒng)為Varian Eclipse 11.0，計(jì)劃采用6 MV X線，劑量算法為各向異性解析算法（Anisotropic Analytic Algorithm，AAA），計(jì)算網(wǎng)格為2.5 mm。每個(gè)放療計(jì)劃均有2個(gè)治療弧，第一個(gè)弧從179°逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至181°，準(zhǔn)直器角度為15°，第二個(gè)弧從181°順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至179°，準(zhǔn)直器角度為345°。

1.1.3 Octavius 4D驗(yàn)證系統(tǒng)（德國(guó)PTW公司）

（1） Octavius 4D圓柱型等效固體水旋轉(zhuǎn)模體：直徑32.0 cm、長(zhǎng)度34.3 cm，可360°旋轉(zhuǎn)，HUvalue為16，相對(duì)電子密度為1.016，物理密度為1.05 g/cm3；通過(guò)固定在機(jī)架上的角度儀來(lái)確定角度大??；二維矩陣插入模體中，測(cè)量過(guò)程中模體可以與機(jī)架保持同步旋轉(zhuǎn)，探測(cè)器陣列始終保持與入射束垂直以避免探測(cè)器的方向依賴性，這樣就可以測(cè)定在不同機(jī)架角度下平面劑量，2D探測(cè)器陣列探測(cè)到的劑量（每一個(gè)機(jī)架角度情況下）與深度劑量聯(lián)合重建生成模體內(nèi)的三維劑量分布。同時(shí)搭配可插入膜體適配板的0.125 cm3指型電離室，用于膜體中心點(diǎn)劑量的測(cè)量。

（2）Octavius Detector 729二維矩陣：物理尺寸2.2 cm（厚）×30 cm（寬）×42 cm （長(zhǎng)）；有效參考點(diǎn)置于陣列表面的0.75 cm深度處；共729個(gè)電離室探頭，電離室中心間距為1 cm，分布在一個(gè)有效面積為27 cm×27 cm平面上；每個(gè)電離室體積為0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm；測(cè)量量程為0.5～48.0 Gy/min； 探測(cè)器劑量分辨率為1 mGy且無(wú)劑量測(cè)量上限限制。

（3）Octavius Detector 1000SRS 由 977 個(gè)液體電離室組成（尺寸：0.23 cm×0.23 cm×0.05 cm），其靈敏體積為0.03 cm3，電離室為非均勻分布，有效測(cè)量范圍11 cm×11 cm，在5.5 cm×5.5 cm 的中心區(qū)域內(nèi)，相鄰電離室間距為0.25 cm，中心區(qū)域以外間距為0.5 cm，對(duì)角線上距離為0.35 cm , 測(cè)量量程為0.1～36 Gy/min，1000SRS比729的尺寸更小，空間分辨率更優(yōu)，常用于SBRT和SRS病人治療計(jì)劃的劑量驗(yàn)證和小射野的質(zhì)量保證等工作。

（4）VeriSoft 5.1分析軟件：支持面劑量的2D比較分析及用于測(cè)量值和TPS計(jì)算的3D劑量比較分析。

1.2 病例選擇

在通過(guò)臨床放療醫(yī)師劑量要求并已確認(rèn)的RapidArc計(jì)劃中抽取20例惡性腫瘤患者，其中鼻咽癌10例，直腸癌10例。

1.3 檢測(cè)并校準(zhǔn)

對(duì)加速器各項(xiàng)機(jī)械參數(shù)、劑量輸出特性等進(jìn)行檢測(cè)校準(zhǔn)，確保機(jī)器性能良好穩(wěn)定后對(duì)Octavius 4D驗(yàn)證系統(tǒng)（包括729 和1000SRS）進(jìn)行校準(zhǔn)，包括絕對(duì)劑量校準(zhǔn)、方向性校準(zhǔn)和相對(duì)劑量校準(zhǔn)。

1.4 Octavius 729和1000SRS電離室探頭特性研究

以VeriSoft 5.1分析軟件上的讀數(shù)作為Octavius 729和1000SRS射野中心電離室探頭的測(cè)量數(shù)據(jù)，以劑量?jī)x上的讀數(shù)作為PTW31010型電離室的測(cè)量數(shù)據(jù)，三者采用相同的測(cè)量條件和測(cè)量深度。

1.4.1 穩(wěn)定性

0°機(jī)架角下探頭測(cè)量10 cm×10 cm射野下6 MV X線以600 MU/min劑量率出束的100 MU劑量。選取射野中心探頭的讀數(shù)作為響應(yīng)值，同時(shí)再用PTW31010型0.125 cm3指形電離室測(cè)量讀數(shù)并與之比較。每隔5 min測(cè)量1次共10次用于觀察短期穩(wěn)定性。以10次讀數(shù)的均值為基準(zhǔn)進(jìn)行歸一，得出各次讀數(shù)與均值的偏差百分比。

1.4.2 劑量響應(yīng)

0°機(jī)架角下探頭測(cè)量10 cm×10 cm射野下6 MV X線以 600 MU/min劑量率出束的 1、2、3、5、10、20、50、100、200、500 MU劑量。選取射野中心探頭的讀數(shù)作為響應(yīng)值，同時(shí)再用PTW31010型0.125 cm3指形電離室測(cè)量讀數(shù)并與之比較。每組重復(fù)測(cè)量3次取均值，將三種電離室的響應(yīng)均值與MU劑量數(shù)值進(jìn)行線性相關(guān)分析。

1.4.3 劑量率依賴性

0°機(jī)架角下探頭測(cè)量10 cm×10 cm射野下6 MV X線以100、200、300、400、500、600 MU/min劑量率出束的100 MU劑量。選取射野中心探頭的讀數(shù)作為響應(yīng)值，同時(shí)再用PTW31010型0.125 cm3指形電離室測(cè)量讀數(shù)并與之比較。每組重復(fù)測(cè)量3次取均值，分析三種電離室在不同劑量率大小時(shí)的變化趨勢(shì)。

1.4.4 射野大小依賴性

0°機(jī)架角下探頭測(cè)量3 cm×3 cm、5 cm×5 cm、7 cm×7 cm、10 cm×10 cm射野下6 MV X線以600 MU/min劑量率出束的100 MU劑量。選取射野中心探頭的讀數(shù)作為響應(yīng)值，同時(shí)再用PTW31010型0.125 cm3指形電離室測(cè)量讀數(shù)并與之比較。每組重復(fù)測(cè)量3次取均值，分析三種電離室在不同射野大小時(shí)的變化趨勢(shì)和差異。

1.5 臨床計(jì)劃劑量學(xué)驗(yàn)證

分別對(duì)20例患者的RapidArc計(jì)劃使用Octavius 729 和1000SRS進(jìn)行劑量學(xué)驗(yàn)證，比較其γ通過(guò)率的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，γ分析采用的標(biāo)準(zhǔn)均為劑量偏差3%、位置偏差3 mm和閾值10%[14]。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 20.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，劑量響應(yīng)采用線性回歸分析，2種癌癥患者和2種二維矩陣的γ通過(guò)率兩兩比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 穩(wěn)定性

以10次測(cè)量讀數(shù)的均值歸一，Octavius 729和1000SRS矩陣中心電離室探頭、PTW31010型指形電離室探頭的結(jié)果分別好于±0.156%、±0.14%和±0.03%。穩(wěn)定性結(jié)果，見圖1。

圖1 729、1000SRS和PTW31010電離室探頭測(cè)量的穩(wěn)定性

2.2 劑量響應(yīng)

1～500 MU 范 圍 內(nèi)，729、1000SRS和 PTW31010電離室探頭劑量響應(yīng)與MU呈現(xiàn)強(qiáng)線性相關(guān)，決定系數(shù)均為R2=1（圖 2）。

圖2 729、1000SRS和PTW31010電離室探頭測(cè)量的劑量響應(yīng)

2.3 劑量率依賴性

729、1000SRS和PTW31010電離室探頭對(duì)不同劑量率的響應(yīng)值如圖3，劑量率變化范圍為100～600 MU/min，隨劑量率變大，三種電離室探頭響應(yīng)均變小，變化范圍分別為0.46%、1.08%、0.58%，1000SRS探頭響應(yīng)的變化范圍最大，729的探頭響應(yīng)隨著劑量率大于300 MU/min后保持不變。

2.4 射野大小依賴性

三種電離室探頭響應(yīng)均隨照射野增大而增加，如圖4。三種電離室不同照射野下的響應(yīng)值差異均在1%以內(nèi)；當(dāng)照射野小到3 cm×3 cm時(shí)，1000SRS的響應(yīng)高于729和PTW31010的響應(yīng)0.97%；當(dāng)照射野大到10 cm×10 cm時(shí)，729高于其他0.62%。

圖4 729、1000SRS和PTW31010電離室探頭測(cè)量的射野大小依賴性

2.5 臨床計(jì)劃劑量學(xué)驗(yàn)證

對(duì)于20例患者的RapidArc計(jì)劃，1000SRS在鼻咽癌計(jì)劃和直腸癌計(jì)劃的平均通過(guò)率比729分別高出3.1%和1.3%，729和1000SRS的直腸癌計(jì)劃平均通過(guò)率分別高出鼻咽癌計(jì)劃2.2%和0.4%，且兩兩比較P＜0.05，均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，詳見表1。

表1 鼻咽癌與直腸癌RapidArc計(jì)劃在729和1000SRS上的平均通過(guò)率和標(biāo)準(zhǔn)差（%，±s）

表1 鼻咽癌與直腸癌RapidArc計(jì)劃在729和1000SRS上的平均通過(guò)率和標(biāo)準(zhǔn)差（%，±s）

病例 729 (3%/3 mm) 1000SRS (3%/3 mm) P值鼻咽癌 96.2±2.8 99.3±0.8 0.00直腸癌 98.4±1.6 99.7±0.5 0.00 P值 0.01 0.02

3 討論

目前，旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)已經(jīng)大量應(yīng)用于臨床，該治療模式的復(fù)雜性以及對(duì)機(jī)器參數(shù)的精確度等均對(duì)QA工作提出了較高的要求。雖然膠片空間分辨率高但其存在很多問(wèn)題，如僅能提供相對(duì)劑量信息、存在能量和方向依賴性、需頻繁校準(zhǔn)、測(cè)量結(jié)果易受曝光和沖洗等其他條件影響[15]。而二維平板矩陣方向依賴性高，當(dāng)射束入射角度平行于探測(cè)平面時(shí)會(huì)丟失部分劑量信息，適用于平面劑量分布驗(yàn)證[8,16]。Delta4是一款能提供三維劑量分布驗(yàn)證的質(zhì)量控制工具，含有1069個(gè)P型半導(dǎo)體探頭，探頭按2個(gè)正交矩陣排列[5]。而ArcCHECK也能提供三維劑量分布驗(yàn)證，含有1386個(gè)N型半導(dǎo)體探頭螺旋形排列[7]。

RapidArc計(jì)劃實(shí)施過(guò)程中加速器劑量率、多葉準(zhǔn)直器葉片位置、機(jī)架角度會(huì)連續(xù)變化，研究Octavius 4D探頭對(duì)劑量、劑量率及照射野大小的響應(yīng)尤其重要，筆者測(cè)試了Octavius 729和1000SRS的電離室探頭特性，其中心探頭相比0.125 cm3體積的PTW 31010電離室更容易產(chǎn)生波動(dòng)，穩(wěn)定性略微降低。三者都具有很好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)到1。729的劑量率響應(yīng)變化最小，且達(dá)到300 MU/min趨于穩(wěn)定。當(dāng)照射野在3 cm×3 cm～10 cm×10 cm范圍時(shí)Octavius 729和1000SRS探頭與PTW 31010電離室的差異在1%以內(nèi)，隨著照射野增大，探頭響應(yīng)增加，與散射劑量增加有關(guān)；當(dāng)照射野在3 cm×3 cm時(shí)，由于729和PTW 31010的電離室體積更大，其體積平均效應(yīng)低估了實(shí)際劑量。

Octavius 4D 驗(yàn)證系統(tǒng)能夠提供橫斷面、矢狀面、冠狀面的三維劑量對(duì)比，筆者采用廣泛使用的橫斷面劑量進(jìn)行分析，結(jié)果顯示計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算劑量與Octavius 729、1000SRS測(cè)量劑量符合度都較高，平均通過(guò)率均達(dá)到96%以上。對(duì)通過(guò)率差異分析發(fā)現(xiàn)，通過(guò)率受到幾個(gè)因素的影響，計(jì)劃復(fù)雜程度的不同導(dǎo)致計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算誤差不同和加速器執(zhí)行到位精度的不同：① 器官結(jié)構(gòu)和限制條件較多、劑量分布更復(fù)雜、劑量梯度變化更大的鼻咽癌患者計(jì)劃通過(guò)率相對(duì)較低；② 溫度、氣壓等測(cè)量環(huán)境因素的變化導(dǎo)致加速器執(zhí)行狀態(tài)差異；③ 模體擺位和測(cè)量誤差等人為因素影響。旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃驗(yàn)證的另一大限制就是探測(cè)器方向依賴性，不同機(jī)架角度下測(cè)量可產(chǎn)生高達(dá)15%的探測(cè)器響應(yīng)誤差[6]。Octavius 4D驗(yàn)證系統(tǒng)很好彌補(bǔ)了這一誤差，它通過(guò)將傳統(tǒng)二維矩陣插入到一個(gè)可與加速器機(jī)架同步旋轉(zhuǎn)的固體水模體中，從而保證射線束始終垂直電離室測(cè)量探頭，以消除角度依賴性，更加準(zhǔn)確采集患者計(jì)劃的劑量信息，并利用模體中已采集的能量百分深度劑量數(shù)據(jù)反演算出三維空間劑量分布，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃與測(cè)量劑量的三維對(duì)比。

從通過(guò)率來(lái)講，直腸癌和鼻咽癌的計(jì)劃通過(guò)率1000SRS均高于729，且有顯著性統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，有幾個(gè)方面的原因：① 從參與計(jì)劃評(píng)估點(diǎn)數(shù)方面來(lái)講，相同照射范圍內(nèi)，729矩陣評(píng)估點(diǎn)數(shù)低于1000SRS，由于樣本數(shù)較小，通過(guò)率統(tǒng)計(jì)魯棒性更差，僅適用于較大射野的調(diào)強(qiáng)計(jì)劃驗(yàn)證，對(duì)于射野較小的病例，應(yīng)采用分辨率更高的1000SRS液體矩陣；② 根據(jù)γ通過(guò)率的計(jì)算公式可知，參考矩陣分辨率越高，在計(jì)劃系統(tǒng)導(dǎo)出的劑量平面上，更容易在3mm的范圍內(nèi)找到劑量偏差小于3%的點(diǎn)，導(dǎo)致其通過(guò)率較高。Poppe等[17]報(bào)道了探測(cè)器大小和間距、計(jì)劃子野最小寬度、空間分辨率等參數(shù)都能帶來(lái)測(cè)量誤差，影響數(shù)據(jù)測(cè)量準(zhǔn)確性，比729探頭尺寸更優(yōu)和空間分辨率更高的1000SRS液體二維矩陣可得到更準(zhǔn)確的劑量數(shù)據(jù)[18]。

綜上所述，Octavius 4D 驗(yàn)證系統(tǒng)（729和1000SRS）都能滿足臨床多病種RapidArc計(jì)劃劑量驗(yàn)證要求，計(jì)劃驗(yàn)證的γ通過(guò)率與腫瘤部位及計(jì)劃復(fù)雜度相關(guān)，測(cè)量平面始終隨機(jī)架旋轉(zhuǎn)與射線束垂直，無(wú)角度依賴性，可行性值得認(rèn)可，且1000SRS液體電離室矩陣具有更大的優(yōu)勢(shì)。