宋孟孟

復旦大學附屬中山醫(yī)院廈門醫(yī)院 （福建廈門 361006）

隨著調強放射治療技術的發(fā)展和臨床對放射治療計劃要求的提高，計劃的復雜性相應地增加。與此同時，放射治療計劃驗證系統(tǒng)也從最早的點劑量驗證和面劑量驗證發(fā)展為如今的三維劑量驗證。在二維劑量驗證中，Matrixx和Map Check電離室矩陣使用率高，但是探頭間距大，空間分辨力較差。膠片作為常用的質控工具，由于高感光度和較高的組織等效性，使其對放射線低光譜非常敏感，具有很好的圖像分辨力。其中，GAFCHROMIC EBT3免沖洗膠片由于無需化學處理過程和嚴格避光，因此常被用于臨床質控，并可被用于二維計劃驗證[1]。Compass系統(tǒng)是一種基于測量的通量圖在患者CT圖像上重建三維劑量分布，反映患者三維解剖結構上劑量分布的劑量驗證系統(tǒng)。以往Compass系統(tǒng)使用帶托架和角度傳感器的Matrixx完成對直線加速器劑量的測量。為了提高圖像分辨力和方便測量，最新推出了新的測量工具——Dolphin，其探頭直徑為3.2 mm，靈敏體積為0.016 cm3，可直接插在直線加速器機頭上，跟隨機頭旋轉，測量文件被傳輸?shù)紺ompass系統(tǒng)的軟件部分，重新參與劑量重建和計算，得到CT圖像三維結構的劑量分布和Gamma通過率。由于文件格式不同，以往多借助不同驗證工具按照各自的測量方法分別得到Gamma通過率。本研究將Dolphin測量結果導入Compass系統(tǒng)軟件，經(jīng)過Compass系統(tǒng)算法重建，得到Compass_2D文件；將EBT3膠片插入固體水模體中，在直線加速器上執(zhí)行治療計劃系統(tǒng)（treatment planning system，TPS）計劃，經(jīng)膠片掃描儀掃描后，得到EBT3_2D文件；將TPS計劃復制到固體水模體中，可得到TPS_2D文件；在RIT113軟件中對Compass_2D、EBT3_2D、TPS_2D文件進行兩兩比較，進而得到Compass_2D VS TPS_2D、EBT3_2D VS TPS_2D和Compass_2D VS EBT3_2D的Gamma通過率。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2020年4月至2021年2月于復旦大學附屬中山醫(yī)院廈門醫(yī)院接受放射治療的8例不同腫瘤類型患者，包括小細胞肺癌、前列腺癌、下咽癌、肝癌、乳腺癌、膠質母細胞瘤、食管中段癌、鼻咽癌，其中男7例，女1例；年齡49～76歲，中位年齡58歲。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會批準；所有患者均無放射治療禁忌證，且已簽署研究知情同意書。

1.2 設備

1.2.1 治療計劃系統(tǒng)和直線加速器

本研究應用Monaco5.11治療計劃系統(tǒng)和醫(yī)科達Elekta大型直線加速器，其中由飛利浦大孔徑CT掃描獲得的CT圖像會傳輸?shù)組onaco5.11治療計劃系統(tǒng)，由住院醫(yī)師勾畫危及器官和腫瘤靶區(qū)，并經(jīng)主任醫(yī)師審核后，由物理師按照處方要求制定放射治療計劃，計劃審核后，在醫(yī)科達Elekta大型直線加速器Versa HD上執(zhí)行，多葉準直器（multi-leaf collimator，MLC）寬度為0.5 mm，最大射野為40 cm×40 cm。

1.2.2 Compass 驗證系統(tǒng)

Compass 驗證系統(tǒng)（IBA 比利時）是一種基于患者三維解剖結構圖像進行體內劑量重建的計劃驗證系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含軟件系統(tǒng)與測量系統(tǒng)兩部分[2]。（1）軟件系統(tǒng)：借助三維水箱采集直線加速器不同深度部位的劑量分布、Profile 曲線，結合其他參數(shù)，使用卷積迭代（collapsed cone）計算方法，構建獨立于TPS 的劑量模型，將TPS 導入Compass 驗證系統(tǒng)進行計算，從而得出三維劑量驗證結果，該方法不經(jīng)過直線加速器的測量，可直接進行劑量計算，并且對TPS 計算結果進行獨立驗證。（2）測量系統(tǒng)：由直接插在直線加速器機頭的電離室探測器陣列（被命名為Dolphin）組成，Dolphin 包含1 513個電離室探測器，靈敏體積為0.016 cm3，測量面積為28 cm×28 cm，中間由間隔5 mm 的電離室組成14 cm×14 cm 的探測區(qū)域，外圍探測器間距10 mm；Dolphin 只需要在初始時做好角度修正，無需連接角度探測器，可跟隨機架旋轉測量，在無線網(wǎng)絡中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步測量和傳輸，將采集的數(shù)據(jù)文件導入Compass 軟件系統(tǒng)進行劑量計算，即可得到患者驗證計劃在直線加速器上采集數(shù)據(jù)的驗證結果，即重建劑量（其可以在治療計劃中心所在的冠狀位層面導出，格式為DICOM），TPS計劃的CT、RT Plan、RT Dose文件被傳輸?shù)紺ompass系統(tǒng)，與導入的測量文件進行Gamma（3%/3 mm）分析，即可得到所有三維解剖結構的通過率。

1.2.3 膠片與掃描儀

本研究將EBT3膠片與Epson Expression 1680 Pro 掃描儀結合使用，可提供多種功能系統(tǒng)及二維的高精度劑量信息，能夠在涉及劑量分布驗證的質量保證程序中給出準確的結果。對于EBT3膠片，應遵循以下準則：將膠片存放在恒定大氣條件下的不透光信封中，曝光照射至少4 h 后再進行掃描，以最大限度地確?？芍貜托?；且相關人員應戴手套處理膠片，避免機械性牽拉；此外，在使用時，應將膠片放至固體水模體中[3]。對于Epson Expression 1680 Pro 掃描儀，應滿足以下使用條件：預熱30 min，應將EBT3膠片放置在掃描儀中間，膠片的長邊與掃描儀長邊平行，且膠片邊緣距離掃描起始線至少保持3 cm，盡量避免掃描儀噪聲和掃描儀燈的影響[4]。

1.3 二維劑量文件的獲取方式

固體水模體的厚度為7 cm，長和寬均為30 cm，在使用時應水平放置。具體使用分為兩部分：（1）將經(jīng)過CT 掃描后得到的圖像導入TPS，以Z 軸方向2 cm 厚度的層面為冠狀面，將該層面中心點作為計劃中心，將8例不同腫瘤類型患者的放射治療計劃復制在固體水模體上，經(jīng)過計算得到固體水驗證計劃，再將中心點冠狀層面的劑量文件導出得到TPS_2D；（2）將固體水模體放置在直線加速器下方的治療床上，且保證和CT 掃描時的擺位保持一致，再將EBT3膠片插入固體水模體的中心點所在層面，然后開始執(zhí)行放射治療計劃，最終生成8張包含患者驗證計劃信息的EBT3膠片，將上述膠片依次放入掃描儀中，按照規(guī)范的操作步驟掃描后生成各自的EBT3_2D 文件，需要注意的是，應使用同一批次的EBT3膠片，并提前獲取灰度-劑量校準曲線，便于將EBT3膠片的灰度值轉換為劑量值。

另外，將Dolphin 探測器插入直線加速器治療頭并執(zhí)行放射治療計劃，待取得劑量文件后，將其回傳到Compass 系統(tǒng)，經(jīng)過Compass 系統(tǒng)自身算法的重建計算，最終得到驗證計劃在CT 圖像上的三維劑量分布；將中心點所在冠狀層面導出后，可獲得Compass 系統(tǒng)的二維驗證計劃文件（Compass_2D）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

在RIT113軟件中對TPS_2D、Compass_2D 和EBT3_2D文件分別進行Gamma 分析，以Gamma 值<1的點數(shù)占所有參與點的百分比例計算通過率，若所有計算點的Gamma值≤1，則通過率為100%，若所有計算點的Gamma 值>1，則通過率為0，計算標準為3%/3 mm，閾值為10%，距離一致性（distance-to-agreement，DTA）搜索半徑為10 mm。在計算Compass_2D VS TPS_2D、EBT3_2D VS TPS_2D、Compass_2D VS EBT3_2D 的Gamma 通過率時，前兩者將TPS 圖像作為參考圖像，最后一項Compass_2D 數(shù)據(jù)與EBT3_2D 的比較中，將EBT3作為參考圖像，若通過率<90%，則驗證計劃不通過，需要查找原因，重新制定放射治療計劃，反之計劃通過，可用于臨床治療，其中，通過率>95%表示驗證計劃較好，與參考計劃的差異較小。

2 結果

8例患者Compass_2D VS TPS_2D、EBT3_2D VS TPS_2D、Compass_2D VS EBT3_2D的Gamma通過率均>90%；在Compass_2D VS TPS_2D的驗證結果中，僅鼻咽癌的Gamma通過率<95%；在EBT3_2D VS TPS_2D的驗證結果中，小細胞肺癌和乳腺癌的Gamma通過率均<95%；在Compass_2D VS EBT3_2D的驗證結果中，小細胞肺癌、乳腺癌和鼻咽癌的Gamma通過率均<95%，見表1。

表1 不同系統(tǒng)間對比的Gamma 通過率（%）

3 討論

Compass 系統(tǒng)和EBT3膠片屬于放射治療計劃驗證中的兩種不同驗證工具。國外關于Compass 系統(tǒng)已有很多報道[5-7]，但國內對Compass 系統(tǒng)的認識仍存在不足，主要原因在于驗證設備的種類繁多，Compass 系統(tǒng)在國內放療科使用的普及率不高，并且Compass 系統(tǒng)需要采集加速器數(shù)據(jù)進行建模，不能直接投入使用。然而EBT3膠片早已被廣泛用于放射治療質量保證體系中，EBT3膠片對劑量的響應也比較穩(wěn)定[8]，而且將膠片用于放射治療計劃驗證也已有先例。Casanova 等[9]將EBT3膠片放入固體水模體中執(zhí)行了10個調強放射治療計劃，然后將EBT3膠片劑量文件與TPS 進行比較，發(fā)現(xiàn)10例驗證計劃的通過率均>90%。雖然EBT3膠片具有分辨力高的特點，但是不同廠家和批次的膠片不能保證完全一致，在使用EBT3膠片前需要獲取新的灰度-劑量校準曲線，而且膠片尺寸小，一次只能用于一例患者且不能重復利用，因此在臨床工作中電離室設備的應用更為廣泛，關于Compass 系統(tǒng)能否代替膠片用于放射治療質控體系的研究即變得尤為重要。

與其他驗證工具只提供一個Gamma 通過率代表驗證計劃的結果相比，Compass 系統(tǒng)能夠在CT 圖像上重建放射治療計劃，與TPS 計劃對比后計算出治療區(qū)域所有體素的Gamma 值，最終統(tǒng)計所有靶區(qū)和危及器官的Gamma 通過率[10]，是真正意義上的三維驗證工具。本研究選擇了8例臨床常見的病例，在獲取每例患者的TPS_2D、EBT3_2D 和Compass_2D 劑量文件后，對這3個劑量文件進行兩兩比較，最終得到了相同患者在相同層面的不同驗證結果，發(fā)現(xiàn)所有計劃的Gamma 通過率均>90%，8例放射治療計劃均可應用于臨床，Compass_2D 與TPS_2D 和EBT3_2D 的驗證計劃結果一致[11]。

為了驗證Compass系統(tǒng)的準確性，本研究利用Compass系統(tǒng)重建計劃的中心點所在冠狀層面驗證文件，分別與TPS和EBT3膠片在同一層面的劑量文件進行對比，該方法為判斷Compass系統(tǒng)的準確性提供了證明。本研究的對比結果表明，Compass系統(tǒng)是值得信賴的產(chǎn)品，可以將其作為患者治療計劃驗證的工具，為患者治療計劃能否實施提供標準。本研究關于Compass系統(tǒng)重建的驗證結果僅對比了中心點所在的冠狀層面，其他層面和表面劑量的準確性是未來研究的方向。