劉凌湘，黃賢海，張慶釗，陳照輝，易蘭

廣州市番禺區(qū)中心醫(yī)院 腫瘤科，廣東 廣州 511400

引言

立體定向放射治療（Stereotactic Radiation Therapy，SRT）具有照射野小、單次劑量高、治療次數(shù)少、射野邊緣劑量梯度大等特點[1-2]。運用直線加速器來實現(xiàn)時常采用調(diào)強放療技術(shù)（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT），包括固定野調(diào)強和容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強（Volumetric Modulated Arc Radiation Therapy，VMAT）[2-3]。固定野IMRT主要通過多個不同方向的照射野、多葉準(zhǔn)直器（Multi-Leaf Collimator，MLC）、射束強度的調(diào)制來實現(xiàn)腫瘤部位劑量的適形分布；VMAT則在固定野IMRT的基礎(chǔ)上，結(jié)合機架的旋轉(zhuǎn)變化、MLC位置的動態(tài)變化、射束劑量率的連續(xù)可調(diào)來實現(xiàn)腫瘤部位劑量的高度適形[4]。由于IMRT和VMAT包含不同強度的復(fù)雜射野，計劃復(fù)雜度高，為保障患者的生命安全，在治療前需要進(jìn)行治療計劃的劑量驗證以保證劑量傳遞的準(zhǔn)確性[5-8]。常見的方法是將患者的治療計劃，即計劃系統(tǒng)計算的劑量分布與某種驗證系統(tǒng)測得的劑量分布進(jìn)行比較，如點劑量驗證、二維或三維劑量驗證等，并借助一定的指標(biāo)[如劑量偏差（Percent Dose Difference，DD）、距離一致性（Distance to Agreement，DTA）和γ分析方法]進(jìn)行分析，以確定劑量差異的不確定度，進(jìn)而確定治療計劃的可執(zhí)行性[5-8]。由于三維劑量驗證采用的是治療計劃的實際參數(shù)，可以對治療計劃的準(zhǔn)確性進(jìn)行更全面地評估，更真實地反映患者接受的實際照射劑量，在現(xiàn)階段的劑量驗證中得到廣泛應(yīng)用[6]。γ分析方法由于兼容了DD和DTA這2種分析方法的優(yōu)點，在劑量分析時亦廣泛采用[5-8]。目前已有各種的三維劑量驗證系統(tǒng)用于SRT治療前的計劃驗證的報道[9-14]，本研究從系統(tǒng)測量的精度及γ 分析方法出發(fā)，旨在比較SRS MapCHECK（SRS）、ArcCHECK（Arc）及Portal Dosimetry（PD）這3種劑量驗證系統(tǒng)在SRT治療計劃劑量學(xué)驗證上的差異，以期為臨床SRT劑量驗證選擇合適的驗證系統(tǒng)及評價標(biāo)準(zhǔn)提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 劑量驗證系統(tǒng)

本研究采用了SRS、Arc及PD這3種劑量驗證系統(tǒng)。其中，SRS二維半導(dǎo)體矩陣探測器是美國Sun Nuclear公司研發(fā)的[15]，包含1013個探測靈敏體積為0.007 mm3的半導(dǎo)體探測器，尺寸0.48 mm×0.48 mm、厚度0.03 mm，交錯分布于上下2塊印制電路板上，電路板面對面對齊設(shè)計，使得上下2層探測器的靈敏區(qū)處于同一平面；探測器間的橫向和縱向間距均為1.75 mm、對角線方向間距為2.47 mm，有效探測面積77 mm×77 mm。探測器平面上下的建成和背向散射材料是聚甲基丙烯酸甲酯（Poly Methyl Methacrylate，PMMA），質(zhì)量密度為1.19 g/cm3，厚度為22 mm（等效水厚度27.5 mm）。驗證治療計劃時需結(jié)合配套的StereoPHAN模體、將SRS插入其中進(jìn)行測量。Arc N型三維半導(dǎo)體劑量探測器也是美國Sun Nuclear公司研發(fā)的[13]，包含1386個探測靈敏體積為0.019 mm3的半導(dǎo)體探測器，尺寸0.8 mm×0.8 mm，探頭間距10 mm，以螺旋狀分布在離中心10.4 cm、長和直徑均為21 cm的圓柱形PMMA模體中，中心包括1個直徑為15 cm的圓柱形空腔，測量時可使用配套的圓柱形多功能插件。總有效測量長度為21 cm。PMMA的相對電子密度為1.15，物理密度為1.18 g/cm3，等效水厚度為3.28 cm。PD是Varian VitalBeam直線加速器自帶的非晶硅電子射野影像裝置[14]，像素矩陣1280×1280、像素尺寸0.34 mm×0.34 mm，有效探測面積是 43 cm×43 cm，可用于二維和三維劑量測量。

1.2 驗證計劃設(shè)計與實施

隨機選擇在我院行立體定向放療的腫瘤患者45例，年齡29～84歲，平均57.62歲，計劃靶體積（46.37±38.19）cm3。所有患者的治療計劃采用Varian Eclipse 15.6 治療計劃系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計并在Varian VitalBeam直線加速器上實施。技術(shù)：IMRT或VMAT；能量：均整模式或無均整模式的6 MV X射線，對應(yīng)的劑量率600 MU/min或1400 MU/min。采用實際野整體測量[6]的方法設(shè)計SRS、Arc及PD的驗證計劃，除床角位置歸一至0°外，機器跳數(shù)、機架角、準(zhǔn)直器、鉛門、MLC葉片位置均不變，網(wǎng)格分辨率統(tǒng)一采用1 mm。其中SRS 和Arc采用Brilliance BigBore 16排CT模擬機（Philips公司，荷蘭）進(jìn)行掃描以建立驗證計劃模體模型，層厚分別為1 mm和3 mm，驗證計劃設(shè)計時將靶體積中心置于模體中心位置；PD則直接通過射野劑量圖像預(yù)測算法計算驗證計劃劑量預(yù)測分布圖。實施驗證計劃前，對SRS、Arc及PD這3種劑量驗證系統(tǒng)依據(jù)廠商推薦和文獻(xiàn)指南[4,15]分別進(jìn)行嚴(yán)格的劑量校準(zhǔn)和試運行檢測，以確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時，每次測量前對VitalBeam直線加速器按照相關(guān)報告推薦的標(biāo)準(zhǔn)[16]進(jìn)行一系列的機械精度校準(zhǔn)，以保證加速器處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)，減少劑量驗證測量的誤差。實施驗證計劃時，依次采用SRS、Arc及PD 3種驗證系統(tǒng)對同一治療計劃進(jìn)行劑量驗證，其中SRS和Arc需置于加速器治療床上，利用激光燈進(jìn)行模體擺位，源皮距SSD分別為92.5 cm 和86.7 cm，測量結(jié)果采用配套的SNC Patient 軟件進(jìn)行分析；PD則以Integrity模式在源皮距SSD=100 cm處進(jìn)行測量，結(jié)果采用Varian計劃系統(tǒng)自帶的PD軟件進(jìn)行分析。

1.3 γ分析方法

γ分析方法是一種定量比較2種劑量分布的常用方法，是用于治療前計劃質(zhì)量檢查的常用的比較指標(biāo)[5-8]。本研究在通用劑量閾值10%的條件下，采用5種DD/DTA評價標(biāo)準(zhǔn)組 合（3%/2 mm、3%/1 mm、2%/2 mm、2%/1 mm、1%/1 mm）進(jìn)行了基于絕對劑量模式下的全局劑量歸一的γ指數(shù)分析，可執(zhí)行的計劃要求γ通過率最好≥95%或最低≥90%[5-6]。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 22.0統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。經(jīng) Shapiro-Wilk 檢驗，各組數(shù)據(jù)不服從正態(tài)分布，數(shù)據(jù)以M（Q1，Q3）表示。3種劑量驗證系統(tǒng)的治療計劃的γ通過率采用Kruskal-Wallis H檢驗，差異有統(tǒng)計學(xué)意義時進(jìn)一步進(jìn)行兩兩Bonferroni校正法檢驗分析，以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

45例患者的治療計劃采用SRS、Arc及PD驗證得到的具體的γ指數(shù)分析結(jié)果如圖1所示，采用SRS劑量驗證系統(tǒng)時，45例患者的治療計劃在3%/2 mm、3%/1 mm、2%/2 mm、2%/1 mm的評價標(biāo)準(zhǔn)下平均γ通過率均大于95%，1%/1 mm的評價標(biāo)準(zhǔn)下部分γ通過率＞90%；采用Arc和PD劑量驗證系統(tǒng)時，45例患者的治療計劃在3%/2 mm和2%/2 mm的評價標(biāo)準(zhǔn)下平均γ通過率均大于95%，3%/1 mm的評價標(biāo)準(zhǔn)下平均γ通過率＞90%，2%/1 mm的評價標(biāo)準(zhǔn)下部分γ通過率＞90%，1%/1 mm的評價標(biāo)準(zhǔn)下γ通過率均＜90%。

表1為45例患者的治療計劃采用SRS、Arc及PD 驗證得到的γ通過率比較情況。由表1可知，在不同的評價標(biāo)準(zhǔn)下SRS、Arc及PD驗證得到的γ通過率差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P值均＜0.05）。進(jìn)一步兩兩比較發(fā)現(xiàn)，3%/2 mm和2%/2 mm的評價標(biāo)準(zhǔn)下，SRS和PD驗證得到的γ通過率無統(tǒng)計學(xué)意義（P值均＞0.05）；3%/1 mm、2%/1 mm和1%/1 mm的評價標(biāo)準(zhǔn)下，Arc和PD驗證得到的γ通過率無統(tǒng)計學(xué)差異（P值均＞0.05）；結(jié)合圖1和表1可知，這3種劑量驗證系統(tǒng)在不同的評價標(biāo)準(zhǔn)下得到的治療計劃的γ通過率存在差異，且隨著評價標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，SRS、Arc及PD的驗證通過率越來越低，低于90%的γ通過率差異越來越大，在確定治療計劃是否可行上，SRS優(yōu)于Arc和PD，PD略優(yōu)于Arc。

表1 采用SRS、Arc及PD 驗證得到的γ通過率比較[M（Q1，Q3），%]

圖1 采用SRS（a）、Arc（b）及PD（c）驗證得到的γ通過率分布情況

3 討論

劑量驗證作為臨床治療計劃質(zhì)控的一部分，劑量傳遞的準(zhǔn)確性是影響放射治療效果的關(guān)鍵因素。對SRT治療計劃來說，劑量驗證需選用合適的探測器[5]。膠片驗證是劑量驗證的金標(biāo)準(zhǔn)，具有空間分辨率高、驗證結(jié)果精準(zhǔn)可靠等特點，但不能及時顯示驗證結(jié)果，操作復(fù)雜[3,9-10]。本研究中使用的SRS半導(dǎo)體探測器擁有足夠小的靈敏體積（0.007 mm3）和探頭間距（≤2.47 mm），具備較好的劑量測量精度，較高的空間分辨率。大量研究者詳細(xì)分析了SRS的劑量學(xué)特性，指出其在SRT治療計劃的驗證上與膠片驗證幾乎等效，推薦可作為SRT劑量驗證的專用工具[3,9-10,17]。Arc作為一種圓柱形三維半導(dǎo)體探測器，探頭靈敏體積0.019 mm3、間距10 mm，具有靈敏度高、穩(wěn)定性好以及劑量響應(yīng)線性度好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于IMRT和VMAT的三維劑量驗證[4,7]，目前已成為SRT劑量驗證的重要工具之一[11-13]。PD是加速器自帶的一種劑量驗證系統(tǒng)，最初主要被用來進(jìn)行患者的治療擺位驗證和加速器的質(zhì)量保證[18]，但隨著PD系統(tǒng)的不斷發(fā)展，所呈現(xiàn)出來的良好的劑量學(xué)響應(yīng)線性、測量的重復(fù)性和長期穩(wěn)定性，使得其在臨床二維和三維劑量驗證上得到了廣泛的應(yīng)用[4,7,18]，亦成為SRT劑量驗證的重要工具之一[12,14,19]。本研究結(jié)果表明，SRS、Arc 和PD均可用于治療前SRT的治療計劃驗證，不同評價標(biāo)準(zhǔn)下，各驗證系統(tǒng)得到的γ通過率差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。同時，隨著評價標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，各驗證系統(tǒng)驗證得到的失敗率（γ通過率＜90%）越來越高，其中SRS驗證的失敗率遠(yuǎn)小于Arc和PD，驗證結(jié)果的平均γ通過率亦優(yōu)于Arc和PD，表明SRS在SRT治療計劃的驗證上具有絕對的優(yōu)勢，這可能與其探測器上下兩層交錯分布，同時擁有足夠小的探測器靈敏體積和間距，空間分辨率高于Arc和PD相關(guān)。PD驗證的失敗率略低于Arc，這可能是因為PD的探測器尺寸好于Arc，單位面積上參與測量的探測器數(shù)量多，體積平均效應(yīng)較小，γ通過率可能有所改善[4,7]。從而，從驗證系統(tǒng)的精度出發(fā)，進(jìn)行SRT劑量驗證時可優(yōu)先采用SRS，其次是PD。

目前，對常規(guī)治療計劃，推薦采用10%的劑量閾值、3%/2 mm的評價標(biāo)準(zhǔn)，γ通過率應(yīng)＞95%[5-6]或≥90%[6]來確定治療計劃的可執(zhí)行性，但對立體定向治療計劃未提出明確的評價標(biāo)準(zhǔn)。本研究采用SRS、Arc和PD 3種劑量驗證系統(tǒng)對同一SRT治療計劃進(jìn)行劑量驗證，其中，SRS已被證實在3%/1 mm和2%/1 mm的評價標(biāo)準(zhǔn)下，具有與膠片驗證幾乎等效的臨床驗證結(jié)果，本研究結(jié)果亦表明，SRS在3%/1 mm和2%/1 mm的評價標(biāo)準(zhǔn)下可獲得很好的γ通過率（平均γ通過率均＞95%），臨床應(yīng)用可采用較嚴(yán)格的2%/1 mm的評價標(biāo)準(zhǔn)；對于Arc和PD，已被證實分別在3%/2 mm和3%/1 mm的評價標(biāo)準(zhǔn)下，具有理想的SRT劑量驗證結(jié)果，本研究結(jié)果亦表明二者在3%/2 mm和2%/2 mm的評價標(biāo)準(zhǔn)下平均γ通過率均＞95%、3%/1 mm的評價標(biāo)準(zhǔn)下平均γ通過率＞90%，臨床應(yīng)用時二者可采用較嚴(yán)格的2%/2 mm或3%/1 mm的評價標(biāo)準(zhǔn)。本研究還對比分析了1%/1 mm的評價標(biāo)準(zhǔn)下SRS、Arc和PD的驗證結(jié)果，盡管SRS有部分計劃γ通過率＞90%，但從驗證結(jié)果的確定性考慮，不推薦采用，這是因為該標(biāo)準(zhǔn)下無法消除測量裝置擺位的不確定性，容易出現(xiàn)系統(tǒng)誤差和統(tǒng)計波動[15,20]。同時，本研究亦存在一定的局限性，如樣本量少，未進(jìn)一步細(xì)分不同能量模式下（均整和非均整）、不同技術(shù)下（IMRT和VMAT）及不同部位處的治療計劃的γ通過率。

4 結(jié)論

治療計劃劑量驗證的目的在于驗證靶區(qū)劑量的準(zhǔn)確性。本研究結(jié)果表明，SRS、Arc及PD均可用于SRT治療前計劃的劑量驗證。由于探測器的精度顯著影響SRT患者特定治療前劑量驗證結(jié)果，具有較高空間分辨率的SRS在SRT治療計劃驗證上優(yōu)勢明顯，在臨床應(yīng)用中，可優(yōu)先考慮。其次，采用越嚴(yán)格的γ評價標(biāo)準(zhǔn)，檢測出治療計劃錯誤的概率越高，與3%/2 mm的評價標(biāo)準(zhǔn)相比，使用SRS較嚴(yán)格的γ評價標(biāo)準(zhǔn)為2%/1 mm，Arc和PD較嚴(yán)格的γ評價標(biāo)準(zhǔn)為2%/2 mm或3%/1 mm。