鼻咽癌容積調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃驗(yàn)證中AcurosXB算法兩種劑量報(bào)告模式的差異

陸佳揚(yáng) 吳麗麗 黃寶添 彭 遜 (汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院放療科，廣東 汕頭 515041)

Eclipse治療計(jì)劃系統(tǒng)(Varian Medical Systems，Palo Alto，USA)近來實(shí)現(xiàn)了一種光子劑量計(jì)算算法，全稱為Acuros外射束算法，簡(jiǎn)稱AcurosXB或AXB。AcurosXB有兩種劑量報(bào)告模式:dose to water和dose to medium。鼻咽容積調(diào)強(qiáng)放療(VMAT)計(jì)劃的執(zhí)行過程影響因素較多〔1〕，實(shí)施前必須行劑量學(xué)驗(yàn)證。本研究探討臨床計(jì)劃劑量學(xué)驗(yàn)證中，使用AcurosXB的dose to water劑量報(bào)告模式(AXBw)和dose to medium劑量報(bào)告模式(AXBm)計(jì)算的模體計(jì)劃劑量與實(shí)測(cè)劑量的差異。

1 材料與方法

1.1 臨床資料 選取臨床使用的19例鼻咽癌容積調(diào)強(qiáng)6MV光子束外照射放療計(jì)劃，其中男15例，女4例，年齡＞60歲。腫瘤原發(fā)灶的計(jì)劃靶區(qū)(PTV)處方定義為95%靶區(qū)體積達(dá)到70 Gy以上的劑量。每個(gè)計(jì)劃均采用雙全弧形射野照射，順時(shí)針弧形射野準(zhǔn)直器角度為30°，逆時(shí)針弧形射野準(zhǔn)直器角度為330°，計(jì)劃?rùn)C(jī)器跳數(shù)為540±69。

1.2 儀器設(shè)備 測(cè)量三維Gamma值采用Delta4(Scandidos，Uppsala，Sweden)三維半導(dǎo)體探測(cè)器陣列，由分布著1 069個(gè)p型硅半導(dǎo)體的兩個(gè)正交的陣列探測(cè)器板構(gòu)成，中間區(qū)域(6 cm×6 cm)分辨率為5 mm，外圍區(qū)域分辨率10 mm。半導(dǎo)體尺寸為0.78 mm2。Delta4圓柱形模體的材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，有機(jī)玻璃)，密度為1.19 g/cm3，相對(duì)電子密度1.147。測(cè)量點(diǎn)劑量采用德國IBA公司的驗(yàn)證點(diǎn)劑量的I’mRT頭部模體(材料為RW3，密度1.045 g/cm3)，和Farmer型指形電離室FC65-G(靈敏體積0.65 cm3，有效半徑0.31 cm)，劑量?jī)xDOSE-1。采用美國Varian公司的計(jì)劃系統(tǒng)Ecliipse版本10.0，AcurosXB版本10.0.28。直線加速器Truebeam。

1.3 方法

1.3.1 制作模體計(jì)劃 當(dāng)一個(gè)患者計(jì)劃移植至模體后，一般稱之為模體計(jì)劃。模體計(jì)劃保證機(jī)架、鉛門、MLC和MU數(shù)等和原治療計(jì)劃完全一致。計(jì)算網(wǎng)格大小為0.25 cm，采用不均勻校正。制作Delta4模體三維劑量驗(yàn)證計(jì)劃:將19例鼻咽癌VMAT計(jì)劃移植到Delta4的CT影像制作模體計(jì)劃，Delta4的CT影像是由廠家提供的均勻PMMA等效的圓柱體，加入虛擬治療床板Exact IGRT Couch top(thin)，分別使用AXBw和AXBm進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)劃的RT dose和RT plan以DICOM格式文件從Eclipse計(jì)劃系統(tǒng)導(dǎo)入Delta4軟件中，為后面的測(cè)量做準(zhǔn)備。制作I’mRT模體點(diǎn)劑量驗(yàn)證計(jì)劃:將19例鼻咽癌VMAT計(jì)劃移植到I’mRT頭部模體制作模體計(jì)劃，加入虛擬治療床板Exact IGRT Couch top(thin)，分別使用AXBw和AXBm進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算完在模體計(jì)劃中選擇劑量均勻處放置測(cè)量點(diǎn)，并以測(cè)量點(diǎn)為中心勾畫直徑為0.62 cm，體積為0.65 cm3的小圓柱體，模擬測(cè)量電離室靈敏體積，在劑量體積直方圖(DVH)中查看所勾畫小圓柱體的平均劑量〔2〕，用于代表計(jì)劃中的點(diǎn)劑量，為后面與實(shí)測(cè)點(diǎn)劑量對(duì)比做準(zhǔn)備。

1.3.2 劑量測(cè)量 Delta4模體三維劑量測(cè)量:在使用Delta4對(duì)VMAT計(jì)劃進(jìn)行驗(yàn)證之前，需要用直線加速器和Delta4配套校準(zhǔn)模體對(duì)Delta4進(jìn)行校準(zhǔn):參考劑量校準(zhǔn)，相對(duì)劑量校準(zhǔn)，絕對(duì)劑量校準(zhǔn)，方向性校準(zhǔn)。校準(zhǔn)完測(cè)量一個(gè)10 cm×10 cm四野開野盒式照射計(jì)劃并保存為日常校準(zhǔn)的參考基準(zhǔn)〔3〕。進(jìn)行計(jì)劃驗(yàn)證測(cè)量時(shí)，連接Delta4硬件，預(yù)熱15 min，使用激光燈對(duì)齊，準(zhǔn)確擺位。打開Delta4軟件，校準(zhǔn)溫度，做一次日常校準(zhǔn)，與參考基準(zhǔn)對(duì)比，得出Daily Correction Factor校準(zhǔn)當(dāng)次加速器輸出量產(chǎn)生的誤差成分。對(duì)19例鼻咽癌VMAT模體計(jì)劃實(shí)施測(cè)量，測(cè)量完軟件自動(dòng)保存測(cè)量數(shù)據(jù)。I’mRT模體點(diǎn)劑量測(cè)量:連接DOSE-1劑量?jī)x與Farmer型指形電離室，電離室探頭放于I’mRT模體中與計(jì)劃設(shè)計(jì)一致的測(cè)量點(diǎn)位置，經(jīng)氣壓、溫度和本底信號(hào)校準(zhǔn)后開始執(zhí)行測(cè)量，記錄劑量?jī)x讀數(shù)，并修正為吸收劑量。

1.4 數(shù)據(jù)分析 由于dose deviation在劑量分布梯度大的區(qū)域、DTA在劑量分布平緩區(qū)域容易引起較大誤差，Gamma分析法使得兩者相互彌補(bǔ)不足，因此本研究采取Gamma分析法〔4〕。對(duì)AXBw計(jì)劃劑量強(qiáng)度分布與實(shí)測(cè)劑量強(qiáng)度分布的對(duì)比結(jié)果使用3 mm/3%標(biāo)準(zhǔn)和2 mm/2%標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行Gamma分析，記錄Gamma通過率。再將AXBm的RT dose以DICOM RT(.dcm)格式導(dǎo)入Delta4軟件與實(shí)測(cè)劑量強(qiáng)度分布做對(duì)比，使用3 mm/3%標(biāo)準(zhǔn)和2 mm/2%標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行Gamma分析，分別記錄Gamma通過率，簡(jiǎn)記為Gamma_3 mm/3%和Gamma_2 mm/2%〔5〕。點(diǎn)劑量誤差采用以下公式進(jìn)行計(jì)算:(計(jì)劃值－實(shí)測(cè)值)/實(shí)測(cè)值×100%。對(duì)Gamma_3 mm/3%和Gamma_2 mm/2%和點(diǎn)劑量誤差使用SPSS V19進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算AXBw和AXBm的Gamma_3mm/3%、Gamma_2mm/2%和點(diǎn)劑量誤差的差值，采用Shapiro-Wilk法進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，滿足正態(tài)性則行配對(duì)t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

Gamma值通過率:以3 mm/3%標(biāo)準(zhǔn)，AXBw比AXBm高(7.8±3.5)%，95%CI(6.1%，9.5%);以2 mm/2%標(biāo)準(zhǔn)，AXBw比AXBm高(25.1±6.6)%，95%CI(21.9%，28.3%)。點(diǎn)劑量:AXBw比AXBm 好(1.43±0.14)%，95%CI(1.37%，1.50%)。見表1。

表1 AXBw與AXBm的數(shù)值統(tǒng)計(jì)(±s，%)

表1 AXBw與AXBm的數(shù)值統(tǒng)計(jì)(±s，%)

變量AXBw AXBm Gamma_3 mm/3% 99.8±0.2 92.0±3.6 Gamma_2 mm/2% 95.7±1.8 70.6±7.7點(diǎn)劑量誤差 －0.17±0.57 －1.60±0.52

3 討論

本研究中不使用Delta4模體進(jìn)行CT掃描而獲取模體影像的原因是為了避免半導(dǎo)體探測(cè)器在CT掃描中引出誤差。模體計(jì)劃加入虛擬治療床板Exact IGRT Couch top(thin)，是考慮到VMAT計(jì)劃中有約三分之一弧的射束穿過治療床，依機(jī)架角與床面的傾斜程度，治療床有2%到5%的衰減〔6〕。

AcurosXB算法屬于求解線性玻耳茲曼輸運(yùn)方程(LBTE)類型的算法，目的是模擬介質(zhì)中沉積的劑量〔7〕，特點(diǎn)在于使用了數(shù)值的方法確定性地直接地求解LBTE。AcurosXB的兩種劑量報(bào)告模式輸運(yùn)計(jì)算(即碰撞電子通量計(jì)算)是一樣的，都是基于病人或模體的介質(zhì)屬性，而不考慮是否選擇dose to water還是dose to medium，僅僅后處理部分是不同的。后處理中，將碰撞電子通量轉(zhuǎn)換為吸收劑量，轉(zhuǎn)換系數(shù)是介質(zhì)的質(zhì)量碰撞阻止本領(lǐng)。當(dāng)計(jì)算dose to medium時(shí)，質(zhì)量碰撞阻止本領(lǐng)是基于介質(zhì);當(dāng)計(jì)算dose to water時(shí)，質(zhì)量碰撞阻止本領(lǐng)是基于水，類似于計(jì)算一小體積(足夠小沒有明顯擾動(dòng)碰撞電子通量)水接受到的劑量。國外Walters等〔8，9〕學(xué)者研究表明兩種劑量報(bào)告模式所表示的劑量在軟組織中差異小，約1%，在骨組織和肺組織差異大，高達(dá)15%。本研究使用的模體影像的密度與水差異很小，理論上dose to water與dose to medium劑量差異不大，然而本研究表明在鼻咽癌VMAT計(jì)劃劑量驗(yàn)證中dose to water與dose to medium計(jì)算的劑量之間存在的系統(tǒng)偏差數(shù)值較大，并且直接影響到鼻咽癌VMAT計(jì)劃的驗(yàn)證結(jié)果，不容忽視。

傳統(tǒng)光子束放療劑量計(jì)算通常報(bào)告dose to water，有多個(gè)因素:治療計(jì)劃算法的歷史發(fā)展;人體細(xì)胞和體液中水占了絕大部分體積;國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)TRS-398報(bào)告和美國醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會(huì)(AAPM)TG-51報(bào)告規(guī)定使用電離室在水中校準(zhǔn)治療機(jī)器的絕對(duì)劑量〔10〕;治療計(jì)劃系統(tǒng)射束模型輸入的數(shù)據(jù)比如百分深度劑量(PDD)、橫截面離軸比(OAR)曲線和輸出因子都是在水模體中測(cè)量得到的。Delta4校準(zhǔn)時(shí)使用電離室標(biāo)定絕對(duì)劑量，而電離室測(cè)量的劑量是定義在水模體中的劑量，因此，Delta4和電離室測(cè)到的劑量是dose to water。本研究數(shù)據(jù)表明，Delta4模體測(cè)得的三維劑量和I’mRT模體測(cè)得的點(diǎn)劑量與dose to water劑量報(bào)告模式計(jì)算的劑量更為接近(Gamma通過率越接近100%、點(diǎn)劑量誤差越接近0%，說明計(jì)算值與實(shí)測(cè)值越接近)。因此，使用Delta4模體和I’mRT模體進(jìn)行鼻咽癌AcurosXB容積調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃驗(yàn)證時(shí)，建議使用dose to water劑量報(bào)告模式計(jì)算模體計(jì)劃以減少驗(yàn)證的誤差。若計(jì)劃使用dose to medium進(jìn)行計(jì)算，則需要將實(shí)測(cè)劑量修正轉(zhuǎn)換為dose to medium〔9〕再與計(jì)劃中的dose to medium劑量對(duì)比。

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